Автоматизация металлографического анализа и контроля сплавов с использованием методов цифровой обработки оптических изображений микроструктур

• Автор: Чубов, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.13.06, 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 209 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ АВТОМАТИЗАЦИИ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СПЛАВОВ

1.1 Показатели качества сплавов

1.1.1 Свойства, структура, химический и фазовый состав сплавов

1.1.2 Анализ и классификация элементов структуры сплавов

1.1.3 Основные принципы формирования структуры и фазового состава сплавов.

1.1.4 Принципы количественного металлографического анализа

1.1.5 Прогноз свойств и химического состава сплавов на основе анализа их структуры.

1.2 Модели и методы обработки изображений структур сплавов.

1.2.1 Схема системы анализа структуры сплавов.

1.2.2 Цветовые модели представления изображений.
1.2.3 Частотнопространственное представление изображения.
1.2.4 Предварительная обработка.
1.2.4.1 Коррекция градационных характеристик
1.2.4.2 Препарирование изображения
1.2.4.3 Подавление шумов и фильтрация помех.
1.2.5 Сегментация изображения.
1.2.5.1 Сегментация элементов изображений по яркости и цвету
1.2.5.2 Текстурная сегментация элементов изображений
1.2.5.3 Контурная сегментация и сегментация по форме
1.2.6 Выделение признаков.
1.2.6.1 Гистограммные признаки
1.2.6.2 Текстурные признаки.
1.2.6.3 Пространственноспектральные признаки
1.2.7 Понимание изображения.
1.3 Технические средства контроля структуры
Постановка задачи исследования.
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И ОЦЕНКА АЛГОРИТМОВ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ
2.1 Модель представления изображений шлифов
2.2 Разработка алгоритмов предварительной обработки изображений шлифов
2.2.1 Алгоритм компенсации неоднородности освещения на изображениях шлифов.
2.2.2 Алгоритм восстановления сфокусированного изображения по серии снимков
2.2.3 Алгоритм автоматизированной идентификации и разделения дефектов на изображении структуры шлифа.
2.3 Выявление признаков статистического описания изображений.
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ МИКРОСТРУКТУР И МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СПЛАВОВ
3.1 Разработка алгоритмов выделения объектов на изображениях шлифов
3.1.1 Яркостноцветовой алгоритм сегментации изображений
3.1.2 Яркостнотекстурный алгоритм сегментации изображений
3.1.3 Контурноструктурный алгоритм сегментации изображений
3.1.4 Комплексный подход к сегментации изображений.
3.2 Методы расчета параметров микроструктуры
3.2.1 Структурный фазовый объемный состав сплава.
3.2.2 Площадь граничных поверхностей в единице объема сплава
3.2.3 Определение размера зерна.
3.2.4 Сравнение изображения шлифа с эталоном
3.2.5 Критерии определения перепева жаропрочного сплава.
3.3 Прогноз свойств и химического состава сплава.
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКОГО АНАЛИЗА И
КОНТРОЛЯ СПЛАВОВ
4.1 Структура вычислительной системы автоматизированного контроля сплавов
4.2 Подсистема ввода изображений
4.3 Архитектура программной среды.
4.4 Результаты решения задач автоматизированного анализа с применением
разработанной системы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Для обеспечения требуемых физико-механических и эксплутационных свойств, а следовательно, структурного и фазового состояния сплавов, существуют различные виды термической обработки. Например, отжиг, закалка, отпуск, нормализация и старение. Также используются комплексные способы термообработки: термомеханическая, термоциклическая, химико-термическая. Свойства сплавов определяют их поведение в условиях внешних физикохимических воздействий. В зависимости от природы и характера внешних воздействий различают механические, физические и эксплуатационные свойства. Различают структурно-чувствительные и фазо-чувствительные свойства сплава. К первым относятся механические свойства, некоторые физические и эксплутационные (коэрцитивная сила, демпфирующая способность, внутреннее трение), реагирующие на изменение степени искажения кристаллической решетки, концентрацию примесных атомов, порядок расположения атомов компонентов, размер зерна, появление частиц избыточной фазы, их дисперсность и другие особенности структуры. Фазо-чувствительные свойства используют при изучении кинетики фазовых превращений. Они позволяют определять с высокой точностью изменение состава фаз и их количественное соотношение. К ним относятся намагниченность насыщения, теплоемкость, электропроводность. Классификация современных методов контроля и анализа показателей качества сплавов приведена на рис. В зависимости от назначения методы контроля показателей качества делятся на три группы: контроля химического состава; анализа структуры и фазового состава; контроля свойств. В каждой группе выделяют несколько видов контроля в зависимости от физической сущности и используемых средств. В настоящее время используется более видов методов контроля и анализа структуры и фазового состава сплавов (см. Это еще раз указывает на определяющую роль и значимость структурных характеристик сплавов в общей системе оценки показателей качества сплавов. Для анализа структуры и фазового состава используют металлографические, рентгеновские и физико-химические методы. В свою очередь, металлографические методы делятся на макроанализ и микроанализ. Макроанализ проводится непосредственно на поверхности изделия, в изломе заготовки (детали) или по макрошлифу и позволяет выделить участки, требующие дальнейшего микроскопического исследования. Рис. Микроанализ заключается в исследовании структуры сплава в отдельных его участках с помощью микроскопа (с увеличением 0 и более крат) с целью определения структуры и фазового состава сталей и сплавов, оценки количества, размеров, формы и распределения различных фаз. В зависимости от увеличения различают оптическую микроскопию и электронную. Кроме металлографических методов существуют косвенные физикохимические методы, основанные на существовании взаимосвязи между строением и свойствами сплавов. Они позволяют по изменению соответствующих физических свойств косвенно судить о превращениях, протекающих в металлах при их обработке и воздействующих на их структуру и фазовый состав. Принципы применения этих методов изложены в работах [,-]. Таким образом, для оценки качества сплавов разработана четкая система показателей, учитывающая все основные характеристики сплавов: химический состав, структуру и свойства. Для определения этих показателей используется большое количество методов и средств контроля и анализа сплавов как на специальных образцах, так и непосредственно на изделиях. Металлический сплав - это сложное вещество, полученное сплавлением нескольких металлов или металлов с неметаллами. Для описания строения сплавов используют понятия []: компонент, фаза, структура. Компонентами называют вещества (элементы), образующие структуру сплава. Они могут быть металлами, неметаллами, устойчивыми химическими соединениями. Компоненты в сплавах могут образовывать жидкие и твердые растворы, химические соединения и механические смеси (см. Приложение 2) []. Фаза - это однородная часть структуры сплава, имеющая одинаковый состав, одно и то же агрегатное состояние и отделенная от остальных частей структуры поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав или структура вещества изменяется скачкообразно.