izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2022-8-35-40izmertech-1639Research ArticleОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕТРОЛОГИИ И ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИGENERAL PROBLEMS OF METROLOGY AND MEASUREMENT TECHNIQUESДискретный алгоритм на основе кусочно-линейной интерполяции для дискового морфологического фильтраDiscrete algorithm for disk morphological filter based on piecewise linear interpolationhttps://orcid.org/0000-0001-6186-6375ЗахаровО. В.ZakharovО. V.

Олег Владимирович Захаров

Саратов

Оleg V. Zakharov

Saratov

zov20@mail.ruЛаптевА. Г.LaptevA. G.

Александр Григорьевич Лаптев

Саратов

Alexander G. Laptev

Saratov

info@lapic.ruЛысенкоВ. Г.LysenkoV. G.

Валерий Григорьевич Лысенко

Москва

Valery G. Lysenko

Moscow

lysenko@vniims.ruМиловановаЕ. А.MilovanovaE. A.

Екатерина Александровна Милованова

Москва

Ekaterina A. Milovanova

Moscow

milovanova@vniims.ruТабачниковаН. А.TabachnikovaN. A.

Наталья Арменаковна Табачникова

Москва

Natalia A. Tabachnikova

Moscow

tobachnikova@vniims.ruСаратовский государственный технический университет им. Ю. А. ГагаринаРоссияYuri Gagarin State Technical University of SaratovRussian FederationООО «Лапик»РоссияLLC “Lapik”Russian FederationВсероссийский научно-исследовательский институт метрологической службыРоссияRussian Research Institute of Metrological ServiceRussian Federation202222052023083540Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1639

Рассмотрена особенность применения шестиосевых координатно-измерительных машин «Лапик» для измерения шероховатости сложных поверхностей. Данная особенность состоит в неравномерной дискретизации по координатным осям. Для учёта неравномерной дискретизации в качестве элемента прикладного программного обеспечения предложен дискретный алгоритм морфологической фильтрации. В дискретном алгоритме первичный профиль шероховатости подвергался кусочно-линейной интерполяции, дисковый структурный элемент описывался непрерывно, что позволило уменьшить погрешность определения центра дискового элемента при морфологических операциях. Точность алгоритма проверена на реальных и модельных примерах. Полученная погрешность фильтрации при измерении параметров шероховатости составила около 3 %. Проведено сравнение производительностей предложенного, базового дискретного и альфа-формы алгоритмов. Показано преимущество разработанного алгоритма при высокой неравномерности исходных данных. Время фильтрации для 10000 точек профиля шероховатости не превышает 0,05 с.

The use of six-axis coordinate measuring machines “Lapik” for measuring the roughness of complex surfaces has a feature that consists in non-uniform discretization along the coordinate axes. One of the elements of the applied software should be a morphological filtering algorithm that takes into account this specificity. Compared to linear and regression Gaussian filters, morphological filters have a number of advantages. The main ones are the absence of edge effects and the not need to first apply a form filter. The well-known basic discrete algorithm for the morphological filter provides for a constant profile discretization step. Another limitation is related to the error from the discretization of the structural element. This article presents a discrete algorithm that takes into account the indicated features of measurement on coordinate measuring machines. To do this, the primary roughness profile is subjected to piecewise linear interpolation, and the disk structural element is described continuously. This makes it possible to determine the center of the disc with less error during morphological operations. Checking the accuracy of the algorithm on real and model examples showed that the filtering error in measuring the parameters Ra and Rqs about 3 %. The advantage of the developed algorithm is realized with a high unevenness of the initial data. The comparison of the performance of the proposed algorithm with the known ones showed its sufficient efficiency. The calculation time for 10000 points of the roughness profile does not exceed 0.05 sec.

 

шероховатостьфильтрация профиляморфологический фильтрдискретный алгоритмкусочно-линейная интерполяцияroughnessprofile filteringmorphological filternumerical algorithmpiecewise linear interpolationработа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 22-29-01269)ReferencesА. с. СССР 1296832 МПК G01B 1/28. Способ контроля формы изделий на координатно-измерительной машине / А. Г. Лаптев, С. Г. Бойченко, В. Д. Семенов, А. Г. Маринин, О. Д. Лосин. Опубл. 15.03.1987. [Patent USSR 1296832 G01B 1/28, Laptev A. G., Boichenko S. G., Semenov V. D., Marinin A. G., Losin O. D., Published 03/15/1987].А. с. СССР 1296832 МПК G01B 1/28. Способ контроля формы изделий на координатно-измерительной машине / А. Г. Лаптев, С. Г. Бойченко, В. Д. Семенов, А. Г. Маринин, О. Д. Лосин. Опубл. 15.03.1987. [Patent USSR 1296832 G01B 1/28, Laptev A. G., Boichenko S. G., Semenov V. D., Marinin A. G., Losin O. D., Published 03/15/1987].Kochetkov A. V., Troshin A. A., Zakharov O. V., Defect and Diff usion Forum, 2021, vol. 410, pp. 872–877. https://doi.org/10.4028/www.scientifi c.net/DDF.410.872Kochetkov A. V., Troshin A. A., Zakharov O. V., Defect and Diff usion Forum, 2021, vol. 410, pp. 872–877. https://doi.org/10.4028/www.scientifi c.net/DDF.410.872Lou S., Jiang X., Scott P. J., Measurement, 2013, vol. 46, pp. 993–1001. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2012.10.001Lou S., Jiang X., Scott P. J., Measurement, 2013, vol. 46, pp. 993–1001. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2012.10.001Dietzsch M., Gerlach M., Groger S., Wear, 2008, vol. 264, pp. 411–415. https://doi.org/10.1016/j.wear.2006.08.042Dietzsch M., Gerlach M., Groger S., Wear, 2008, vol. 264, pp. 411–415. https://doi.org/10.1016/j.wear.2006.08.042Lou S., Jiang X., Scott P. J., Journal of Physics: Conference Series, 2014, vol. 483, 012020. https://doi.org/10.1088/1742-6596/483/1/012020Lou S., Jiang X., Scott P. J., Journal of Physics: Conference Series, 2014, vol. 483, 012020. https://doi.org/10.1088/1742-6596/483/1/012020Podulka P., Metrology and Measurement Systems, 2020, vol. 27, pp. 243–263. https://doi.org/10.24425/mms.2020.132772Podulka P., Metrology and Measurement Systems, 2020, vol. 27, pp. 243–263. https://doi.org/10.24425/mms.2020.132772Порошин В. В., Богомолов Д. Ю., Лысенко В. Г. Исследование погрешности фильтрации текстуры поверхности пространственным фильтром Гаусса // Измерительная техника. 2017. № 8. С. 19–23. [Poroshin V. V., Bogomolov D. Y., Lysenko V. G., Measurement Techniques, 2017, vol. 60, pp. 777– 784. https://doi.org/10.1007/s11018-017-1270-8].Порошин В. В., Богомолов Д. Ю., Лысенко В. Г. Исследование погрешности фильтрации текстуры поверхности пространственным фильтром Гаусса // Измерительная техника. 2017. № 8. С. 19–23. [Poroshin V. V., Bogomolov D. Y., Lysenko V. G., Measurement Techniques, 2017, vol. 60, pp. 777– 784. https://doi.org/10.1007/s11018-017-1270-8].Pawlus P., Reizer R., Wieczorowski M., Precision Engineering, 2021, vol. 72, pp. 807–822. https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2021.08.001Pawlus P., Reizer R., Wieczorowski M., Precision Engineering, 2021, vol. 72, pp. 807–822. https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2021.08.001Bolotov M. A., Pechenin V. A., Murzin S. P., Computer Optics, 2016, vol. 40, pp. 360–369. https://doi.org/10.18287/2412-6179-2016-40-3-360-369Bolotov M. A., Pechenin V. A., Murzin S. P., Computer Optics, 2016, vol. 40, pp. 360–369. https://doi.org/10.18287/2412-6179-2016-40-3-360-369Leach R. K., Bourell D., Carmignato S., Donmez A., Senin N., Dewulf W., CIRP Annals, 2019, vol. 68, pp. 677–700. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2019.05.004Leach R. K., Bourell D., Carmignato S., Donmez A., Senin N., Dewulf W., CIRP Annals, 2019, vol. 68, pp. 677–700. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2019.05.004Okunkova A., Volosova M., Peretyagin P., Zhirnov I., Podrabinnik P., Fedorov S. V., Gusarov A., Advanced Materials Letters, 2016, vol. 7, pp. 111–115. https://doi.org/10.5185/amlett.2016.6143Okunkova A., Volosova M., Peretyagin P., Zhirnov I., Podrabinnik P., Fedorov S. V., Gusarov A., Advanced Materials Letters, 2016, vol. 7, pp. 111–115. https://doi.org/10.5185/amlett.2016.6143Lou S., Jiang X., Scott P. J., Measurement, 2013, vol. 46. pp. 1002–1008. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2012.09.015Lou S., Jiang X., Scott P. J., Measurement, 2013, vol. 46. pp. 1002–1008. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2012.09.015Radhakrishnan V., International Journal of Machine Tool Design and Research, 1972, vol. 12, pp. 151–159. https://doi.org/10.1016/0020-7357(72)90030-3Radhakrishnan V., International Journal of Machine Tool Design and Research, 1972, vol. 12, pp. 151–159. https://doi.org/10.1016/0020-7357(72)90030-3Srinivasan V., Discrete morphological fi lters for metrology, Proceedings of the sixth IMEKO ISMQC symposium on metrology for quality control in production, TU Wein, Austria, September 8–10, 1998.Srinivasan V., Discrete morphological fi lters for metrology, Proceedings of the sixth IMEKO ISMQC symposium on metrology for quality control in production, TU Wein, Austria, September 8–10, 1998.Kumar J., Shunmugam M. S., International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2006, vol. 46, pp. 260–270. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2005.05.025Kumar J., Shunmugam M. S., International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2006, vol. 46, pp. 260–270. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2005.05.025Jiang X., Lou S., Scott P. J., Measurement Science and Technology, 2012, vol. 23, 015003. https://doi.org/10.1088/0957-0233/23/1/015003Jiang X., Lou S., Scott P. J., Measurement Science and Technology, 2012, vol. 23, 015003. https://doi.org/10.1088/0957-0233/23/1/015003Марков Б. Н., Меликова О. Н., Шулепов А. В. Алгоритм построения морфологического дискового фильтра для анализа шероховатости поверхности // Измерительная техника. 2017. № 5. С. 30–33. [Markov B. N., Melikova O. N., Shulepov A. V., Measurement Techniques, 2017, vol. 60, pp. 451–456. https://doi.org/10.1007/s11018-017-1216-1].Марков Б. Н., Меликова О. Н., Шулепов А. В. Алгоритм построения морфологического дискового фильтра для анализа шероховатости поверхности // Измерительная техника. 2017. № 5. С. 30–33. [Markov B. N., Melikova O. N., Shulepov A. V., Measurement Techniques, 2017, vol. 60, pp. 451–456. https://doi.org/10.1007/s11018-017-1216-1].Лукьянов B. C., Лысенко В. Г. Исследование влиянияЛукьянов B. C., Лысенко В. Г. Исследование влиянияаппроксимации на погрешность измерения параметров шероховатости дискретным методом // Измерительная техника. 1982. № 2. C. 16–19. [Luk’yanov V. S., Lysenko V. G., Measurement Techniques, 1982, vol. 25, pp. 106–110. https://doi.org/10.1007/BF00828988].аппроксимации на погрешность измерения параметров шероховатости дискретным методом // Измерительная техника. 1982. № 2. C. 16–19. [Luk’yanov V. S., Lysenko V. G., Measurement Techniques, 1982, vol. 25, pp. 106–110. https://doi.org/10.1007/BF00828988].Порошин В. В., Богомолов Д. Ю., Порошин О. В., Лысенко В. Г. Применение морфологической пространственной фильтрации неровностей поверхности для трёхмерной параметрической оценки текстуры // Метрология. 2016. № 2. С. 3–14. [Poroshin V. V., Bogomolov D. Y., Poroshin O. V., Lysenko V. G., Measurement Techniques, 2016, vol. 59, pp. 637–643. https://doi.org/10.1007/s11018-016-1023-0].Порошин В. В., Богомолов Д. Ю., Порошин О. В., Лысенко В. Г. Применение морфологической пространственной фильтрации неровностей поверхности для трёхмерной параметрической оценки текстуры // Метрология. 2016. № 2. С. 3–14. [Poroshin V. V., Bogomolov D. Y., Poroshin O. V., Lysenko V. G., Measurement Techniques, 2016, vol. 59, pp. 637–643. https://doi.org/10.1007/s11018-016-1023-0].Zakharchenko M. Yu., Kochetkov A. V., Salov P. M., Zakharov O. V., Materials Today: Proceedings, 2021, vol. 38, pp. 1866– 1870. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.08.488Zakharchenko M. Yu., Kochetkov A. V., Salov P. M., Zakharov O. V., Materials Today: Proceedings, 2021, vol. 38, pp. 1866– 1870. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.08.488Lou S., Jiang X., Scott P. J., Precision Engineering, 2012, vol. 36, pp. 414–423. https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2012.01.003Lou S., Jiang X., Scott P. J., Precision Engineering, 2012, vol. 36, pp. 414–423. https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2012.01.003

The authors declare that there are no conflicts of interest present.