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CN116087196A - 一种构件表面损伤面积的测量方法 - Google Patents

一种构件表面损伤面积的测量方法 Download PDF

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CN116087196A CN202111304043.5A CN202111304043A CN116087196A CN 116087196 A CN116087196 A CN 116087196A CN 202111304043 A CN202111304043 A CN 202111304043A CN 116087196 A CN116087196 A CN 116087196A
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李天夫
屈伸
董晨
付长明
刘伦
张皓扬
张哲峰
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Institute of Metal Research of CAS
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Abstract

本发明公开了一种构件表面损伤面积的测量方法，适用于构件表面损伤程度的定量分析领域。测量方法包括以下步骤：使用体视显微镜或扫描电镜对待测表面进行拍照，并使用图像处理软件对照片进行清晰化处理；使用金相显微镜自带的金相分析系统对处理后的照片进行涂色标记，并对错误标记处进行人工修正，然后去除图片背景避免产生干扰；使用图像分析软件对照片涂色处进行识别测量，得出准确的表面损伤面积，还可通过简单计算得出材料表面损伤区域所占的百分比，用于评估材料或构件表面损伤程度。

Description

一种构件表面损伤面积的测量方法
技术领域
本发明涉及构件表面损伤程度的定量分析技术领域，具体涉及一种构件表面损伤面积的测量方法，用于对轴承、齿轮等构件表面的磨痕、剥落或缺陷面积进行精确的定量测量。
背景技术
接触疲劳是轴承、齿轮等构件的典型失效模式，构件表面或次表面由于接触疲劳作用萌生疲劳裂纹，疲劳裂纹逐渐扩展引起构件的接触面发生剥落损伤，引起构件失效。对构件表面的损伤程度进行分析，在构件的失效分析工作中起着非常重要的作用，但通常的分析方法只局限于使用显微镜对表面进行观察，通过肉眼对表面的损伤程度进行评估。有的研究人员会使用接触式轮廓仪对构件表面进行接触式扫描，得出构件表面的粗糙度和轮廓曲线，但使用轮廓仪测量仅能得出构件表面某一接触线的粗糙度和损伤的截面深度，不能直观地反映出接触面的整体损伤程度。除了轮廓仪，利用白光干涉仪也是比较常见的表面损伤测量方法，白光干涉仪是通过干涉条纹的移动变化测量几何长度或折射率的微小改变量，而测得构件表面选定区域的损伤程度，但是白光干涉仪仅能通过表面区域的颜色差异大致评价表面损伤程度，并不能对表面损伤情况进行定量测量，因此在实际的分析工作中存在较大误差。无论使用接触式轮廓仪还是白光干涉仪，测试中都需要使用样品实物，且测试仪器价格非常昂贵，很多非专业机构并不具备这种检测条件，这也给构件表面损伤程度的定量分析工作带来很大困难。
金相显微镜是材料学研究工作中的基础仪器，金相显微镜配套的金相分析系统功能丰富，使用金相分析系统可以进行晶粒度、非金属夹杂物等进行测量表征。金相分析系统中的“颗粒检测”功能可以对金相组织中的碳化物颗粒、第二相颗粒等进行涂色标记，并进行统计分析，其基本原理是对突显于基体组织的较亮或较暗的部分进行涂色，然后对涂色区域进行测量统计。因此可以使用金相分析系统的“颗粒检测”对突出显示的表面损伤处进行标记涂色，并去除背景，避免对涂色区域的测量产生干扰。
Image J是一种基于Java的图像处理软件，可计算选定区域内分析对象的一系列几何特征，可以对图片进行区域和像素统计，常用于生物学研究中的细胞密度测量、材料学研究中的孔隙率测量等，利用Image J软件可以对涂色区域进行测量统计的功能，可以对经过金相分析系统处理构件表面照片进行测量分析，精确地得到构件表面的损伤区域面积，实现损伤程度的定量分析。
发明内容
本发明的目的在于提供一种构件表面损伤面积的测量方法，该方法可通过最基本的设备及软件实现构件表面损伤程度的精准定量分析，且可在无样品实物的情况下完成测量，提高分析工作效率，测量结果稳定可靠。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种构件表面损伤面积的测量方法，包括以下步骤：
(1)对待检测构件表面使用体视显微镜或扫描电镜进行拍照；
(2)使用Photoshop等图像处理软件对照片进行清晰化处理，使损伤区域突出显示于背景表面；
(3)使用金相分析系统的“颗粒分析”功能对处理后照片中的损伤区域进行涂色标记，并人工修正误涂区域；
(4)使用Image J(或其他图像分析软件)对照片涂色区域进行测量，软件会自动得出涂色区域的面积；
(5)根据测试结果得出构件表面损伤区域面积，也可计算得出损伤面积百分比。
步骤(3)中，通过人工修正去除构件表面加工刀痕等易被误识别涂色的原始损伤区域。
步骤(5)中，使用涂色区域面积/测量面积＝损伤面积百分比。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明基于金相显微镜自带的金相分析系统、Image J图像分析软件等基础设备及软件实现构件表面损伤程度的精确定量分析，操作简单，不受仪器设备限制；
2、本发明适用于各种材料、尺寸、形状构件的表面损伤面积测量，在无样品实物的情况下也可通过图像照片完成测量分析工作；
3、本发明可以实现构件表面损伤程度的定量测试，测试结果精确可靠，且操作简便高效，适用于科研实验中的精准分析。
附图说明
图1为实施例1中某型轴承套圈表面局部损伤SEM照片。
图2为实施例1中经过清晰化处理后的照片。
图3为实施例1中对损伤区域进行涂色标记后的照片。
图4为实施例1中经过人工修正和背景消除后的涂色照片。
图5为实施例1中使用Image J进行测量后的分析图像及损伤面积测量结果。
图6为本发明的实施步骤流程图。
具体实施方式：
以下结合附图详述本发明
本发明通过几种常用软件实现材料表面磨损面积的精准定量测量，可以精确地测出轴承、齿轮等构件表面的磨痕、剥落或缺陷面积，测量结果经简单计算即可得出表面损伤区域所占面积百分比，用于对比分析不同样品或构件的损伤程度。本测量方法对构件或样品表面状态无特殊要求，甚至无需实物仅用照片即可进行测量，用简便的方法实现了构件或样品表面损伤程度的精准定量分析
实施例1中拍照采用Quanta 600扫描电子显微镜、图片处理采用PhotoshopCC2017软件、损伤区域涂色标记采用Olympus金相显微镜自带的Olycia m3金相分析软件、损伤面积测量采用Image J图像分析软件。
实施例1
本实施例构件表面损伤面积的测量方法，按照图6所示过程进行，具体包括以下步骤：
(1)将轴承样品使用丙酮进行超声波清洗，干燥后使用扫描电镜对某型轴承内圈滚道表面拍照，照片如图1。
(2)使用Photoshop软件对电镜照片进行USM锐化，调节亮度及对比度至损伤域明显突出显示于背景表面，使用图层叠加，保存照片如图2。
(3)使用Olycia m3软件打开处理后的照片，使用“分割”功能根据区域亮度对照片各区域进行区分，使用“颗粒分析”功能对分割后的照片进行区域涂色如图3，然后使用人工修正将被误涂的加工刀痕等原始表面损伤处的涂色去除，删除照片背景，保存图片如图4。
(4)使用Image J软件打开涂色后的图片4，将图片类型设置为8-bit，然后使用threshold功能设置涂色区域的识别阈值，设定后利用meansure功能对识别的区域进行测量如图5，并得出测试结果，测试结果如图5中右下角红色方框所示数据。
(5)测量面积如图5左上角红色方框所示，使用涂色区域面积/测量面积可得出表面损伤的面积百分比。
上述实施例仅示例性说明本发明的原理及性能，并非全部内容，人们还可以根据本实施例在无需创造性劳动前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (6)

1.一种构件表面损伤面积的测量方法，其特征在于：所述测量方法包括以下步骤：
步骤S1：对待测构件表面进行拍照；
步骤S2：对步骤S1中的照片进行清晰化处理；
步骤S3：在步骤S2中处理后的照片上对构件表面损伤区域进行涂色标记；
步骤S4：对步骤S3中处理后的照片涂色区域面积进行测量；
步骤S5：得出损伤区域面积测量结果，根据需要可计算得出损伤面积百分比。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：所述步骤S1中，对待测构件表面使用体视显微镜或扫描电子显微镜进行拍照。
3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：所述步骤S2中，对样品的照片使用Photoshop等图像处理软件对样品照片进行清晰化处理，通过调节对比度、图片锐化、图层叠加等方法使照片清晰，将表面损伤区域突出于背景显示。
4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：所述步骤S3中，对处理后照片使用金相显微镜自带的金相分析系统，使用“颗粒分析”功能对损伤区域(深色区域)进行识别和涂色，并使用人工修正功能对误识别的加工刀痕等区域进行修正处理，并去掉图片的背景部分。
5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：所述步骤S4中，使用Image J软件对去掉背景后的涂色照片进行识别分析，软件会自动计算得出涂色区域的面积。
6.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：所述步骤S5中，对于需要进行损伤程度估测的样品的测量结果进行计算，使用涂色区域面积/测量面积＝损伤面积百分比。
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