izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2023-12-12-17izmertech-2067Research ArticleЛИНЕЙНЫЕ И УГЛОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯLINEAR AND ANGULAR MEASUREMENTSЭффективный алгоритм пространственной морфологической фильтрацииAn efficient algorithm for areal morphological filterhttps://orcid.org/0000-0002-8239-5354ГригорьевС. Н.GrigorievS. N.

Григорьев Сергей Николаевич.

Москва

Sergey N. Grigoriev.

Moscow

s.grigoriev@stankin.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6186-6375ЗахаровО. В.ZakharovО. V.

Захаров Олег Владимирович - профессор кафедры "Технология машиностроения".

Саратов

Оleg V. Zakharov.

Saratov

zov20@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7410-7028ЛысенкоВ. Г.LysenkoV. G.

Лысенко Валерий Григорьевич.

Москва

Valery G. Lysenko.

Moscow

lysenko@vniims.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1041-4218МастеренкоД. A.MasterenkoD. A.

Мастеренко Дмитрий Александрович.

Москва

Dmitriy A. Masterenko.

Moscow

metrologycenter@gmail.comМосковский государственный технологический университет «СТАНКИН»РоссияMoscow State University of Technology “STANKIN”Russian FederationСаратовский государственный технический университет им. Ю.А. ГагаринаРоссияYuri Gagarin State Technical University of SaratovRussian FederationВсероссийский научно-исследовательский институт метрологической службыРоссияRussian Research Institute for Metrological ServiceRussian Federation2023300120240121217Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20242024ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2067

Рассмотрена оценка функциональных свойств поверхности изделий, основанная на обработке результатов измерения пространственных параметров структуры поверхности методом морфологической фильтрации. В рамках данного метода предложена форма представления измеренных данных, позволяющая повысить эффективность итерационного алгоритма перебора координат поверхности. Показано, что для широкого внедрения пространственной морфологической фильтрации в метрологическую практику требуется создать эффективный алгоритм фильтрации. Разработан алгоритм, основанный на матричном представлении морфологических операций над координатами поверхности. Введена различная индексация точек первичной поверхности и структурирующего элемента. В качестве структурирующего элемента использована сфера или плоский сегмент. Производительность разработанного алгоритма выше, чем у некоторых других алгоритмов, за счёт того, что все вычисления осуществляются при переборе координат поверхности за один проход без вложенных циклов. Приведены схемы алгоритмов морфологических операций наращивания и эрозии, на основе данных операций построены фильтры замыкания и размыкания. Моделирование различных наборов данных и сравнение с известными алгоритмами морфологической фильтрации подтвердили высокую эффективность разработанного алгоритма. Полученные результаты можно применять при анализе функциональных свойств поверхностей изделий.

This article discusses morphological filtering for assessing a areal parameters of a texture of engineering products. A data organization structure has been proposed that makes it possible to increase the efficiency of an iterative algorithm for enumerating a surface coordinates. Morphological filters complement the standard Gaussian filter to evaluate the functional properties of a surface. The widespread use of the areal morphological filtering in metrological practice is currently hampered by the lack of an effective algorithm. An algorithm based on a matrix representation of morphological operations on the surface coordinates is presented. For this purpose, different indexing of points on a primary surface and a structuring element has been introduced. A sphere or flat segment is used as the structuring element. The high performance of the developed algorithm is ensured due to the fact that all calculations are carried out by enumerating the surface coordinates in one pass, without nested loops, as in some other algorithms. Algorithms for morphological operations of dilation and erosion are presented, on the basis of which a closing and opening filters are constructed. Simulations carried out for various data sets and comparison with known morphological filtering algorithms confirmed the high efficiency of the designed algorithm. The results obtained can be used to analyze the functional properties of product surfaces.

шероховатостьфильтрацияморфологический фильтритерационный алгоритмroughnessfilteringmorphological filteriterative algorithmРабота выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 22-29-01269).This work was carried out with the support of the Russian Science Foundation (project no. 22-29-01269).ReferencesГригорьев С. Н., Телешевский В. И. Проблемы измерений в технологических процессах формообразования // Измерительная техника. 2011. № 7. С. 3–7. https://elibrary.ru/oalvlrGrigoriev S. N., Teleshevskii V. I., Measurement Techniques, 2011, vol. 54, pp. 744–749. https://doi.org/10.1007/s11018-011-9798-5Григорьев С. Н., Мастеренко Д. А., Телешевский В. И., Емельянов П. Н. Современное состояние и перспективы развития метрологического обеспечения машиностроительного производства // Измерительная техника. 2012. № 11. С. 56–59. https://elibrary.ru/pjwdxhGrigoriev S. N., Masterenko D. A., Teleshevskii V. I., Emelyanov P. N., Measurement Techniques, 2013, vol. 55, pp. 1311–1315. https://doi.org/10.1007/s11018-013-0126-0Grigoriev S. N., Martinov G. M., Procedia CIRP, 2012, vol. 1, pp. 238–243. https://doi.org/10.1016/j.procir.2012.04.043Grigoriev S. N., Martinov G. M., Procedia CIRP, 2012, vol. 1, pp. 238–243. https://doi.org/10.1016/j.procir.2012.04.043Grigoriev S. N., Martinov G. M., Procedia CIRP, 2016, vol. 46, pp. 525–528. https://doi.org/10.1016/j.procir.2016.04.036Grigoriev S. N., Martinov G. M., Procedia CIRP, 2016, vol. 46, pp. 525–528. https://doi.org/10.1016/j.procir.2016.04.036Григорьев С. Н., Мастеренко Д. А., Скопцов Э. С. Анализ профилей шероховатости стальных поверхностей после электроэрозионной обработки // Измерительная техника. 2023. № 9. C. 38–45. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2023-9-38-45Grigoriev S. N., Masterenko D. A., Skoptsov E. S. The analysis of the measurement information on electrical discharge machined steel surfaces, Izmeritel'naya Tekhnika, 2023, no. 9, pp. 38–45. (In Russ.) https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2023-9-38-45Whitehouse D. J., Handbook of Surface and Nanometrology, Second Edition, CRC Press – Taylor & Francis Group, Boca Raton FL, London, 2011.Whitehouse D. J., Handbook of Surface and Nanometrology, Second Edition, CRC Press – Taylor & Francis Group, Boca Raton FL, London, 2011.Захаров О. В., Яковишин А. С., Жуков А. В. Применение фильтров серии ISO 16610 для анализа структуры поверхности. Часть 3. Профильные морфологические фильтры // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2022. № 4. С. 36–49. https://elibrary.ru/wanfntZakharov O. V., Yakovishin A. S., Zhukov A. V., Application of ISO 16610 series filters for surface structure. Part 3. Profile morphological filters, Vestnik Saratovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2022, no. 4, pp. 36–49. (In Russ.)Kondo Y., Numada M., Yoshida I., Yamaguchi Y., Machida H., Koshimizu H., Measurement, 2021, vol. 181, 109622. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.109622Kondo Y., Numada M., Yoshida I., Yamaguchi Y., Machida H., Koshimizu H., Measurement, 2021, vol. 181, 109622. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.109622Podulka P., Sensors, 2022, vol. 22, 791. https://doi.org/10.3390/s22030791Podulka P., Sensors, 2022, vol. 22, 791. https://doi.org/10.3390/s22030791Zakharchenko 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.2020.08.488Мастеренко Д. А., Скопцов Э. С. Применение морфологической фильтрации в задаче диагностики состояния поверхности режущего инструмента // Измерительная техника. 2019. № 11. С. 24–30. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2019-11-24-30Masterenko D. A., Skoptsov E. S., Measurement Techniques, 2020, vol. 62, pp. 953–959. https://doi.org/10.1007/s11018-020-01718-yYu J., Xiao C., Hua T., Gao Y., ISA Transactions, 2023, vol.132,pp.544–556.https://doi.org/10.1016/j.isatra.2022.06.003Yu J., Xiao C., Hua T., Gao Y., ISA Transactions, 2023, vol. 132, pp. 544–556. https://doi.org/10.1016/j.isatra.2022.06.003Srinivasan V., Discrete morphological filters 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 filters for metrology, Proceedings of the sixth IMEKO ISMQC symposium on metrology for quality control in production, TU Wein, Austria, September 8–10, 1998.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. https://elibrary.ru/ytvxprMarkov B. N., Melikova O. N., Shulepov A. V., Measurement Techniques, 2017, vol. 60, pp. 451–456. https://doi.org/10.1007/s11018-017-1216-1Мастеренко Д. А., Скопцов Э. С. Способ построения огибающих при морфологической дисковой фильтрации микропрофиля поверхности // Вестник ТОГУ. 2019. № 4 (55). С. 9–16. https://elibrary.ru/grgaqeMasterenko D. A. Skoptsov E. S., The method of constructing envelopes during the morphological disk filtration of the surface microprofile, Vestnik TOGU, 2019, no. 4(55), pp. 9–16. (In Russ.)Захаров О. В., Лаптев А. Г., Лысенко В. Г., Милованова Е. А., Табачникова Н. А. Дискретный алгоритм на основе кусочно-линейной интерполяции для дискового морфологического фильтра // Измерительная техника. 2022. № 8. С. 35–40. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-8-35-40Zakharov О. V., Laptev A. G., Lysenko V. G., Milovanova E. A., Tabachnikova N. A., Measurement Techniques, 2022, vol. 65, pp. 577–583. https://doi.org/10.1007/s11018-023-02123-xLou 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.2012.01.003Podulka 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.2020.132772Lou S., Jiang X., Scott P. J., Proceedings of the Royal Society A, 2013, vol. 469, 20130150. https://doi.org/10.1098/rspa.2013.0150Lou S., Jiang X., Scott P. J., Proceedings of the Royal Society A, 2013, vol. 469, 20130150. https://doi.org/10.1098/rspa.2013.0150Порошин 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

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