基于分形维数的磨粒识别方法研究

【摘要】机械设备在运转过程中,摩擦副的相对运动会产生大量的磨损颗粒,这些磨粒由于磨损机理的不同而具有各自的特征。铁谱分析技术是以磨粒识别为基础的故障诊断技术,它是机械设备磨损监测与故障诊断的重要手段。磨粒识别是铁谱分析的核心环节,其判断结果直接关系机械设备磨损状态诊断的正确性。由于磨损磨粒的多样性和复杂性,该过程尚无成熟的理论方法来指导,也没有能客观、全面的描述磨粒的定量参数。磨粒识别日前主要由人工借助显微镜来完成,这使得铁谱技术难以得到更进一步的推广和应用。磨粒的显微观测表明,磨粒具有自相似和多尺度分形特征。随着分形几何的引入和计算机图像处理技术的发展,使得铁谱磨粒的定量分析与自动识别成为可能。本文总结国内外铁谱分析技术及磨粒识别发展现状,以分形理论为依据,在前人研究的基础上,以球形磨粒、片状磨粒、切削磨粒、块状磨粒及层状磨粒五种典型磨粒为对象进行了研究。本文首先对分形理论进行介绍,对三种常见分形维数做了对比,同时选取适用于磨粒的表面轮廓分形维数及三维表面分形维数计算方法做了对比分析,通过计算最后选定FAENA法和计盒法用于磨粒分形维数计算。接着,设计图像处理与分形维数计算一体的MATLAB处理程序,对磨粒图片进行灰度转换、平滑滤波、锐化滤波、图形分割、提取边界,最终根据边界信息计算出磨粒轮廓分形维数,根据激光扫描共聚焦显微镜提供的三维表面信息计算出磨粒表面三维分形维数。最后,对利用激光扫描共聚焦显微镜拍摄的五种典型磨粒图片进行处理,计算出磨粒轮廓分形维数及磨粒表面三维分形维数并对其进行统计分析。统计结果表明明利用磨粒的分形维数可以实现磨粒识别。
【作者】齐福柱；
【导师】魏海军；王申明；
【作者基本信息】大连海事大学，船舶与海洋工程，2014，硕士
【关键词】铁谱技术；磨粒识别；分形理论；图像处理；三维表面；

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