基于机器视觉的激光表面改性质量快速检测 
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Rapid Detection of Laser Surface Modification Quality Based on Machine Vision
1 中国科学院力学研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学工程科学学院, 北京 100049
图 & 表
图 1. 激光表面改性系统及改性试样。(a)改性系统;(b)改性前的试样;(c)改性后的试样;(d)改性试样的剖面图像
Fig. 1. Laser surface modification system and modified specimen. (a) Modification system; (b) specimen before modification; (c) modified specimen; (d) section image of modified specimen
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图 2. 试样的表面形貌。(a)原始试样;(b)较低能量输入下的改性试样;(c)适中能量输入下的改性试样;(d)较高能量输入下的改性试样
Fig. 2. Surface morphology of specimens. (a) Original specimen; (b) modified sample with low energy; (c) modified specimen with appropriate energy; (d) modified sample with high energy
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图 3. 不同试样的二值图像。 (a)原始试样;(b)较低能量输入下的改性试样; (c)适中能量输入下的改性试样;(d)较高能量输入下的改性试样
Fig. 3. Binary images of different specimens. (a) Original specimen; (b) modified specimen with low energy; (c) modified specimen with appropriate energy; (d) modified specimen with high energy
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图 4. 工艺参数优化流程
Fig. 4. Optimization of process parameters
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图 5. 试样的表面形貌。 (a)较低能量输入;(b)实验1;(c)实验2;(d)较高能量输入;(e)实验3
Fig. 5. Surface morphology of specimens. (a) Low energy; (b) experiment 1; (c) experiment 2; (d) high energy; (e) experiment 3
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表 1描述区域纹理特征的参数
Table1. Parameters for region texture features
| Parameter | Area | Orientation | Oblateness | Symmetry | Accumulation | Density | Entropy |
|---|
| Mean | sm | θm | om | pm | am | | | | Standard deviation | ss | θs | os | ps | as | na | e |
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表 2改性工艺参数
Table2. Modification parameters
| Power /W | Speed /(mm·min-1) | Spot diameter /mm | Step /mm | Ra /μm | Remelting depth /μm |
|---|
| 0 | - | - | - | 0.9 | 0 | | 350 | 8000 | 0.09 | 0.08 | 2.4 | ~5 | | 500 | 8000 | 0.09 | 0.08 | 5.9 | ~50 | | 600 | 8000 | 0.09 | 0.08 | 13.2 | ~200 |
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表 3各分类算法的检测结果
Table3. Detection results of classification algorithms
| Algorithm | Trainingtime /s | Predictiontime /s | Trainingaccuracy /% | Predictionaccuracy /% | Accuracy(rotate 90°) /% | Accuracy(double scale) /% |
|---|
| LBP+SVM | 25 | 0.10 | 100 | 98.2 | 31.2 | 37.2 | | GLCM+SVM | 165 | 0.05 | 100 | 97.0 | 64.2 | 66.5 | | Moments+SVM | 170 | 0.03 | 75.3 | 65.2 | 55.4 | 57.2 | | Our | 45 | 0.01 | 100 | 97.0 | 86.2 | 80.2 |
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表 4工艺参数
Table4. Process parameters
| Experiment number | Power /W | Speed /(mm·min-1) | Spot diameter /mm | Step /mm | Status |
|---|
| 1 | 350 | 2000 | 0.09 | 0.08 | 2 | | 2 | 420 | 2000 | 0.09 | 0.08 | 3 | | 3 | 600 | 8000 | 0.25 | 0.08 | 3 |
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田崇鑫, 李少霞, 虞钢, 何秀丽, 王旭. 基于机器视觉的激光表面改性质量快速检测[J]. 激光与光电子学进展, 2020, 57(21): 211407. Tian Chongxin, Li Shaoxia, Yu Gang, He Xiuli, Wang Xu. Rapid Detection of Laser Surface Modification Quality Based on Machine Vision[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2020, 57(21): 211407.
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