[发明专利]一种基于形貌特征的微接触特性与图像阀值处理方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，涉及一种基于形貌特征的微接触特性与图像阀值处理方法。

背景技术

关于粗糙面形貌表征的问题，随着测量仪器的不断发展，数字模拟技术的研究也在不断深入，80年代G.Binnig和H.Rohrer发明的STM和AFM,以及在此基础上发展的各种SPM技术使3D微观形貌测量和分析进入了一个崭新的阶段。

使用传统微接触方法研究材料摩擦特性的方法始于20世纪60年代，经典的统计分析微接触力学模型是1966年Greenwood与Williamson共同提出的，1970年Whitehouse与Archard共同建立了同样基于统计学参数的W-A模型。1988年WR.Chang建立了基于高斯分布理论的摩擦系数模型（CEB），通过对该模型施加载荷P，利用Hamilton表达式，求出模型所能承受的最大剪切力Q，进而求出该模型的静摩擦系数。1994年S.K.Roy等将粘附作用的影响加入CEB模型中，分析了单一微凸峰所能承受的最大剪切载荷。2004年Lior Kogut对CEB模型进行了完善，考虑了微凸峰半径和斜度的变化，并对模型的摩擦系数进行了预测。近些年，随着商用软件的发展，使得通过软件对真实形貌进行接触分析成为可能，在齿轮接触应力分析方面，商用软件的应用已经非常普遍，但涉及微接触特征的表面表征与图像处理与分析还相对较少。

发明内容

本发明的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种基于形貌特征的微接触特性与图像阀值处理方法，解决了在理论模型的接触分析时不规则表面的接触区域难以合理表征的问题，通过将表面的轮廓图像进行阀值与二值化处理，获得了精确计算微接触模型接触面积的方法。

本发明的技术方案：发明这种基于形貌特征的微接触特性与图像阀值分析方法，其特征在于该方法的独有的表面表示方法和阀值处理技术，该方法具体步骤如下：

步骤一：使用镭射显微镜将需要研究的样本表面进行表面成像，通过计算机获取该样本表面的微形貌特征。

步骤二：设置采样的点阵密度，通过计算机输出描述表面轮廓特征的点阵数据。

步骤三：针对获得的数据点阵，通过去除错误点、插值等处理后，读入Matlab分析处理，获得插值后表面形貌的图像。

步骤四：将MATLAB拟合的曲面导入ANSYS进行接触分析，在ANSYS中通过MODEL操作将曲面封闭为实体，建立封闭实体。

步骤五：将导入的实体进行网格划分，表面网格要进行多次的细化，获得可供分析的有限元模型。

步骤六：对ANSYS有限元模型进行预应力接触分析，获得接触表面的预应力分布图像。

步骤七：在获得的预应力分布图像上，通过控制接触分析结果的应力阀值范围，获得不同阀值范围的接触应力的情况，实现对于不同接触状态下的接触特性的判定；

步骤八：将图像进行二值化处理，把不同应力阀值范围的区域标示成不同的颜色，研究者通过计算出不同颜色下的轮廓所占的面积，从而精确地获得该接触状态下的接触表面之间的接触面积。

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）本发明针对于表面轮廓不规则的接触表面进行建模，通过阀值处理将预应力变化转化为表面接触特性，为粗糙表面接触分析提供了分析手段和技术支撑。

（2）本发明既可以针对不还润滑油的两个接触表面的固固接触分析，也可以用以接触表面含有润滑油的固液接触分析，应用范围广。

（3）本发明是建立在镭射显微镜成像技术基础上的，适合于粗糙表面复杂轮廓的接触处理，处理结果可靠。

（4）对于本发明的应用范围，涉及微接触特征的粗糙表面固固接触，以及固液接触的研究。该方法既适用于金属接触也适用于非金属接触，对于不规则粗糙表面建模与接触分析研究，应用本发明可以有效且精确地获得接触表面的接触特性。

附图说明

图1为本发明基于形貌特征的微接触特性与图像阀值处理方法流程图；

图2为镭射显微镜表面形貌采集图像；

图3为由采集数据获得的MATLAB三维表面；

图4为MATLAB拟合过程；

图5为MATLAB拟合曲面导入ANSYS的实体；

图6为接触分析应力图；

图7为图像二值化后的接触区域形貌；

图8为边界接触面积示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方法的实施方式做详细说明。该方法的流程图如图1所示。