CN110441305B - 一种二次喷丸的表面覆盖率检验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于零件表面处理技术领域，涉及一种二次喷丸的表面覆盖率检验方法，该方法在第一次喷丸的表面覆盖率检验过程中，基于样品的刀痕区域和喷丸弹坑区域的亮度差异，获取喷丸弹坑区域所占整个表面的百分比α；将表面覆盖率值与百分比α进行拟合，通过拟合方程得到待测样品的一次喷丸的表面覆盖率值；在第二次检验过程中，基于样品的表面粗糙度Sa，将二次喷丸标准样品的表面覆盖率与表面粗糙度Sa值进行拟合；通过拟合方程得到待测样品的二次喷丸的表面覆盖率值；本发明方法能够方便检验金属零件经二次喷丸产生的表面覆盖率是否满足图纸要求，提高喷丸强化工艺的可靠性，具有直观、准确、可靠有效、可追溯等优点。

Description

一种二次喷丸的表面覆盖率检验方法
技术领域
本发明属于零件表面处理技术领域，涉及一种二次喷丸的表面覆盖率检验方法。
背景技术
喷丸强化技术被广泛应用于航空、航天等关键承力部件的制造中，通过大量硬质弹丸高速撞击材料表面，使金属零件表面形成残余压应力层和组织强化层，从而提高金属零件的疲劳性能和抗应力腐蚀性能。二次喷丸是一种新型的喷丸强化技术，采用不同尺寸弹丸对材料表面先后进行两次喷丸强化处理，该方法具有表面质量好、疲劳性能增益效果更佳等优点。然而，目前对于二次喷丸的覆盖率的检验方法存在显著的不足：1)现行方法主要依靠检验员肉眼观察辨别，受检验人员的经验影响较大，且追溯性较差；2)第二次喷丸的覆盖率主要依靠工艺时间进行保障，尚缺乏直观的有效检验方法。亟需设计新型的二次喷丸的表面覆盖率检验方法。
发明内容
本发明的目的是：设计一种二次喷丸的表面覆盖率检验方法，以便检验金属零件经二次喷丸产生的表面覆盖率是否满足图纸要求，提高喷丸强化工艺的可靠性。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：
一种二次喷丸的表面覆盖率检验方法，所述的表面覆盖率检验方法包含以下步骤：
步骤一、在第一次喷丸的表面覆盖率检验过程中，基于样品的刀痕区域和喷丸弹坑区域的亮度差异，通过网格划分获取喷丸弹坑区域所占整个表面的百分比α；
将一次喷丸标准样品的表面覆盖率值与百分比α进行拟合,建立表面覆盖率-α值的拟合方程；通过拟合方程得到待测样品的一次喷丸的表面覆盖率值；
步骤二、在第二次喷丸的表面覆盖率检验过程中，基于样品的表面粗糙度Sa，将二次喷丸标准样品的表面覆盖率与表面粗糙度Sa值进行拟合,建立表面覆盖率-Sa值的拟合方程；通过拟合方程得到待测样品的二次喷丸的表面覆盖率值。
所述步骤一具体如下：
获取多个标准样品表面图像：采用光学显微镜分别拍摄多个不同表面覆盖率的一次喷丸标准样品的表面；
对每一个标准样品表面图像进行网格划分：
计算每个网格的亮度值：统计每个网格的亮度值，根据亮度值划分喷丸弹坑区域和原始刀痕区域；
通过亮度值计算百分比α值：统计喷丸弹坑区域的数量，并计算占整个标准样品表面的百分比α；
计算所有的标准样品表面图像的α值并建立拟合方程，将待测样品表面的α值代入拟合方程得到一次喷丸的表面覆盖率值。
所述步骤一网格划分中每个图像划分成不少于800×800个网格。
所述步骤一网格亮度的判断依据：设定置信区间为40％-60％，取区间内的置信度，计算所述置信度对应的亮度阈值；低于所述亮度阈值的记为喷丸弹坑区域；高于所述亮度阈值的记为原始刀痕区域。
所述步骤二中采用白光干涉仪分别拍摄多个不同表面覆盖率的二次喷丸标准样品，并获得基于所测区域的表面粗糙度Sa。
在第一次喷丸的表面覆盖率检验过程中和第二次喷丸的表面覆盖率检验过程中拍摄数量分别不少于5个。
第一次喷丸的表面覆盖率检验过程中：不同表面覆盖率的范围为0％至100％。
第二次喷丸的表面覆盖率检验过程中：不同表面覆盖率的范围为100％至200％。
优选地，步骤一中拟合为线性拟合。
优选地，步骤二中拟合为线性拟合
本发明的有益效果是：一种二次喷丸的表面覆盖率检验方法，以便检验金属零件经二次喷丸产生的表面覆盖率是否满足图纸要求，提高喷丸强化工艺的可靠性，该方法具有直观、准确、可量化、可靠有效、可追溯等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对本发明的实例中需要使用的附图作简单的解释。显而易见，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的二次喷丸的表面覆盖率检验方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。
在各个附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。
本发明的工作原理是：
第一次喷丸前的表面为车削、磨削等机加工表面，存在大量明显的刀痕，由于反射率较高，在光学显微镜下图像亮度较高；但是经过喷丸后，大量弹丸对材料表面反复地高速撞击，形成撞击坑，照射到材料表面的光学经漫散射，反射进入显微镜的光线减少，因而图像亮度下降。本方法通过分析这种亮度差异，区分喷丸区和未喷丸区，通过计算面积比率，从而获得表面覆盖率数值。
而第二次喷丸前，由于材料表面已经完全被弹丸坑覆盖，后续的弹丸撞击坑，难以用亮度差异区分，因此，本方法创新性地通过分析标准试样表面粗糙度随第二次喷丸表面覆盖率的变化规律，建立表面覆盖率-表面粗糙度Sa值的线性方程，从而获得第二次喷丸后的表面覆盖率值。表面粗糙度Sa值是基于区域形貌的粗糙度评定参数，其定义为：
Figure BDA0002169410320000041
其中Z为物体表面区域轮廓上点到基准平面的距离，M、N分别为评定区域中相互垂直两个方向上的采样点数。Sa表示区域形貌的算数平均偏差。用于表征物体表面二维形貌的粗糙程度。在微观领域评定表面粗糙度时，Sa比Ra更适用。
实施例一：
一种二次喷丸的表面覆盖率检验方法，具体如下：
1、第一次喷丸的表面覆盖率检验方法
采用光学显微镜分别拍摄6个不同表面覆盖率(0％，20％，40％，60％，80％，100％)的一次喷丸标准样品的表面，并将每个图像划分成800×800个网格，分别获得每个网格中的亮度值θi，
设定置信度为50％，计算置信度为50％所对应的中值亮度值θm，以图像的中值亮度值θm为判定依据，θi低于θm的网格记为喷丸弹坑区域，θi高于θm的记为原始刀痕区域，从而获得喷丸弹坑区域所占像素的百分比α。
通过分别对6个标准样品的表面覆盖率对应的α值共6组数据进行线性拟合，获得表面覆盖率-α值的线性方程，将待测样品表面的α值代入方程，得到待测样品的一次喷丸的表面覆盖率值。
2、第二次喷丸的表面覆盖率检验方法
采用白光干涉仪分别拍摄6个不同表面覆盖率(100％，120％，140％，160％，180％，200％)的二次喷丸标准样品，并获得基于所测区域的表面粗糙度Sa，通过分别对6个标准样品的表面覆盖率对应的Sa值共6组数据进行线性拟合，获得表面覆盖率-Sa值的线性方程，将待测样品表面的Sa值代入方程，即可计算出待测样品的二次喷丸的表面覆盖率。
实施例二：
第一次喷丸标准样品的数量为5个，喷丸覆盖率分别为(0％，35％，50％，75％，100％。二次喷丸标准样品的数量为5个，喷丸覆盖率分别为100％，135％，150％，175％，200％。
根据本实施例发现，本方法的表面覆盖率检测值比人工检测准确率更高，波动性更小。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二次喷丸的表面覆盖率检验方法，其特征在于：所述的表面覆盖率检验方法包含以下步骤：
步骤一、在第一次喷丸的表面覆盖率检验过程中，基于样品的刀痕区域和喷丸弹坑区域的亮度差异，通过网格划分获取喷丸弹坑区域所占整个表面的百分比α；
将一次喷丸标准样品的表面覆盖率值与百分比α进行拟合，建立表面覆盖率-α值的拟合方程；通过拟合方程得到待测样品的一次喷丸的表面覆盖率值；
步骤二、在第二次喷丸的表面覆盖率检验过程中，基于样品的表面粗糙度Sa，将二次喷丸标准样品的表面覆盖率与表面粗糙度Sa值进行拟合，建立表面覆盖率-Sa值的拟合方程；通过拟合方程得到待测样品的二次喷丸的表面覆盖率值。
2.根据权利要求1所述的二次喷丸的表面覆盖率检验方法，其特征在于：所述步骤一具体如下：
获取多个标准样品表面图像：采用光学显微镜分别拍摄多个不同表面覆盖率的一次喷丸标准样品的表面；
对每一个标准样品表面图像进行网格划分：
计算每个网格的亮度值：统计每个网格的亮度值，根据亮度值划分喷丸弹坑区域和原始刀痕区域；
通过亮度值计算百分比α值：统计喷丸弹坑区域的数量，并计算占整个标准样品表面的百分比α；
计算所有的标准样品表面图像的α值并建立拟合方程，将待测样品表面的α值代入拟合方程得到一次喷丸的表面覆盖率值。
3.根据权利要求2所述的二次喷丸的表面覆盖率检验方法，其特征在于：所述步骤一网格划分中每个图像划分成不少于800×800个网格。
4.根据权利要求2所述的二次喷丸的表面覆盖率检验方法，其特征在于：所述步骤一网格亮度的判断依据：
设定置信区间为40％-60％，取区间内的置信度，计算所述置信度对应的亮度阈值；低于所述亮度阈值的记为喷丸弹坑区域；高于所述亮度阈值的记为原始刀痕区域。
5.根据权利要求1所述的二次喷丸的表面覆盖率检验方法，其特征在于：所述步骤二中采用白光干涉仪分别拍摄多个不同表面覆盖率的二次喷丸标准样品，并获得基于所测区域的表面粗糙度Sa。
6.根据权利要求2至5任一项所述的二次喷丸的表面覆盖率检验方法，其特征在于：第一次喷丸的表面覆盖率检验过程中：所述不同表面覆盖率的范围为0％至100％。
7.根据权利要求6所述的二次喷丸的表面覆盖率检验方法，其特征在于：第二次喷丸的表面覆盖率检验过程中：所述不同表面覆盖率的范围为100％至200％。
8.根据权利要求6所述的二次喷丸的表面覆盖率检验方法，其特征在于：在第一次喷丸的表面覆盖率检验过程中拍摄数量不少于5个。
9.根据权利要求7所述的二次喷丸的表面覆盖率检验方法，其特征在于：在第二次喷丸的表面覆盖率检验过程中拍摄数量不少于5个。
10.根据权利要求1所述的二次喷丸的表面覆盖率检验方法，其特征在于：所述步骤一和步骤二中拟合均为线性拟合。
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