专利名称：一种基于三维表面形貌仪的谷的连通性测量方法
技术领域：
本发明涉及一种表面形貌的测量，特别是表面形貌的谷的连通性测量。
背景技术：
在最新的表面形貌国际标准ISO 25178中，有关表面形貌的测量规定了五类参数，即高度参数、空间参数、混合参数、功能参数以及与表面分割相关的参数，高度参数包括与表面高度值的统计分布有关的参数，空间参数反映表面形貌在空间的周期性和方向性， 混合参数反映表面形貌的空间形状，功能参数包括从表面支承率曲线得到的某一高度的表面支承率和体积参数，与表面分割相关的参数指的是由基本纹理法得到的参数(即Motifs 参数)。现有的最新的三维表面形貌仪的测量软件中也只有这些表面参数。但是，描述表面形貌的这些参数缺乏与表面功能的紧密联系，在三维表面形貌的微观结构中，波峰与波峰之间的部分称为谷，谷之间的连通特性直接影响表面间润滑油的流动和分布，因而对零件表面的润滑和密封等性能有很大的影响，而在现行的表面形貌国际标准和现有的表面形貌测量仪器中都没有谷的连通性参数及其测量方法。

发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在不足之处，提供一种基于三维表面形貌仪的谷的连通性测量方法，使得零件表面形貌的谷的连通性有一定量的表达，为建立表面形貌与润滑和密封性能的关系以及进一步为面向功能的表面形貌设计提供基础。本发明为解决技术问题采用如下技术方案。本发明基于三维表面形貌仪的谷的连通性测量方法的特点是按如下步骤进行a、利用三维表面形貌仪对被测件表面形貌进行测量，获得设定的采样间隔下的被测件表面形貌上各个被测点的高度数据；b、由被测件表面形貌上各个被测点的高度数据，得到被测件表面形貌的支承率曲线，由所述支承率曲线确定表面支承率为80%所对应的截面及截面高度值，定义所述截面为谷的连通性的评定基准面，所述截面高度值为基准高度；C、利用步骤b所获得的基准高度对被测件表面形貌上各个被测点的高度数据进行二值化处理，获得被测件表面形貌谷的连通性评定基准面的二值图像；所述二值化处理是对于被测件表面形貌上高度值大于或等于基准高度的被测点A，设定所述被测点A在二值图像中的取值为“0”，被测点A在评定基准面上对应于材料实体部分；对于被测件表面形貌上高度值小于基准高度的被测点B，设定所述被测点B在二值图像中的取值为“1”，被测点B在评定基准面上对应于空的部分，即对应谷；d、在所述连通性评定基准面的二值图像上，通过标记算法获得所述评定基准面上的各个截面空区；e、对各个截面空区用组合形态运算算法提取形状特征，求得各截面空区的大小、 截面空区内通路的最小宽度和长度特征，并进一步用连通性函数求得各截面空区的连通度；所述组合形态运算算法是指用非扩展形态运算和条件膨胀运算的组合；f、对评定基准面上每个截面空区定义一个反映所述截面空区对整个表面形貌谷的连通性贡献大小的各截面空区权值，由评定基准面上所有截面空区的连通度大小和其权值，用加权法求得被测件表面形貌的谷的连通性参数；所述各截面空区权值定义为该截面空区的面积与采样面积之比；所述截面空区的面积是指组成该截面空区的所有被测点阵所占的面积，所述采样面积是指三维表面形貌仪对被测件表面形貌测量时的采样面积。本发明基于三维表面形貌仪的谷的连通性测量方法的特点也在于所述步骤d中的标记算法是对于所述连通性评定基准面的二值图像进行两次扫描标记，按照八连通的临域概念对不同的截面空区标记不同的符号，获得评定基准面上的各个截面空区。所述步骤e中用组合形态运算算法求得各截面空区的大小、截面空区内通路的最小宽度和长度特征，并进一步用连通性函数求得各截面空区的连通度的方法是对于各个截面空区，用非扩展形态算子和半径为单位长的圆盘结构元素对截面空区进行多尺度运算，直至原截面空区变为空集或变成不连通，得到截面空区的大小和截面空区内通路的最小宽度；若对截面空区X的多尺度运算的结果是空集，则所述截面空区X的连通度由式(1)
表示的连通性函数计算获得
权利要求
1.基于三维表面形貌仪的谷的连通性测量方法，其特征是按如下步骤进行a、利用三维表面形貌仪对被测件表面形貌进行测量，获得设定的采样间隔下的被测件表面形貌上各个被测点的高度数据；b、由被测件表面形貌上各个被测点的高度数据，得到被测件表面形貌的支承率曲线， 由所述支承率曲线确定表面支承率为80%所对应的截面及截面高度值，定义所述截面为谷的连通性的评定基准面，所述截面高度值为基准高度；C、利用步骤b所获得的基准高度对被测件表面形貌上各个被测点的高度数据进行二值化处理，获得被测件表面形貌谷的连通性评定基准面的二值图像；所述二值化处理是对于被测件表面形貌上高度值大于或等于基准高度的被测点A，设定所述被测点A在二值图像中的取值为“0”，被测点A在评定基准面上对应于材料实体部分；对于被测件表面形貌上高度值小于基准高度的被测点B，设定所述被测点B在二值图像中的取值为“1”，被测点B 在评定基准面上对应于空的部分，即对应谷；d、在所述连通性评定基准面的二值图像上，通过标记算法获得所述评定基准面上的各个截面空区；e、对各个截面空区用组合形态运算算法提取形状特征，求得各截面空区的大小、截面空区内通路的最小宽度和长度特征，并进一步用连通性函数求得各截面空区的连通度；所述组合形态运算算法是指用非扩展形态运算和条件膨胀运算的组合；f、对评定基准面上每个截面空区定义一个反映所述截面空区对整个表面形貌谷的连通性贡献大小的各截面空区权值，由评定基准面上所有截面空区的连通度大小和其权值， 用加权法求得被测件表面形貌的谷的连通性参数；所述各截面空区权值定义为该截面空区的面积与采样面积之比；所述截面空区的面积是指组成该截面空区的所有被测点阵所占的面积，所述采样面积是指三维表面形貌仪对被测件表面形貌测量时的采样面积。
2.根据权利要求1所述的基于三维表面形貌仪的谷的连通性测量方法，其特征是所述步骤d中的标记算法是对于所述连通性评定基准面的二值图像进行两次扫描标记，按照八连通的临域概念对不同的截面空区标记不同的符号，获得评定基准面上的各个截面空区。
3.根据权利要求1所述的基于三维表面形貌仪的谷的连通性测量方法，其特征是所述步骤e中用组合形态运算算法求得各截面空区的大小、截面空区内通路的最小宽度和长度特征，并进一步用连通性函数求得各截面空区的连通度的方法是对于各个截面空区，用非扩展形态算子和半径为单位长的圆盘结构元素对截面空区进行多尺度运算，直至原截面空区变为空集或变成不连通，得到截面空区的大小和截面空区内通路的最小宽度；若对截面空区X的多尺度运算的结果是空集，则所述截面空区X的连通度由式(1)表示的连通性函数计算获得
全文摘要
本发明公开了基于三维表面形貌仪的谷的连通性测量方法，其特征是首先利用三维表面形貌仪测得的被测件表面形貌高度数据获得的表面支承率曲线，确定支承率为80％所对应的截面为谷的连通性评定基准面，求得连通性评定基准面的二值图像；再用标记算法获得评定基准面的二值图像上的各个截面空区；对各截面空区用非扩展形态运算和条件膨胀运算求得各截面空区的大小、截面空区内通路的最小宽度和长度特征，用连通性函数求得各截面空区的连通度；最后用加权法求得被测件表面形貌的谷的连通性参数。本发明方法，使得零件表面形貌的谷的连通性有一定量的表达。
文档编号G01B21/20GK102175206SQ20111004165
公开日2011年9月7日 申请日期2011年2月21日 优先权日2011年2月21日
发明者刘小君, 刘焜, 王伟, 王静, 胡兆稳 申请人:合肥工业大学