試論機械零件表面加工工藝自動識別方法

摘 要：隨著我國工業化腳步的加快，各類國際先進的機械加工工藝也被越來越多的企業工廠所采納，現今對于機械零件的加工較為先進的工藝，一般都是用高強度的切割刀具對加工零件毛培進行切割打磨，最終得到所需的機械零件，加工手法一般包括車削、銑削、刨削和磨削4種機械加工工藝。但是由于刀具在切割打磨過程中的行進路線會時刻發生改變，所以伴隨加工而成的零件表面也會出現一系列獨特的紋理。若是通過對零件表面這些具有特征的打磨紋理的提取分析，就可以建立起一套基于紋理分析的工藝判斷模型（“16點紋理圓”模型）。通過該模型的運作，可以輕松提取被加工零件表面的打磨紋路，通過一定的分析判斷就可以準確無誤的識別出該零件的具體加工工藝。

關鍵詞：機械加工；紋理圓；紋理特征；紋理提取；加工工藝

所謂的紋理分析技術其實質上是一種基于圖像處理與模式識別雙重功能的一種新型分析手段，而它的分析原理則是利用一定的圖像處理技術從被檢測物件上提取出物件固有的紋理特征，然后再通過對這些特征的識別處理從而獲得被測物件的定性描述的過程。在現今的機械零件加工工藝中， 零件表面所產生的紋理雖然在整體上表現出某種規律性的變化，但是其局部卻又是十分隨意的。

其實不論是對于零件的紋理識別，還是對于識別之后的數據處理，這些復雜的工序都離不開計算機的輔助，現如今，計算機對于機械零件表面的紋理分析與識別已經成為眾多學者探討研究的課題。以往對于機械零件的區分，都是采用計算機對于圖像的識別處理技術，先由計算機識別器通過多次掃描處理將零件的所有局部紋理都統一存入計算機中，然后通過計算機的圖像快速匹配技術將之前掃描所得到的區域性圖像整合拼接起來，這樣才可以識別出機械零件的全貌。而這一切都離不開計算機的全程參與。【1】

針對以往這種零件識別技術緩慢繁瑣的問題，本文就將討論如何單從區分機械零件表面的加工工藝就可以快速地區分機械零件的方法。目前對于這種新型識別方法的理論研究還比較少，所以為了解決傳統紋理識別方法不能有效地分析機械零件紋理這一困局，此次研究通過考察大量經過不同處理工藝所加工的機械零件產品，在對其零件表面紋理分析的基礎上，大膽建立了一種名為“16點紋理圓模型”的計算方法，同時還突破性的提出了一種識別各類加工手段的函數算法。

1.機械零件表面紋理特征提取

在工廠加工各類機械零件時，由于切割刀具會因各種外界因素的干擾而在實際的行徑過程中會出現一些微妙的偏離，而這種微妙的偏離就會在被打磨零件上形成某種具有一定走向的特殊紋路，并且這種紋路在零件的表面會表現出某種規律性。【2】為了更好的獲得零件局部的紋理特征，自此便引入了一種叫做“紋理圓”的思想。

紋理圓示意圖是一個通過車削工藝加工而成的零件圓端面圖， 他的紋理方向為螺旋型，而以零件上某點為圓心，以一定長度為直徑在零件上做圓所得到的圓圈，就被稱為“紋理圓”。

在這個人為的“紋理圓”上，就有：

（其中dB：角度為B的直徑。B=π/m，2π/m，…mπ/m。在所繪“紋理圓”的每條直徑上，每隔一個像素長度取一點，共2w+1個像素點，這些像素點灰度值為fB（i），像素坐標為（xB（i），yB（i）））

當得到上述所有相關數據時，運用“雙線性插值法” 計算出所繪“紋理圓”直徑上的各個像素點灰度值fB（i）， 然后再通過這些計算出的像素灰度值得出標準差S（dB），而其最小值所對應的那條直徑所構成的角度H，就是此“紋理圓”的整體紋理方向。【3】

2.機械零件表面紋理特征分析

2.1. “16點紋理圓” 模型。

該模型的計算方法是通過再被測零件上按上述方法依次繪制出16個直徑統一，大小適中的“紋理圓”，并在這些所繪制出的“紋理圓”上統計整合出S（dB）（直徑像素灰度值標準差）、Z（特征參數）、O（x，y）（圓心坐標） 等參數的具體數值，具體的數據定義和參數說明如下：

2.2.基于“16點紋理圓”模型的紋理特征分析。

之所以要在對零件的紋路識別處理上引入“16點紋理圓”模型的理念，是因為在實際的機械零件制造過程中，負責切割打磨的道具不但會受到自身性質的影響，還會偶發性的受到環境中各類因素的突發性影響，這就會使所加工出來的零件在其紋路上也會表現出一些不確定性，此時“16點紋理圓”模型的理念的引入，就很好的解決了這種偶發性的數據偏差。

現就對如今較為常見的4種零件加工工藝進行分析。

2.2.1. “磨削平面紋理”特征分析。

整個零件表面呈 “斑點狀”，且紋理圓的方向性不是很強。

2.2.2. “車削端面紋理”特征分析。

該紋理近似“圓形”，由于在對其進行統計分析時容易出現較大誤差，所以在具體的數據處理階段需對相關資料進行篩選。【4】

2.2.3.“銑削平面紋理”特征分析。

紋理結果是一種“螺旋型”的紋路，并且該種工藝所加工的零件在統計分析中的隨意性較強且沒有特定的范圍。

2.2.4. “刨削平面紋理”特征分析。

“直條形” 紋理，由于零件表面的紋理方向較近，為了減少誤差，就要適時選擇參數較好的紋理圓來計算Z（特征參數）。

3.基于16點紋理圓模型的加工工藝識別

3.1.利用算法描述與流程圖。

本次課題性研究所利用的探究手法是大連調取相關實驗數據，再引進新型計算公式，得出了一種新型的識別機械零件加工工藝的算法。

3.2.采用部分實驗數據與結果分析。

表1為某零件上的一個“紋理圓”的直徑像素灰度值的標準差。

通過一系列的相關測試，結果表明該零件所掃描圖像的紋理特征在整體上呈現出“點斑狀”， 表明該零件的加工工藝是“磨削”型且與實際的加工工藝溫和。而這恰恰與新型“16點紋理圓理論模型”的計算結果是一致的。【5】說明“16點紋理圓理論模型”具有一定的可信度。

4.結語

本文通過對以往零件工藝判斷手法的分析發現了其中的不足。而在此基礎上建立起了一套新型的“16點紋理圓模型”，并由此提出了一種新型的機械零件工藝識別法。該種算法不但解決了零件偶發性誤差的問題，同時也大幅度強化了工藝判斷的過程，具有較大的應用前景與推廣意義。

參考文獻

[1] 張佳陽，張志勝，史金飛等.一種機械零件表面加工工藝的自動識別方法研究[J].儀器儀表學報，2010，31（8）：1763-1768

[2] 孫保友.影響機械零件表面加工質量的因素及改善表面質量對策[J].中外企業家，2010，（6）：174-175

[3] 于大雷.對金屬切削機床機械零件表面加工成形原理的探析[J].中國科技縱橫，2012，（12）：106-106

[4] 顧焱，艾宏明.機械零件表面光整加工的常用方法[J].科學時代 ，2013，（10）

[5] 梁馨，王永平，彭慧敏等.機械零件表面應力等值線表示方法研究[J].機械制造與自動化，2007，36（3）：83-84