CN117114510B - 一种轴承防护涂层评价方法及系统 - Google Patents

一种轴承防护涂层评价方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于质量监督的数据分析技术领域，具体涉及一种轴承防护涂层评价方法及系统，包括：获取轴承上所有检测位置的击穿电压值；根据轴承上所有检测位置的击穿电压值获取轴承的涂层缺陷程度；根据轴承的涂层缺陷程度获取所有轴承受到的波动检测向量；根据所有轴承受到的波动检测向量获取缺陷识别矩阵；根据缺陷识别矩阵获取轴承涂层质量的异常程度；对轴承涂层质量的异常程度使用LOF局部离群算法,获取所有离群点以及所有离群点的离群因子；根据所有离群点以及所有离群点的离群因子获取涂层综合质量参数；根据涂层综合质量参数对轴承防护涂层进行评估。本发明通过对涂层均匀性进行评估，提高了涂层不均匀的检测精确度。

Description

一种轴承防护涂层评价方法及系统
技术领域
本发明涉及用于质量监督的数据分析技术领域，具体涉及一种轴承防护涂层评价方法及系统。
背景技术
轴承电化学腐蚀是指轴承在电解质溶液存在的条件下，由于轴承材质与其接触结构材质的金属活动性差异产生轴承材料的电化学反应，在轴承表面发生的一种腐蚀现象。
为减少电化学腐蚀导致的轴承寿命下降、性能降低，通常采取对轴承表面进行涂层处理，理想的涂层厚度均匀，但实际喷涂过程中涂层厚度不均匀，会导致表面精度不足与抗腐蚀性能降低。
现有通过涂层样本击穿电压与电压的波动情况进行涂层的厚度以及均匀性检测，进而对涂层的质量进行评价，常规阈值检测方法对于无明显缺陷但是涂层不均匀的情况检测精确度不高，需要通过多样本的涂层情况进行喷涂质量的评价。
发明内容
本发明提供一种轴承防护涂层评价方法及系统，以解决现有的问题：常规阈值检测方法对于无明显缺陷但是涂层不均匀的情况检测精确度不高。
本发明的一种轴承防护涂层评价方法及系统采用如下技术方案：
本发明一个实施例提供了一种轴承防护涂层评价方法，该方法包括以下步骤：
获取轴承上所有检测位置的击穿电压值；
根据轴承上所有检测位置的击穿电压值获取轴承的涂层缺陷程度；
根据轴承的涂层缺陷程度获取所有轴承受到的波动检测向量；根据所有轴承受到的波动检测向量获取缺陷识别矩阵；根据缺陷识别矩阵获取轴承涂层质量的异常程度；
对轴承涂层质量的异常程度使用LOF局部离群算法,获取所有离群点以及所有离群点的离群因子；根据所有离群点以及所有离群点的离群因子获取涂层综合质量参数；根据涂层综合质量参数对轴承防护涂层进行评估。
优选的，所述获取轴承上所有检测位置的击穿电压值，包括的具体方法为：
设置测试夹具连接检测装置，检测装置在测试夹具的接触位置两端施加电压，当击穿时检测装置记录击穿电压值；随后沿轴承基材进行移动至下一个检测位置，记录下一个检测位置的击穿电压值，多次测量直到全部的检测位置得到击穿电压值。
优选的，所述根据轴承上所有检测位置的击穿电压值获取轴承的涂层缺陷程度，包括的具体计算公式为：
式中表示轴承的涂层缺陷程度；/>表示涂层检测中检测位置的数量；/>表示第/>个涂层检测位置的击穿电压值；/>表示先验的目标厚度下的击穿电压值；/>表示所有检测位置上的击穿电压值的标准差。
优选的，所述根据轴承的涂层缺陷程度获取所有轴承受到的波动检测向量，包括的具体方法为：
首先建立单个轴承波动检测向量，其具体的计算过程为：
式中，表示第/>个轴承受到的波动检测向量；/>表示第/>个轴承的涂层缺陷程度；为第/>个涂层检测位置的击穿电压值；/>表示先验的目标厚度下的击穿电压值；/>为第/>个涂层检测位置的击穿电压值；/>表示向量转置运算；/>表示绝对值运算。
优选的，所述根据所有轴承受到的波动检测向量获取缺陷识别矩阵，包括的具体方法为：
设置一个空的缺陷识别矩阵，将第1个轴承受到的波动检测向量置于缺陷识别矩阵中的第一列；将第2个轴承受到的波动检测向量置于缺陷识别矩阵中的第二列；将第3个轴承受到的波动检测向量置于缺陷识别矩阵中的第三列；以此类推，直至将最后一个轴承受到的波动检测向量置于缺陷识别矩阵中的最后一列，得到缺陷识别矩阵。
优选的，所述根据缺陷识别矩阵获取轴承涂层质量的异常程度，包括的具体方法为：
式中，表示第/>个轴承涂层质量的异常程度；/>表示第/>个轴承受到的波动检测向量的转置向量与缺陷识别矩阵/>的乘积；/>表示第/>个轴承的涂层缺陷程度；/>表示所有轴承的涂层缺陷程度的均值；/>表示涂层检测中检测位置的数量；/>表示在所有轴承的涂层缺陷程度中，与第/>个轴承的涂层缺陷程度正负号相同的轴承的涂层缺陷程度的数量；/>表示绝对值运算。
优选的，所述获取所有离群点以及所有离群点的离群因子，包括的具体方法为：
以轴承涂层质量的异常程度为横坐标，以轴承上检测位置的击穿电压值与先验的目标厚度下的击穿电压值的差值为纵坐标，构建一个二维坐标系；
对于第个轴承，将第/>个轴承上所有检测位置的击穿电压值与先验的目标厚度下的击穿电压值的差值，置入二维坐标系中，作为二维坐标系中的数据点；再对二维坐标系中所有数据点进行LOF局部离群算法进行运算，设置LOF局部离群算法中的/>，式中，/>表示第/>个涂层检测位置的LOF局部离群算法的/>值；/>表示第/>个轴承涂层质量的异常程度；/>表示第/>个涂层检测位置的击穿电压值；/>表示先验的目标厚度下的击穿电压值；/>表示绝对值运算；得到所有离群点以及所有离群点的离群因子。
优选的，所述根据所有离群点以及所有离群点的离群因子获取涂层综合质量参数，包括的具体计算公式为：
式中，表示单个涂层综合质量参数；/>表示所有离群点的数量；/>表示涂层检测中检测位置的数量；/>表示所有离群点的离群因子中最大的离群因子；/>表示所有离群点的离群因子中最小的离群因子；/>表示归一化函数。
优选的，所述根据涂层综合质量参数对轴承防护涂层进行评估，包括的具体方法为：
预设一个涂层综合质量阈值，当涂层综合质量参数大于/>时，轴承防护涂层质量不佳，当涂层综合质量参数小于等于/>时，轴承防护涂层质量良好。
本发明的实施例提供了一种轴承防护涂层评价系统，该系统包括数据采集模块、数据分析模块、数据探索模块以及质量评估模块，其中：
数据采集模块，用于获取轴承上所有检测位置的击穿电压值；
数据分析模块，用于根据轴承上所有检测位置的击穿电压值获取轴承的涂层缺陷程度；
数据探索模块，用于根据轴承的涂层缺陷程度获取所有轴承受到的波动检测向量；根据所有轴承受到的波动检测向量获取缺陷识别矩阵；根据缺陷识别矩阵获取轴承涂层质量的异常程度；
质量评估模块，用于对轴承涂层质量的异常程度使用LOF局部离群算法,获取所有离群点以及所有离群点的离群因子；根据所有离群点以及所有离群点的离群因子获取涂层综合质量参数；根据涂层综合质量参数对轴承防护涂层进行评估。
本发明的技术方案的有益效果是：相比根据检测数值直接进行质量评价的手段，不能够根据样本自身波动特征进行涂层质量的自适应评价，会产生漏判或误判等缺陷，本发明针对涂层检测过程中单样本的检测数据变化体现在多样本检测数据变化中的显著性进行涂层质量的智能判断，在高精度检测仪器的基础上进行了涂层波动均匀性的评价，提高了轴承防护涂层不均匀的检测精确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明的一种轴承防护涂层评价方法的步骤流程图；
图2为本发明的测试夹连接检测装置示意图；
图3为本发明的一种轴承防护涂层评价系统的结构框图。
具体实施方式
为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种轴承防护涂层评价方法及系统，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种轴承防护涂层评价方法及系统的具体方案。
请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种轴承防护涂层评价方法的步骤流程图，该方法包括以下步骤：
步骤S001：获取轴承上所有检测位置的击穿电压值。
需要说明的是，轴承防护涂层作为一种延长轴承使用寿命，提升轴承性能的技术，可以在有限的成本下使轴承的性能得到良好的提升，得到广泛的应用；但对轴承防护涂层的性能参数进行检验时，不同样本的各位置检测参数不同，直接通过固定阈值对于样本测量值筛选异常情况会存在筛选精度低的缺陷；因此本实施例提出了一种轴承防护涂层评价方法。
需要进一步说明的是，本实施例作为一种轴承防护涂层评价方法，是基于轴承基材使用的钢材属于电的良导体，通过涂层来增加基材的绝缘性能。轴承防护涂层检测设备通过在轴承内外两端施加电压，来检验涂层的击穿电压，通过击穿电压的水平来反映涂层的厚度以及涂层是否均匀，因此首先需要采集检测数据。
具体的，如图2所示设置测试夹连接检测装置，检测装置在测试夹具的接触位置两端施加电压，当击穿时检测装置记录击穿电压值；随后沿轴承基材进行移动至下一个检测位置，记录下一个检测位置的击穿电压值，多次测量直到全部的检测位置得到击穿电压值。
至此，通过上述方法得到所有检测位置上的击穿电压值。
步骤S002：根据轴承上所有检测位置的击穿电压值获取轴承的涂层缺陷程度。
需要说明的是，高质量的涂层体现为涂层厚度与涂覆目标厚度相近，涂层各位置的涂层厚度差异较小。而实际加工过程中涂层各位置之间厚度不均匀，带来监测数据的比对波动，从而对轴承的差异情况进行识别定位。
需要进一步说明的是，由于涂层在加工之前存在先验的目标厚度要求，因此通过当前单样本的检测数据与先验目标差异，得到单样本的涂层均匀性评价以及单样本的差异目标位置。
具体的，通过所有检测位置上的击穿电压值与先验的目标厚度下的击穿电压值之间的差异，获取轴承的涂层缺陷程度，其具体的计算公式为：
式中表示轴承的涂层缺陷程度；/>表示涂层检测中检测位置的数量；/>表示第/>个涂层检测位置的击穿电压值；/>表示先验的目标厚度下的击穿电压值；/>表示所有检测位置上的击穿电压值的标准差。
需要进一步说明的是，当轴承涂层呈现厚薄越不均匀，则各检测位置的击穿电压值与先验的目标厚度下的击穿电压值差异越大，再通过立方对差异进行放大，最终得到当前涂层的整体参差趋向特点，所以当的绝对值越大，则涂层的缺陷程度越高。
至此，通过上述方法得到轴承的涂层缺陷程度。
步骤S003：根据轴承的涂层缺陷程度获取所有轴承受到的波动检测向量；根据所有轴承受到的波动检测向量获取缺陷识别矩阵；根据缺陷识别矩阵获取轴承涂层质量的异常程度。
需要说明的是，本实施例作为一种轴承防护涂层评价方法，其目的时对轴承涂层质量进行综合评价，而为了能够更准确的对轴承涂层质量进行综合评价，避免次品轴承对轴承涂层质量进行综合评价造成的影响，因此需要结合多个轴承的涂层缺陷程度以及所有检测位置的击穿电压值进行分析，获取轴承涂层质量的异常程度。
具体的，对于第个轴承，首先建立单个轴承波动检测向量/>，其具体的计算过程为：
式中，表示第/>个轴承受到的波动检测向量；/>表示第/>个轴承的涂层缺陷程度；为第/>个涂层检测位置的击穿电压值；/>表示先验的目标厚度下的击穿电压值；/>为第/>个涂层检测位置的击穿电压值；/>表示向量转置运算；/>表示绝对值运算。
至此得到，第个轴承受到的波动检测向量，同理获取所有轴承受到的波动检测向量。
需要说明的是，由于轴承波动检测向量内元素的数量与涂层中检测位置的数量相同；所以轴承波动检测向量的尺寸为。
然后，设置一个空的缺陷识别矩阵，将第1个轴承受到的波动检测向量置于缺陷识别矩阵中的第一列；将第2个轴承受到的波动检测向量置于缺陷识别矩阵中的第二列；将第3个轴承受到的波动检测向量置于缺陷识别矩阵中的第三列；以此类推，直至将最后一个轴承受到的波动检测向量置于缺陷识别矩阵中的最后一列，得到缺陷识别矩阵。
需要进行说明的是，由于矩阵中存在各位置的涂层厚度差异，进而通过波动检测向量L与缺陷识别矩阵中其余位置波动情况进行融合分析，综合出当前样本的监测位置在整批样本中的差异显著情况，进而对本样本的涂层均匀性进行更新，以便对多样本进行涂层工艺的评价提供数据支撑。
具体的，根据缺陷识别矩阵、轴承受到的波动检测向量以及轴承的涂层缺陷程度，获取轴承涂层质量的异常程度，其具体的计算公式为：
式中，表示第/>个轴承涂层质量的异常程度；/>表示第/>个轴承受到的波动检测向量的转置向量与缺陷识别矩阵/>的乘积；/>表示第/>个轴承的涂层缺陷程度；/>表示所有轴承的涂层缺陷程度的均值；/>表示涂层检测中检测位置的数量；/>表示在所有轴承的涂层缺陷程度中，与第/>个轴承的涂层缺陷程度正负号相同的轴承的涂层缺陷程度的数量；/>表示绝对值运算。
需要进一步说明的是，当轴承的检测数据属于工艺导致的波动时，缺陷识别矩阵中全局较大的波动情况产生积向量中的各元素数值增大，因此形成的乘积数值越大，说明轴承涂层检测数值异常属于工艺导致的可能性越大；
为第/>个轴承的涂层缺陷程度与所有轴承的涂层缺陷程度的均值的比值绝对值，代表第/>个轴承的缺陷程度与其他轴承的缺陷程度差异，比值绝对值越大说明当前样本的涂层异常情况在本批次检测样本中越突出；
表示在所有轴承的涂层缺陷程度中，与第/>个轴承的涂层缺陷程度正负号相同的轴承的涂层缺陷程度的数量与示涂层中检测位置的数量的比值；/>的值越大说明轴承涂层检测数值异常属于工艺导致的可能性越大。
至此，通过上述方法得到轴承涂层质量的异常程度。
步骤S004：对轴承涂层质量的异常程度使用LOF局部离群算法,获取所有离群点以及所有离群点的离群因子；根据所有离群点以及所有离群点的离群因子获取涂层综合质量参数；根据涂层综合质量参数对轴承防护涂层进行评估。
需要说明的是，步骤S003所计算的轴承涂层质量的异常程度，是单个轴承厚度变化情况在整体变化过程中的显著特性；为了能够更准确的对轴承涂层质量进行综合评价，需要通过轴承上所有检测位置的击穿电压值结合轴承涂层质量的异常程度，进而对轴承涂层质量进行综合评价。
具体的，以轴承涂层质量的异常程度为横坐标，以轴承上检测位置的击穿电压值与先验的目标厚度下的击穿电压值的差值为纵坐标，构建一个二维坐标系；
对于第个轴承，将第/>个轴承上所有检测位置的击穿电压值与先验的目标厚度下的击穿电压值的差值，置入二维坐标系中，作为二维坐标系中的数据点；再对二维坐标系中所有数据点进行LOF局部离群算法进行运算，由于LOF局部离群算法作为一种公知的算法，故在本实施例中不再赘述；设置LOF局部离群算法中的/>，式中，/>表示第/>个涂层检测位置的LOF局部离群算法的/>值；/>表示第/>个轴承涂层质量的异常程度；/>表示第个涂层检测位置的击穿电压值；/>表示先验的目标厚度下的击穿电压值；/>表示绝对值运算；得到所有离群点以及所有离群点的离群因子。
再根据所有离群点以及所有离群点的离群因子，对轴承涂层质量进行综合评价，其具体的计算公式为：
式中，表示单个涂层综合质量参数；/>表示所有离群点的数量；/>表示涂层检测中检测位置的数量；/>表示所有离群点的离群因子中最大的离群因子；/>表示所有离群点的离群因子中最小的离群因子；/>表示/>函数，在本实施例中用于进行归一化操作。
需要进一步说明的是，的值越大表示出现的离群点数量越多，说明涂层质量越差；/>的值越大表示离群点的差异程度越大，说明涂层质量越差，所以涂层综合质量参数越大，则涂层质量越差。
最后，预设一个涂层综合质量阈值，/>的取值可结合实际情况设置，本实施例不做硬性要求，在本实施例中以/>进行叙述，当涂层综合质量参数大于/>时，则轴承防护涂层质量不佳，当涂层综合质量参数小于等于/>时，则轴承防护涂层质量良好。
通过以上步骤，完成对轴承防护涂层的评估。
请参阅图3，其示出了本发明一个实施例提供的一种轴承防护涂层评价系统的结构框图，该系统包括以下模块：
数据采集模块，用于获取轴承上所有检测位置的击穿电压值；
数据分析模块，用于根据轴承上所有检测位置的击穿电压值获取轴承的涂层缺陷程度；
数据探索模块，用于根据轴承的涂层缺陷程度获取所有轴承受到的波动检测向量；根据所有轴承受到的波动检测向量获取缺陷识别矩阵；根据缺陷识别矩阵获取轴承涂层质量的异常程度；
质量评估模块，用于对轴承涂层质量的异常程度使用LOF局部离群算法,获取所有离群点以及所有离群点的离群因子；根据所有离群点以及所有离群点的离群因子获取涂层综合质量参数；根据涂层综合质量参数对轴承防护涂层进行评估。
本实施例相比根据检测数值直接进行质量评价的手段，不能够根据样本自身波动特征进行涂层质量的自适应评价，会产生漏判或误判等缺陷，本发明针对涂层检测过程中单样本的检测数据变化体现在多样本检测数据变化中的显著性进行涂层质量的智能判断，在高精度检测仪器的基础上进行了涂层波动均匀性的评价，提高了轴承防护涂层不均匀的检测精确度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种轴承防护涂层评价方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
获取轴承上所有检测位置的击穿电压值；
根据轴承上所有检测位置的击穿电压值获取轴承的涂层缺陷程度；
根据轴承的涂层缺陷程度获取所有轴承受到的波动检测向量；根据所有轴承受到的波动检测向量获取缺陷识别矩阵；根据缺陷识别矩阵获取轴承涂层质量的异常程度；
对轴承涂层质量的异常程度使用LOF局部离群算法,获取所有离群点以及所有离群点的离群因子；根据所有离群点以及所有离群点的离群因子获取涂层综合质量参数；根据涂层综合质量参数对轴承防护涂层进行评估；
所述根据轴承上所有检测位置的击穿电压值获取轴承的涂层缺陷程度，包括的具体计算公式为：
式中表示轴承的涂层缺陷程度；/>表示涂层检测中检测位置的数量；/>表示第/>个涂层检测位置的击穿电压值；/>表示先验的目标厚度下的击穿电压值；/>表示所有检测位置上的击穿电压值的标准差；
所述根据轴承的涂层缺陷程度获取所有轴承受到的波动检测向量，包括的具体方法为：
首先建立单个轴承波动检测向量，其具体的计算过程为：
式中，表示第/>个轴承受到的波动检测向量；/>表示第/>个轴承的涂层缺陷程度；/>为第/>个涂层检测位置的击穿电压值；/>表示先验的目标厚度下的击穿电压值；/>为第/>个涂层检测位置的击穿电压值；/>表示向量转置运算；/>表示绝对值运算；
所述根据缺陷识别矩阵获取轴承涂层质量的异常程度，包括的具体方法为：
式中，表示第/>个轴承涂层质量的异常程度；/>表示第/>个轴承受到的波动检测向量的转置向量与缺陷识别矩阵/>的乘积；/>表示第/>个轴承的涂层缺陷程度；/>表示所有轴承的涂层缺陷程度的均值；/>表示涂层检测中检测位置的数量；/>表示在所有轴承的涂层缺陷程度中，与第/>个轴承的涂层缺陷程度正负号相同的轴承的涂层缺陷程度的数量；/>表示绝对值运算；
所述获取所有离群点以及所有离群点的离群因子，包括的具体方法为：
以轴承涂层质量的异常程度为横坐标，以轴承上检测位置的击穿电压值与先验的目标厚度下的击穿电压值的差值为纵坐标，构建一个二维坐标系；
对于第个轴承，将第/>个轴承上所有检测位置的击穿电压值与先验的目标厚度下的击穿电压值的差值，置入二维坐标系中，作为二维坐标系中的数据点；再对二维坐标系中所有数据点进行LOF局部离群算法进行运算，设置LOF局部离群算法中的/>，式中，/>表示第/>个涂层检测位置的LOF局部离群算法的/>值；/>表示第/>个轴承涂层质量的异常程度；/>表示第/>个涂层检测位置的击穿电压值；/>表示先验的目标厚度下的击穿电压值；表示绝对值运算；得到所有离群点以及所有离群点的离群因子；
所述根据所有离群点以及所有离群点的离群因子获取涂层综合质量参数，包括的具体计算公式为：
式中，表示单个涂层综合质量参数；/>表示所有离群点的数量；/>表示涂层检测中检测位置的数量；/>表示所有离群点的离群因子中最大的离群因子；/>表示所有离群点的离群因子中最小的离群因子；/>表示归一化函数。
2.根据权利要求1所述一种轴承防护涂层评价方法，其特征在于，所述获取轴承上所有检测位置的击穿电压值，包括的具体方法为：
设置测试夹具连接检测装置，检测装置在测试夹具的接触位置两端施加电压，当击穿时检测装置记录击穿电压值；随后沿轴承基材进行移动至下一个检测位置，记录下一个检测位置的击穿电压值，多次测量直到全部的检测位置得到击穿电压值。
3.根据权利要求1所述一种轴承防护涂层评价方法，其特征在于，所述根据所有轴承受到的波动检测向量获取缺陷识别矩阵，包括的具体方法为：
设置一个空的缺陷识别矩阵，将第1个轴承受到的波动检测向量置于缺陷识别矩阵中的第一列；将第2个轴承受到的波动检测向量置于缺陷识别矩阵中的第二列；将第3个轴承受到的波动检测向量置于缺陷识别矩阵中的第三列；以此类推，直至将最后一个轴承受到的波动检测向量置于缺陷识别矩阵中的最后一列，得到缺陷识别矩阵。
4.根据权利要求1所述一种轴承防护涂层评价方法，其特征在于，所述根据涂层综合质量参数对轴承防护涂层进行评估，包括的具体方法为：
预设一个涂层综合质量阈值，当涂层综合质量参数大于/>时，轴承防护涂层质量不佳，当涂层综合质量参数小于等于/>时，轴承防护涂层质量良好。
5.一种轴承防护涂层评价系统，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在所述存储器中的指令以实现权利要求1-4中任一项所述的一种轴承防护涂层评价方法。
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