粗糙度光切輪廓曲線的自動檢測方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及物質(zhì)表面粗糙度檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種粗糙度光切輪廓曲線的 自動檢測方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著機械加工及檢測自動化水平的提高，工件表面粗糙度的在線檢測技術(shù)逐漸引 起重視。傳統(tǒng)的觸針式儀器基于機械接觸式的測量特點在某些場合下顯然不能滿足檢測的 要求，故此考慮借助光學成像和數(shù)字圖像處理的方法來進行解決。由于采用光學顯微測量 的方法具有非接觸性、無損傷、快捷等特點，因而光學顯微測量逐步成為表面粗糙度測量技 術(shù)研宄的重要發(fā)展方向。
[0003] 在物質(zhì)表面粗糙度測量過程中，需要首先測量光帶邊緣的輪廓，進而根據(jù)光帶邊 緣的輪廓計算物質(zhì)表面粗糙度評定參數(shù)。光切顯微鏡又稱雙管顯微鏡，是利用光切法測 量物質(zhì)表面粗糙度的間接測量儀器，現(xiàn)有技術(shù)中的光切測量是依靠人眼目測光帶邊緣的輪 廓，手動配合移動光切顯微鏡的目鏡測微分劃板來進行細節(jié)測量的，得到的光學表面輪廓 圖如圖1所示，圖中的不規(guī)則曲線為邊緣的輪廓曲線，水平線為基準直線，從而為采用軟件 進行表面粗糙度的自動識別分析提供了可能。但是，上述測量光帶邊緣輪廓的方法存在效 率低、精確度低的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實施例提供了一種粗糙度光切輪廓曲線的自動檢測方法，以提高測量光帶 邊緣輪廓曲線的效率和精確度。該方法包括：利用金屬氧化物半導體元件CMOS圖像傳感器 從光切顯微鏡的目鏡接口處獲取待表面粗糙度光切圖像；對所述表面粗糙度光切圖像進行 二值化處理，得到二值化圖像；從二值化圖像中提取所述待測試光條的上邊緣輪廓曲線，上 邊緣輪廓曲線以離散序列形式表示。
[0005] 在一個實施例中，對所述表面粗糙度光切圖像進行二值化處理，包括：利用類間差 分割法獲取分割閾值，并利用該分割閾值對所述表面粗糙度光切圖像的灰度矩陣進行二值 化分割，得到二值化圖像，在所述二值化圖像中所述待測試光條輪廓區(qū)域內(nèi)的像素點的灰 度值為1，所述待測試光條輪廓區(qū)域外的像素點的灰度值為0 ;從二值化圖像中提取所述待 測試光條的上邊緣輪廓曲線，包括：在所述二值化圖像中，從灰度值為1的像素點中刪除無 效的像素點，所述無效的像素點是指在以該像素點為中心的M/30范圍內(nèi)，該像素點的8鄰 域方向中至少兩個方向上的像素點數(shù)目小于M/30,其中，M是所述表面粗糙度光切圖像灰 度矩陣的行數(shù)；在刪除無效的像素點后的二值化圖像中，對于每列像素點按照行數(shù)由小到 大的順序進行逐一掃描，最先掃描到的灰度值為1的像素點記為上邊緣輪廓曲線中該列的 像素點，并將所述M減去最先掃描到的灰度值為1的像素點所在行數(shù)得到的差值，確定為上 邊緣輪廓曲線中該列像素點的縱坐標，并進而逐點得到整個上邊緣輪廓曲線的離散序列。
[0006] 在一個實施例中，得到上邊緣輪廓曲線的離散序列后，還包括：針對上邊緣輪廓曲 線序列中的每列像素點，在該列上以上邊緣輪廓曲線序列中的像素點為中心，在上邊緣輪 廓曲線序列中像素點上下方向各20個像素點范圍內(nèi)，計算每個像素點在原始灰度圖像中 所對應(yīng)位置的梯度值和灰度值；上述每個像素點的灰度值與梯度值分別乘以0. 5加權(quán)值后 再相加，將上邊緣輪廓曲線序列中該列像素點移至梯度值和灰度值加權(quán)相加和最大值所對 應(yīng)像素點的縱坐標處，并再次將M減去該最大值所對應(yīng)像素點的縱坐標得到的坐標值，確 定為當前列像素點的縱坐標，依次調(diào)整上邊緣輪廓曲線序列中的每列像素點，重建上邊緣 輪廓曲線序列。
[0007] 在一個實施例中，重建上邊緣輪廓曲線序列后，還包括：在重建的上邊緣輪廓曲線 序列中，判斷當前像素點與當前像素點前一相鄰像素點之間的距離是否大于預(yù)設(shè)距離，所 述當前像素點的前方是指所述當前像素點所在列至列數(shù)減小的方向；在判斷當前像素點與 當前像素點前一相鄰像素點之間的距離大于預(yù)設(shè)距離時，計算所述當前像素點前相鄰的三 個像素點的坐標的平均坐標值，將所述當前像素點移至確定的平均坐標值處。
[0008] 在一個實施例中，還包括：分別改變基準直線的斜率或截距，計算每次改變斜率或 截距后的基準直線各點坐標與上邊緣輪廓曲線對應(yīng)列像素點坐標之間的偏差絕對值，累加 各偏差絕對值得到每次改變斜率或截距后的基準直線與上邊緣輪廓曲線的偏差累計和值， 并組成偏差累計和值的集合；確定偏差累計和值的集合中最小偏差累計和值所對應(yīng)的基準 直線；將上邊緣輪廓曲線上各列像素點的坐標值減去確定出的基準直線上對應(yīng)點的坐標 值，得到與上邊緣輪廓曲線上各像素點對應(yīng)的坐標差，將上邊緣輪廓曲線上各像素點移至 對應(yīng)的坐標差處，得到基準修正后的上邊緣輪廓曲線序列。
[0009] 本發(fā)明實施例還提供了一種粗糙度光切輪廓曲線的自動檢測裝置，以提高測量光 帶邊緣輪廓曲線的效率和精確度。該裝置包括：金屬氧化物半導體元件CMOS圖像傳感器， 用于從光切顯微鏡的目鏡接口處獲取待測試光條的表面粗糙度光切圖像；圖像處理設(shè)備， 用于對所述表面粗糙度光切圖像進行二值化處理，得到二值化圖像；輪廓曲線提取設(shè)備，用 于從二值化圖像中提取所述待測試光條的上邊緣輪廓曲線，其中，上邊緣輪廓曲線以離散 序列形式表示。
[0010] 在一個實施例中，圖像處理設(shè)備，具體用于利用類間差分割法獲取分割閾值，并利 用該分割閾值對所述表面粗糙度光切圖像的灰度矩陣進行二值化分割，得到二值化圖像， 所述二值化圖像中所述待測試光條輪廓區(qū)域內(nèi)的像素點的灰度值為1，所述待測試光條輪 廓區(qū)域外的像素點的灰度值為0 ;所述輪廓曲線提取設(shè)備，包括：圖像濾波模塊，用于在所 述二值化圖像中，從灰度值為1的像素點中刪除無效的像素點，所述無效的像素點是指在 以該像素點為中心的M/30范圍內(nèi)，該像素點的8鄰域方向中至少兩個方向上的像素點數(shù)目 小于M/30,其中，M是所述表面粗糙度光切圖像灰度矩陣的行數(shù)；輪廓曲線確定模塊，用于 在刪除無效的像素點后的二值化圖像中，對于每列像素點按照行數(shù)由小到大的順序進行逐 一掃描，最先掃描到的灰度值為1的像素點記為上邊緣輪廓曲線中該列的像素點，并將所 述M減去最先掃描到的灰度值為1的像素點所在行數(shù)得到的差值，確定為上邊緣輪廓曲線 中該列像素點的縱坐標，并進而逐點得到整個上邊緣輪廓曲線的離散序列。
[0011] 在一個實施例中，還包括：計算模塊，用于在得到上邊緣輪廓曲線的離散序列之 后，針對上邊緣的輪廓曲線序列中的每列像素點，在該列上以上邊緣輪廓曲線序列中的像 素點為中心，在上邊緣輪廓曲線序列中的像素點上下方向各20個像素點的范圍內(nèi)，計算每 個像素點在原始灰度圖像中所對應(yīng)位置的梯度值和灰度值；第一輪廓曲線修正模塊，用于 對上述每個像素點的灰度值與梯度值分別乘以0. 5加權(quán)值后再相加，將上邊緣輪廓曲線序 列中該列像素點移至梯度值和灰度值加權(quán)相加和最大值所對應(yīng)像素點的縱坐標處，并再次 將M減去該最大值所對應(yīng)的像素點的縱坐標得到的坐標值，確定為當前列像素點的縱坐 標，依次調(diào)整上邊緣輪廓曲線序列中的每列像素點，重建上邊緣輪廓曲線序列。
[0012] 在一個實施例中，還包括：判斷模塊，用于重建上邊緣輪廓曲線序列之后，在重建 的上邊緣輪廓曲線序列中，判斷當前像素點與當前像素點前一相鄰像素點之間的距離是否 大于預(yù)設(shè)距離，所述當前像素點的前方是指所述當前像素點所在列至列數(shù)減小的方向；第 二輪廓曲線修正模塊，用于在判斷當前像素點與當前像素點前一相鄰像素點之間的距離大 于預(yù)設(shè)距離時，計算所述當前像素點前相鄰的三個像素點的坐標的平均坐標值，將所述當 前像素點移至確定的平均坐標值處。
[0013] 在一個實施例中，還包括：準直偏差計算模塊，用于分別改變基準直線的斜率或截 距，計算每次改變斜率或截距后的基準直線各點坐標與上邊緣輪廓曲線對應(yīng)列像素點坐標 之間的偏差絕對值，累加各偏差絕對值得到每次改變斜率或截距后的基準直線與上邊緣輪 廓曲線的偏差累計和值，組成偏差累計和值的集合；基準直線確定模塊，用于確定偏差累計 和值的集合中最小偏差累計和值對應(yīng)的基準直線；第三輪廓曲線修正模塊，用于將上邊緣 輪廓曲線上各列像素點的坐標值減去確定出的基準直線上對應(yīng)點的坐標值，得到與上邊緣 輪廓曲線上各像素點對應(yīng)的坐標差，將上邊緣輪廓曲線上各像素點移至對應(yīng)的坐標差處， 得到基準修正后的上邊緣輪廓曲線序列。
[0014] 在本發(fā)明實施例中，通過CMOS圖像傳感器在光切顯微鏡的目鏡接口處獲取