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密封环端面共聚焦扫描图像的分形特征研究

时间:2015-11-4 14:32:40   来源:   作者:   点击:745次

  基于分形理论,利用MATLAB 开发密封环端面激光共聚焦扫描图像分形维数计算及分析程序,利用Sierpinski地毯对程序的计算结果进行标定,计算不同分割阈值下的图像分形维数,给出一种分割阈值的选取方法。研究结果表明: 设计开发的分形维数计算程序具有较高的准确性; 图像分割阈值的选取对密封环端面分形维数的计算有重要影响,给出的分割阈值选取方法,能使图像二值化效果最佳,使扫描图像能最大程度地反映密封环端面形貌的分形特征,从而提高密封环端面形貌定量描述的精确度。

  密封环端面的形貌是机械密封加工和工作过程中表现出来的重要特征,它对机械密封的摩擦特性和密封特性具有重要影响。研究密封环摩擦副粗糙表面的固有特性,正确表征摩擦副的表面形貌,对了解密封端面间的泄漏通道状况,以及提高机械密封动静环接触端面的磨合质量具有重要的意义。

  20 世纪70 年代,法国数学家Mandelbrot正式提出并创立了一种探索自然界复杂形态的数学分支———分形几何学。分形几何能够在更深层次上深刻地描述、研究和分析普遍存在的杂乱无章的、不规则的、随机的自然现象,在摩擦磨损领域中引入分形理论实现了对摩擦副粗糙表面形貌的科学的定量描述,从而推动了机械密封端面形貌与探寻密封泄漏通道的研究。在一些基于分形理论的机械密封端面研究中,大多采用W-M 或M-B 函数来表征和模拟密封端面,同时利用功率谱法和结构函数法来研究轮廓曲线的分形特性,但是函数模拟只能得到统计意义上的形貌,并不能全部反映密封端面的泄漏通道情况,因此利用扫描图像来研究密封端面的形貌特征就具有重要的意义。在以往一些基于扫描图像的分形特征研究中,多结合图像处理技术对图像进行预处理,然后利用计盒维数等方式求取二值化后图像的分形维数,然而二值化过程中阈值的选取对图像的特征表现和分形维数计算具有重要的影响,所选取的分割阈值应能最大程度地将密封端面扫描图像的分形特征表现出来。

  本文作者拟利用密封环端面的激光共聚焦扫描图像,通过MATLAB 编程计算密封端面的分形维数,讨论二值化过程中分割阈值选取对分形维数的影响,给出一种图像分割阈值的选取方法,突出图像的自相似特征,从而为密封环端面的分形表征提供一种快速、精确的新方法。

 
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