Эффективный алгоритм пространственной морфологической фильтрации

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.

1. Григорьев С. Н., Телешевский В. И. Проблемы измерений в технологических процессах формообразования // Измерительная техника. 2011. № 7. С. 3–7. https://elibrary.ru/oalvlr

2. Григорьев 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/pjwdxh

3. Grigoriev S. N., Martinov G. M., Procedia CIRP, 2012, vol. 1, pp. 238–243. https://doi.org/10.1016/j.procir.2012.04.043

4. Grigoriev S. N., Martinov G. M., Procedia CIRP, 2016, vol. 46, pp. 525–528. https://doi.org/10.1016/j.procir.2016.04.036

5. Григорьев 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.2023-9-38-45

6. Whitehouse D. J., Handbook of Surface and Nanometrology, Second Edition, CRC Press – Taylor & Francis Group, Boca Raton FL, London, 2011.

7. 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/wanfnt

8. Kondo Y., Numada M., Yoshida I., Yamaguchi Y., Machida H., Koshimizu H., Measurement, 2021, vol. 181, 109622. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.109622

9. Podulka P., Sensors, 2022, vol. 22, 791. https://doi.org/10.3390/s22030791

10. 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.2020.08.488

11. Мастеренко 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.2019-11-24-30

12. Yu J., Xiao C., Hua T., Gao Y., ISA Transactions, 2023, vol.132,pp.544–556.https://doi.org/10.1016/j.isatra.2022.06.003

13. 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.

14. 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/ytvxpr

15. Мастеренко 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/grgaqe

16. 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.2022-8-35-40

17. Lou S., Jiang X., Scott P. J., Precision Engineering, 2012, vol. 36, pp. 414–423. https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2012.01.003

18. Podulka P., Metrology and Measurement Systems, 2020, vol. 27, pp. 243–263. https://doi.org/10.24425/mms.2020.132772

19. Lou S., Jiang X., Scott P. J., Proceedings of the Royal Society A, 2013, vol. 469, 20130150. https://doi.org/10.1098/rspa.2013.0150

20. 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.