[发明专利]一种基于火花密度测量钢铁中碳含量的装置和方法

权利要求书

1.一种基于火花密度测量钢铁中碳含量的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)选定碳含量已知的n种钢铁样品作为标准样品，碳含量用字母X表示，各标准样品中碳的含量分别记为X1、X2、…、Xn；

2)对于步骤1)中的每种标准样品，照相机拍摄样品通过夹具与砂轮摩擦产生的火花，得到对应的一幅火花图，n种标准样品共得到n幅火花图；

3)对于步骤2)中得到的每一幅火花图，经过图像处理，求出其火花密度，火花密度用字母Y表示，分别记为Y1、Y2、……、Yn；

4)建立关系模型，即以X1、X2、…、Xn为因变量，以Y1、Y2、…、Yn为自变量，用拟合的方法建立碳含量X与火花密度Y之间的函数关系；该函数关系记为X＝f(Y)，其中f表示函数关系；

5)对于碳含量未知的待测钢铁样品，照相机拍摄样品通过夹具与砂轮摩擦产生的火花，得到待测钢铁样品的火花图，经过图像处理，求出火花密度，待测钢铁样品的火花密度记为Y0；根据步骤4)中的函数关系X＝f(Y)可以求出X0＝f(Y0)，X0即为测量得到的待测钢铁样品中的碳含量。

2.根据权利要求1所述的基于火花密度测量钢铁中碳含量的方法，其特征在于：步骤2)及步骤5)中，照相机拍摄样品火花之前，使用砂轮机对样品的表面进行打磨，去除样品表面的污染物和氧化物。

3.根据权利要求1所述的基于火花密度测量钢铁中碳含量的方法，其特征在于：步骤2)及步骤5)中，利用照相机拍摄样品火花时，样品必须用样品夹具夹持。

4.根据权利要求1所述的基于火花密度测量钢铁中碳含量的方法，其特征在于：步骤3)及步骤5)中的图像处理包括原始图像读入、图像预处理、图像二值化、二值图像形态学处理和图像分割及火花密度的提取。

5.根据权利要求4所述的基于火花密度测量钢铁中碳含量的方法，其特征在于：所述的图像预处理包括直方图均衡化、图像增强和平滑滤波。

6.根据权利要求4所述的基于火花密度测量钢铁中碳含量的方法，其特征在于：所述的二值图像形态学处理包括腐蚀、膨胀、开运算及闭运算。

7.根据权利要求1所述的基于火花密度测量钢铁中碳含量的方法，其特征在于：步骤4)的拟合方法为单变量非线性最小二乘法。

8.根据权利要求1所述的基于火花密度测量钢铁中碳含量的方法，其特征在于：拟合得到的函数关系为X＝-0.39043ln(89.78395-Y)/57.1888。

9.一种用于权利要求1至8任一项所述的方法的碳含量测量装置，包括砂轮机、样品夹具、照相机和计算机，所述的砂轮机连接样品夹具，所述的照相机与样品夹具相对设置，照相机连接计算机，照相机用于拍摄钢铁样品通过样品夹具与砂轮摩擦下产生的火花。