[发明专利]一种金刚石平行砂轮表面三维形貌表征与建模方法

权利要求书

1.一种金刚石平行砂轮表面三维形貌表征与建模方法，其特征在于，该方法首先进行磨粒密度和出刃高度的表征，然后根据测量结果依次对磨粒的方位、出刃高度和轴向位置、周向位置进行随机化建模，包括以下步骤：

步骤一：采用复形法和激光扫描共聚焦显微镜LSCM表征磨粒密度；

步骤二：采用复形法和激光扫描共聚焦显微镜表征磨粒出刃高度，得到磨粒出刃高度的统计分布；

步骤三：进行磨粒方位的随机化建模；

步骤四：根据磨粒出刃高度的统计分布，进行磨粒出刃高度和轴向位置的随机化建模；

步骤五：进行磨粒周向位置的随机化建模；

步骤六：判别上述拟添加磨粒与砂轮表面已存在磨粒之间的干涉，逐个添加磨粒直至达到测量得到的磨粒密度。

2.根据权利要求1所述的一种金刚石平行砂轮表面三维形貌表征与建模方法，其特征在于，所述步骤一中，采用硅胶对砂轮形貌进行压印复制，然后用激光扫描共聚焦显微镜对聚合物复形体进行观测得到磨粒密度；首先对激光扫描共聚焦显微镜测得的三维数据进行滤波处理，去除图像中的毛刺；然后对数据的进行统计分析设定高度的上、下阈值，采用灰度色图，并将色图的上、下极限设定为该上、下阈值，以增强图像中磨粒和结合剂之间的对比度，提高磨粒计数的精度；最后对砂轮圆周上均匀分布的三个区域进行测量，每个区域分别测量若干个子区域，得到磨粒密度的平均值和标准偏差。

3.根据权利要求1所述的一种金刚石平行砂轮表面三维形貌表征与建模方法，其特征在于，所述步骤二中，采用激光扫描共聚焦显微镜对砂轮复形体进行测量得到磨粒的出刃高度；根据LSCM测量数据提取磨粒出刃高度的具体步骤为：(1)采用设定模板尺寸的中值滤波器对测量图像进行滤波，去除图像上的椒盐噪声，得到测量图像；(2)通过在Matlab中手动选取多边形的顶点，得到砂轮的结合剂区域；(3)将滤波后的图像减去结合剂区域的拟合平面，从而对测量图像进行倾斜校正，并将结合剂区域的平均高度值调整为0，得到校正后的图像；(4)在图像上选取磨粒区域中z值最小的点，该点的z值对应于磨粒的出刃高度值；对砂轮表面的多个区域进行测量，绘制磨粒出刃高度的统计直方图，根据统计直方图的形状假设其服从某一分布函数，然后采用χ²拟合检验法对分布函数进行假设检验。

4.根据权利要求1所述的一种金刚石平行砂轮表面三维形貌表征与建模方法，其特征在于，中值滤波器的模板尺寸为5×5像素。

5.根据权利要求1所述的一种金刚石平行砂轮表面三维形貌表征与建模方法，其特征在于，所述步骤三中，进行磨粒方位的随机化建模时，设坐标系的原点O位于砂轮的几何中心，y轴与砂轮轴线对齐；刚开始的时候，磨粒的几何中心位于坐标原点；先后对磨粒的方位、出刃高度和轴向位置、周向位置进行随机化能够将磨粒移动到砂轮表面，获得砂轮的几何模型；砂轮上磨粒的方向是完全随机的，所以对每一颗模拟磨粒的方位进行随机化处理；将磨粒的每一个顶点先后沿x轴、y轴和z轴旋转一个随机的角度值：

式中：和——分别为方位随机化之前和之后的磨粒顶点坐标向量即磨粒中心到顶点的向量；R_x、R_y和R_z——分别为沿x轴、y轴和z轴的旋转矩阵；上式的矩阵形式为：

式中：α、β和γ——分别为沿x轴、y轴和z轴的旋转角度，服从0到2π之间的均匀分布，即：

α,β,γ～U(0,2π) (3)。