专利名称：金属表面光洁度的鉴别方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属表面光洁度的鉴别方法和装置。
已经知道多种在不与表面接触的条件下光学测定其各种特性的方法。例如，法国专利FR-A-2，484，633及FR-A-2，172，213所公开的一种方法。法国专利FR-A-2，208，107或FR-A-2，593，599还公开了测量表面粗糙度和凹凸的装置。这些方法一般都用射向表面和由该表面再传播回来的平行光束，其条件是要能得到局部表面数据，根据这组局部数据能再现该表面的一般数据。
然而，至于金属零件的表面光洁度，本领域的普通技术人员至今主要还是靠他自己的经验和实感判断，这些仍不能由上面所述的过分复杂的方法来替代。本领域的普通技术人员依靠被测金属的直观和外貌来将其分类尽管这种分类与表面的粗糙度不是没有关系的，但它却不是有关确定分类的表面粗糙度的真知，而是确定样品的均匀性、“颜色”或“密度”(疏松或致密的外貌)这类特性的判据，这些判据限定了表面的构造而不是它的粗糙度。
本发明的目的是提供一种自动鉴别金属表面光洁度的方法和装置，它可以代替人的判断。
实现本发明目的方法是全向(omnidirectionally)照亮该表面(或至少该表面的一个试样)，形成该表面的数值矩阵图象。(numericalmatriximage)，其中各矩阵点与灰度(greyintensity)值相关连，该值为相应表面元件反射回的光强的函数，将得到的这组值按下述方法进行处理用整组矩阵点、按每一灰度等级的矩阵点数量建立直方图，形成等级为4或更高的、构成该图象的鉴别矢量的4个座标的四个一组的值，该四个一组的值代表图象，将所述该图象的四个一组的值至少与几个预先鉴定好的和分好类的四个一组值中的一组作比较，如果图象的四个一组值(考虑到对每个要素(moment)预先确定的公差)等于所述分好类的四个一组值，则认为该分好类的四个一组值就是计算出的四个一组值，用这种方法计算直方图的第一组四个统计要素。
已经发现作为样品的描述因素的，分别表示该平均值、离中趋势(dispersion)、直方图的非对称性和扁率的第一组四个统计要素的选择使表面光洁度的鉴别成为可能，它证实了本领域普通技术人员的经验判断，同时提供了客观的可靠性。
必须注意到，四个上述要素是必需的，但对于完全限定图象(实际上，就是使图象得以再现)还是不充分的。事实上，它们在一个n维空间构成了一个矢量的4个座标，这里，n等于或大于4，若n大于4，则需要该矢量的其它座标来完全限定该图象。另一方面，所考虑的4个要素对描述该图象已足够了，因此能对两个图象进行比较。
对样品表面的球状(global)、全向的照明要尽可能均匀。照明最好是环形的，光线最好为白色，并位于样品片的上方，集中在系统的光轴上。照明可以便利地与一调节装置联结在一起。
数值矩阵图象按本领域所用的常规方法来形成，最好用矩阵相机和适用的常规透镜，并提供高质量的曝光。
根据本发明一个重要的特征，通过对不同等级的统计要素进行连续的试验把描述该样品的四个一组值与分类目录(catalogue)上的那些四个一组值相比较，试验以第一个等级的要素开始。
如果在分类目录中找不到描述该样品的四个一组值，就可以把该四个一组值记录在分类目录中充实该分类目录，然后继续执行本发明的系统。
把本发明的方法用于样品的统计观察，而数值数据处理系统的速度提供的却是对表面的连续测定能够连续测量所描述的四个一组值的变化情况(evolution)，并检测其对预定正常范围的偏离;而测定这种偏离的过程最好通过处理几个(例如3个)连续图象来进行，这样可以不计入由例如一个非常局部的表面缺陷等引起的可能的寄生图象。
本发明还涉及实施上述方法的装置，这样一种装置包括球状、全向地照明所述表面的装置，形成所述表面的数值矩阵图象的装置，其中各矩阵点与灰度值相关联，灰度值为由表面的相应元素反射的光强的函数;
处理该组收集到的值的装置;
以及再现所述处理结果的装置;
所述处理装置按下述方法设置按每一灰度等级的矩阵点数量来计算形成整组矩阵点的直方图的第一组四个统计要素，用这样一些四要素来形成能代表图象、并构成该图象的鉴别矢量的四个座标的四个一组值(等级等于或大于四)。
将该图象的四个一组值至少与几个预先鉴定并分好类的四个一组值中的一组进行比较。
若所述图象四个一组值(考虑到每个要素预定的公差)等于所述分好级的四个一组值中的一个，所述图象四个一组值就与所述分好级的四个一组值相同。
通过下面结合附图的描述，可清楚了解本发明的其它特点和优点。其中，
图1为本发明装置的简图，用于对样品的静止观察;
图2至图6为不同光洁度等级的样品的照片，是在用图1的装置的照明条件下并放大40倍得到的。
图1中示出了放置在样品平台2上的几十平方厘米的圆片形样品表面1，平台2在工作室3内。样品平台2可沿两个水平方向移动，由于使样品移动的装置是常规的安装装置，所以图中没有示出;它可以用推压按钮或手柄来手工操纵。样品的可移动性使得能够对同一样品的不同区域进行观察，这样可避免由可能的表面损伤而产生的有误差的数据。这种可移动性能排除被极端破坏的区域或确定所测不同区域的平均值，其目的是把有效区域上表面光洁度的轻微不均匀性考虑在内。
将室3封闭，使其不受外界光线的影响，并用一环形照明5在样品平台2的上方将其照亮，环形照明5环绕着垂直矩阵照相机7的透镜侧6。
环形照明最好装有常规的稳定装置，该装置包括光源8，光源8连接在反馈控制环路内，给照明提供电源。如果该稳定装置按照差分处理过程而不是按绝对处理过程分析灰度，就不需要这种稳定性了。
矩阵照相机7是一个包括产生模拟视频信号的光敏矩阵(如256×384传感器)的矩阵照相机(充电-转移探测器)。
该视频信号能在控制屏8上读出，控制屏8提供一个样品1的矩阵图象。
该信号还被输入到数值处理装置9中，该数值处理装置以一套各矩阵点的三个一组特性的形式接收数据，该数据由该点的二维座标和与该点有关的灰度构成。该装置根据这些数据计算按作为其灰度的函数的矩阵点的数量计算直方图的第一组四个统计要素。在荧光屏8或打印机10上可看到计算的结果。一但进行了这种计算，样品的特性就由这四个描述因素表示出来，这样就能够进行鉴别了。
只有预先组成分类目录才有可能进行鉴别工作。该分类目录是根据已知的样品建立的，这些样品的描述因素已经计算出来了。
未知样品的鉴别要点在于将由计算得到的四个描述因素构成的四个一组值与已知样品的四个一组值相比较。已经发现，要做到这点的最便利的方法是连续并逐级地测试该四个描述因素，(从第一个要素开始)。各个等级i的测试是将对等级i计算得到的要素与该套分好类的等级i的要素进行比较;如果计算得到的要素与一分好类的要素充分匹配(在预定的公差内)，就开始进行等级i+1的测试;如果四次等级为1，2，3，4的连续测试都是肯定的(positife)，就说明该样品经过鉴别，并接受与分类目录上相匹配的等级，该等级可在屏幕或打印机上读出。
当样品没被分辨出来时，可以用两种方法解决。或者将样品报废，或用它来充实分类目录，因为该目录中没有发现可与之匹配的数据。
在该鉴别处理过程的不同方案中，为了确定样品是否属于被鉴级别，可以对样品进行测试。在这种情况下，不需要将计算得到的四个一组值与该目录的整套四个一组值相比较，而只与所述级别的四个一组值相比较即可。
为了说明本发明，下表给出了带有就5个不同光洁度类型计算得到的统计要素值的分类目录，照片示于图2至图6。
在这个例子中，可以看到，该套表面光洁度可用第一组四个统计要素区别，而且正如上表所示，该识别描述因素并不总是相同的。
使用这一分类目录所得到的结果提供了样品等级85%的分辨率，也就是说，在由本领域的普通技术人员分类为表中光洁度类别之一的样品中，有85%被该装置分辨为属于同一种类别。在某种情况下观察到的模糊现象可以解释为该样品同时属于两个相邻的类别(样品的特征极限相互交叉)。在这种情况下应该注意到，本领域的普通技术人员和本发明的装置是一致的。
此外，在本发明人进行的实验中，为了确定各要素的最佳公差，根据实验期间对各要素确定的标准偏差的应用，使用了公知的方法。这一类方法更完整的资料可参考F.Boeuf和A.Vesserau的著作“农业方面的研究和实验”(RechercheetExperim-entationenAgriculture)的第二册，《生物和农业的统计方法(MethodsstatistiquesenBialogieetenAgronomie)的第3～6章，其中的教导可以参考结合于本发明中。
权利要求
1.一种鉴别金属表面光洁度的方法，其特征在于所述表面至少有一样品部分被全向照明，形成所述表面的数值矩阵图象，其中，各矩阵点与灰度值有关，该值是由表面相应的元件反射的光强的函数，按下列方法处理该套收集到的值按每一灰度等级的矩阵点数量建立全套矩阵点的直方图，计算直方图的第一组四个统计要素，以形成构成该图象鉴别因素的四个座标的四个一组值，其等级等于或大于四，所述四个一组值代表了该图象，至少把所述图象四个一组值与几个预先鉴定并分好类的四个一组值中的一个相比较，如果图象四个一组值等于(在对各个要素允许预定公差的情况下)所述已分好类的四个一组值中的一组，就认为所述图象四个一组值与所述分好类的四个一组值一致。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于通过连续的对分级的统计要素进行的测试(从第一级的要素开始)比较该图象四个一组值。
3.如权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于若待鉴别的图象不等于(在所述公差内)所述分好类的四个一组值中的任一组，就将所述图象四个一组值编入分类目录。
4.一种鉴别金属表面光洁度的装置，其特征在于包括全向、球状照亮所述表面的装置(5)，形成所述表面的数值矩阵图象的装置(6、7)，其中各矩阵点与灰度值有关，该值为由该表面相应的元件反射来的光强的函数，处理该组收集到的值的装置，所述装置以这样一种方法工作计算直方图的第一组四个统计要素，按每一灰度等级的矩阵点数量建立全套矩阵点的直方图，用所述四个要素形成代表图象、并构成图象鉴别因素的四个座标的四个一组值，其等级等于或大于四，把所述图象四个一组值至少与几个预先鉴定好和分好类的四个一组值中的一组相比较，若图象四个一组值等于(在对各个要素允许预定公差的情况下)所述分好类的四个一组值中的一组，则认为所述图象四个一组值是所述分好类的四个一组值，以及再现所述处理结果的装置。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于照明用的装置(5)是环状的。
6.如权利要求4或5中任一项所述的装置，其特征在于;照明用的装置(5)与光强调整装置相关连。
7.如权利要求4至6中任一项所述的装置，其特征在于形成图象的装置(6、7)包括一矩阵照相机。
8.如权利要求4至7中任一项所述的装置，其特征在于处理装置(9)与一显示屏(8)和/或一打印机(10)相连。
全文摘要
一种鉴别金属表面光洁度的方法和装置，该装置包括全向照亮样品表面的装置、形成表面数值矩阵图象的装置(各矩阵点与灰度值相关)、处理该组值的装置以及再现处理结果的装置。该处理装置这样工作；计算直方图的第一组四个统计要素，按每一灰度等级的矩阵点数量建立全套矩阵点直方图，用四个要素形成代表图象的四个一组值(等级≥4)，至少将该图象四个一组值与一预先鉴定并分好类的四个一组值比较，若两者相等则认为前者与后者一致。
文档编号G01B11/30GK1041445SQ8910492
公开日1990年4月18日 申请日期1989年7月20日 优先权日1988年7月20日
发明者皮埃尔·西纳尔, 安东尼·斯特依纳尔 申请人:法国冶金研究所