磨粒检测数字化方法的研究

论文题目: 磨粒检测数字化方法的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 载运工具运用工程

作者: 吕植勇

导师: 严新平

关键词: 油液,磨粒,监测,数字化方法

文献来源: 武汉理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 近年来,摩擦学系统的状态特性的描述与辨识日益引起学术界与工业界的重视与关注。在机械设备运行过程中,其摩擦学系统的状态特性与机械设备的运行状况密切相关。摩擦学研究依赖于对磨损量、表面形貌、磨粒特征等参数输出量分析,通过大量的、科学的、动态的测量、描述和分析,并在此基础上确定磨损机理,其中磨粒的一些特征的采集与分析是机械磨损重要的研究一个方面。本文首先根据油池中的磨粒运动数字录像,对磨粒在油池中的运动、沉淀、翻滚、自锁等特性进行了定性的研究,分析了产生四种磨粒状态的条件。在此基础上,提出油池竖直放置方法,解决了磨粒图像采集时,视景中的磨粒堆积问题。本文重点着眼于磨粒图像数字化的工作。首先从图像采集的过程入手,编制了大量的程序,实现了磨粒图像的视频采集,磨粒图像的预处理、滤波、分割、标号以及磨粒参数的采集等功能,并根据国内外文献对磨粒图像数字形态参数进行了梳理。在此基础上,对磨粒的轮廓、纹理和颜色进行更深一步的研究。在磨粒的轮廓特征分析中,编制从搜索磨粒边缘轮廓得到轮廓点坐标的定位程序。然后为分析方便,对轮廓点序列进行付里叶变换得到其频域信号,进而计算了不同频率的功率谱,建立了边缘轮廓和频谱之间得计算关系。最后,根据连续函数的曲率表示方法,分析了适合于计算机程序表示的轮廓曲率的表示方法,建立了曲率表示模型,确定了磨粒分析指标,即曲率的峰度、偏度、均方差和差分均值等,通过模糊数学分析了四种磨损磨粒与这些参数的关系。在磨粒表面纹理分析中,通过检测磨粒表面纹理法线上亮度极小、极大值的纹理分析方法分析了滑动磨粒与疲劳磨粒差别,通过灰度共生矩阵进行纹理分析四种不同类型的磨粒图像,通过主成分分析分析方法对磨粒颜色特征进行识别,以及根据磨粒轮廓方向判断磁性磨粒和非磁性磨粒。在磨粒三维形貌的研究中通过分析显微镜的景深对成像的影响,建立显微镜的景深内图像信号与景深外的图像信号的比较方法,该方法基于一阶和二阶微分算子以及小波图像处理原理对视频图像进行预处理,对处理后的视频图像通过设定阈值划分景深范围,分割出每帧图像的景深内部分,然后通过布尔代

论文目录:

第1章绪论

1.1 油液磨粒检测数字化方法的重要性

1.2 研究问题的提出

1.3 国内外研究现状

1.3.1 磨粒检测的复杂性

1.3.2 基于磨粒分析的磨损模式识别方法研究

1.3.3 油液在线检测仪器及其磨粒在油液中的运动机理

1.3.4 磨粒图像的3D分析技术

1.4 主要研究内容

1.5 本文研究的内容安排

1.6 小结

第2章磨粒图像采集装置的设计与磨粒沉积动力学分析

2.1 磨粒采集装置的设计

2.1.1 采集装置的总体设计

2.1.2 油池的结构设计

2.1.3 光散射对油池成像的影响

2.1.4 显微镜条件下的油池作用

2.2 油液的运动特性

2.2.1 流体粘度

2.2.2 牛顿流体、非牛顿流体

2.2.3 磨粒受到的升力

2.2.4 固液两相流体中磨粒受到的力

2.3 微粒沉积原理

2.3.1 理想假设条件

2.3.2 油池中试样的流动模型

2.3.3 微粒动力学

2.4 水平油池中的磨粒受力分析

2.4.1 竖直油池中的磨粒受力分析

2.4.2 磨粒动力性能观察试验

2.4.3 油池的放置方法对磨粒运动状态的影响

2.5 小结

第3章磨粒图像处理与基本参数采集

3.1 磨粒图像计算机处理的发展

3.2 磨粒图像处理的一般步骤

3.2.1 图像预处理

3.2.2 人工构建背景光的校正

3.3 图像分割

3.2.1 阈值法分割

3.2.2 彩色图象的分割

3.2.3 磨粒标号

3.4 磨粒形貌基本几何参数

3.4.1 磨粒图像的特征提取

3.4.2 磨粒参数优化

3.5 小结

第4章磨粒边界轮廓分析方法

4.1 磨粒边缘信息的表达

4.1.1 磨粒边缘信息坐标采集

4.1.2 磨粒边缘搜索坐标顺序计算方法

4.1.3 磨粒图像边缘的分析处理

4.2 磨粒的轮廓谱

4.2.1 磨粒重心与磨粒轮廓的距离谱分析方法

4.2.2 连续函数的傅立叶变换

4.2.3 离散傅立叶变换

4.2.4 边缘轮廓的谱估计与分析

4.3 磨粒的边缘曲率分析方法

4.3.1 曲率半径

4.3.2 Spike参数磨粒分析法

4.3.3 图像曲率的计算图像处理的改进模型

4.3.4 轮廓边缘凸凹性特征

4.3.5 边缘曲率对边缘凹进的感知

4.3.6 统计的峰度和偏度对轮廓评价的意义

4.4 小结

第5章磨粒图像表面纹理和颜色分析

5.1 表面纹理识别的基本方法

5.1.1 表面纹理描述

5.1.2 磨粒图像纹理产生的原因

5.2 基于纹理法线上亮度极小、极大值边缘检测

5.2.1 滑动磨粒与疲劳磨粒的纹理

5.2.2 极小值变尺度边界切线数学模型和方法

5.2.3 边界切线纹理边缘检测试验

5.2.4 基于极大、极小纹理处理方法分析

5.3 滑动磨粒表面纹理分析

5.3.1 纹理骨架化方法

5.3.2 除去曲线的交点

5.3.3 磨粒的纹理方向

5.3.4 直线度或曲线度的表现方法研究

5.3.5 滑动磨粒与疲劳磨粒的表面纹理对比分析

5.4 基于共生矩阵磨粒表面纹理分析方法

5.4.1 灰度共生矩阵

5.4.2 共生矩阵试验与磨粒特性

5.4.3 磨粒图像表面灰度共生矩阵特征参数分析

5.5 基于主成分分析算法的磨粒分类

5.5.1 HSV颜色模型颜色特征

5.5.2 实验数据采集

5.5.3 分析方法

5.5.4 基于主成分共生矩阵表面纹理分析

5.6 基于铁谱磨粒磁化方向的自动识别方法

5.6.1 磨粒方向确定

5.6.2 磨粒方向统计分析

5.6.3 磨粒方向与磨粒磁性和非磁性分析

5.7 小结

第6章基于显微镜磨粒三维表面测量和图像重构的方法研究

6.1 显微镜三维表面测量的理论方法

6.1.1 基于显微镜的三维表面数据采集

6.1.2 导致三维表面模糊的原因

6.1.3 三维表面多层图像采集

6.1.4 显微镜的分辨率

6.1.5 焦点深度

6.2 显微镜在不同焦平面的测量方法

6.2.1 显微镜不同焦平面的标定方法

6.2.2 球的直径测量

6.2.3 球的高度与直径的关系

6.3 光学显微镜三维图像重构原理分析

6.3.1 焦平面范围内的纹理滤波

6.3.2 不同算子处理的效果

6.3.3 小波焦平面处理方法的研究

6.4 焦平面二值图像形状学处理方法

6.4.1 膨胀

6.4.2 腐蚀

6.4.3 开启运算和闭合运算

6.4.4 其它二值图像形状学处理处理方法

6.4.5 形状学处理在焦平面分析中应用

6.5 不同焦平面的图像拼接方法

6.5.1 不同的焦平面图像采集

6.5.2 不同焦平面表面纹理的合成

6.5.3 物体表面的三维信息的采集

6.5.4 焦平面的漏洞和补救

6.5.5 其它焦平面的图像的合成方法及其改进

6.6 小结

第7章磨粒覆盖面积定量分析方法

7.1 磨粒覆盖面积测量方法

7.1.1 铁谱片光电光度计定量分析

7.1.2 谱片磨粒覆盖面积采集

7.2 磨粒覆盖面积的分析方法

7.2.1 总磨损量

7.2.2 磨损严重度

7.2.3 磨损严重度指数

7.2.4 大磨粒百分数

7.2.5 曲线下面积和组合铁谱密度

7.3 磨粒覆盖面积趋势分析与PQ指数测量对比

7.3.1 磨损趋势图

7.3.2 铁谱趋势定量分析方法修订

7.3.3 磨粒的大小对覆盖面积的影响

7.3.4 磨粒大小对磨粒特征分析影响

7.3.5 PQ指数测量基本原理及试验数据采集

7.3.6 磨粒覆盖面积图像分析方法与PQ指数测量分析方法的对比

7.4 小结

第8章磨粒类型分析与识别的方法

8.1 磨粒类型识别方法

8.2 磨粒的分类与特征

8.2.1 磨粒的特征

8.2.2 磨粒形态边缘特征

8.2.3 磨粒表面纹理特征

8.2.4 磨粒颜色特征

8.2.5 磨粒大小特征

8.3 磨粒形态参数聚类分析

8.3.1 聚类分析基本规则

8.3.2 单参数聚类分析

8.3.3 磨粒形态多参数聚类分析

8.3.4 磨粒识别主成分聚类分析

8.4 基于磨粒轮廓曲率的磨粒类型模糊识别

8.4.1 评判集的构造

8.4.2 因素集的构造

8.4.3 参数模糊评价标准

8.4.4 隶属函数的确定

8.4.5 分析不同磨粒与其它磨粒的各种参数之间的距离

8.4.6 模糊推理规则

8.4.7 建立因素的模糊关系

8.4.8 模糊综合评判

8.5 磨粒识别的相互关系

8.5.1 磨粒识别次序

8.5.2 磨粒识别各参数的特性优先权分配

8.6 模糊神经网络样本参数的聚类分析

8.7 小结

第9章总结与展望

9.1 本论文的主要工作

9.2 研究的创新点

9.3 展望

参考文献

附表

附录：攻读博士学位期间发表的论文、申请的专利和参加的科研项目

发布时间: 2006-07-04

参考文献

[1].基于摩擦学与动力学的摩擦学系统状态描述方法研究[D]. 赵春华.武汉理工大学2005
[2].摩擦学系统状态辨识的知识获取方法研究[D]. 王志芳.武汉理工大学2008

磨粒检测数字化方法的研究

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