本發(fā)明屬于材料表面檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于圖形像素定域定量識別奧氏體不銹鋼表面鐵污染的方法。

背景技術(shù)：

奧氏體不銹鋼因其優(yōu)異的耐蝕性、良好的抗高溫氧化性能及綜合的力學(xué)性能，成為原子能、航空航天、石油化工、食品加工、海洋作業(yè)等行業(yè)中重要材料。表面鐵污染容易破壞不銹鋼鈍化膜完整性，使不銹鋼表面產(chǎn)生銹跡、降低奧氏體不銹鋼的耐蝕性乃至抗應(yīng)力腐蝕性能，有關(guān)鐵污染的檢測成為不銹鋼裝備制造和質(zhì)檢監(jiān)控的重要環(huán)節(jié)。特別是在核電和石化泵、閥等關(guān)鍵不銹鋼裝備的高精密加工過程中，不僅需要檢測出是否含有鐵污染，而且需要實(shí)現(xiàn)鐵污染的定域定量化評估，進(jìn)而為相關(guān)裝備的高精密制造提供支持。

針對奧氏體不銹鋼鐵污染的測試方法主要有：藍(lán)點(diǎn)法、硫酸銅法和鄰菲羅啉法。早在1984年，我國航空工業(yè)部就頒布了利用硫酸銅法檢測奧氏體不銹鋼表面鈍化膜的方法。當(dāng)不銹鋼在潮濕環(huán)境下因鐵污染而產(chǎn)生銹跡時，該方法對鈍化膜完整性的測量不靈敏。鐵氰化鉀-硝酸測試簡稱為藍(lán)點(diǎn)法，因檢測靈敏度高而被廣泛使用。但藍(lán)點(diǎn)溶液中因鐵氰化鉀在加熱或光照條件下，溶液揮發(fā)出劇毒的氰化氫氣體，故藍(lán)點(diǎn)法存在潛在的毒性和環(huán)境污染問題。同時藍(lán)點(diǎn)溶液保存周期短，需現(xiàn)配現(xiàn)用，使用不方便。我們針對鐵污染破壞不銹鋼鈍化膜完整性問題，曾在專利cn101825574b中公開了一種檢測奧氏體不銹鋼表面鐵污染的鄰菲羅啉溶液及方法，具有操作方便、靈敏度高、鄰菲羅啉試劑保存周期長等一系列優(yōu)點(diǎn)?；谠摍z測試劑和方法，曾在專利cn102364331b中公開了一種鐵污染的分級方法，通過利用色差計測量紅色程度來半定量評估鐵污染的程度，避免了人工檢測所產(chǎn)生的檢測誤差。上述方法為不銹鋼產(chǎn)品防污和潔整化制造的質(zhì)檢監(jiān)控提供了良好支持。為了適應(yīng)裝備高精密化制造要求，表面污染的評估需要從污染缺陷檢測向定域定量評估發(fā)展，即能夠在精密零部件制造過程中一次性大面積檢測并評估鐵污染在零部件表面的具體位置和含量。然而，cn102364331b中公開的鐵污染分級方法，只能半定量評估在某一點(diǎn)處直徑約8mm面積的鐵污染的平均值，因此難以滿足大面積定域定量評估鐵污染的要求。如何基于前期鄰菲羅啉和藍(lán)點(diǎn)試劑顯色檢測的基本原理實(shí)現(xiàn)污染的定量定位評估，為高精密制造過程中污染評估提供了發(fā)展思路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供一種快速、操作方便的奧氏體不銹鋼表面鐵污染的定域定量檢測評估方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于圖形像素定域定量識別奧氏體不銹鋼表面鐵污染的方法，包括以下步驟：

第一步，采集鐵污染顯色檢測圖像

將試紙浸漬在鐵污染的鄰菲羅啉顯色檢測試劑中，浸漬后取出將其貼于待測奧氏體不銹鋼樣品表面，保持表面潤濕進(jìn)行顯色測試，顯色測試后拍攝貼在不銹鋼表面的試紙，采集顯色圖像；

所述的鐵污染的鄰菲羅啉顯色檢測試劑為將檸檬酸c6h8o7·h2o、檸檬酸鈉c6h5o7na3·2h2o、鄰菲羅啉c12h8n2·h2o、鹽酸羥胺honh3cl按比例溶于去離子水后，配置的測試溶液，其中，檸檬酸、檸檬酸鈉、鄰菲羅啉、鹽酸羥胺的質(zhì)量百分比依次為28.7％～82.3％、8.2％～62.1％、1.7％～6.3％、5.2％～10.4％。

第二步，圖像像素識別

自動提取調(diào)整顯色圖像不同位置的rgb顏色色度值；將r、g、b坐標(biāo)陣列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以lab色度表示的l、a、b的坐標(biāo)陣列數(shù)據(jù)；以a(x,y，a)坐標(biāo)陣列數(shù)據(jù)作為圖形像素重構(gòu)的源數(shù)據(jù)，其中(x,y)代表像素位置信息，a代表紅色色度值；

第三步，圖形像素重構(gòu)

3.1)采用沒有污染的不銹鋼作為校準(zhǔn)板，重復(fù)第一步和第二步，獲得校準(zhǔn)板顯色檢測的lab色度的ls、as、bs的顏色坐標(biāo)陣列數(shù)據(jù)，求as(x,y，as)中所有as數(shù)據(jù)的平均值a作為圖形像素重構(gòu)的校準(zhǔn)基值；

3.2)將檢測樣品的a(x,y,a)數(shù)據(jù)中所有的源數(shù)據(jù)a減去校準(zhǔn)基值a，得到新坐標(biāo)陣列a*(x,y,a*)，以a*陣列的x、y、a*為坐標(biāo)作三維圖，并作沿a*坐標(biāo)方向的二維投影圖，其中(x,y)為位置平面坐標(biāo)，a*為縱坐標(biāo)。

第四步，污染的定域定量評估

4.1)從三維圖中直接讀取任意位置的紅色色度值a*，帶入預(yù)先建立的與鐵污染含量相關(guān)的a0-n[fe]標(biāo)準(zhǔn)譜，確認(rèn)待測樣品定域位置的鐵污染程度；用二維投影圖檢驗(yàn)圖形像素重構(gòu)是否符合原始圖像的顯色位置及分布要求。

4.2)所述鐵污染含量a0-n[fe]標(biāo)準(zhǔn)譜建立：選取具有代表性的不同鐵污染程度(n[fe])，單位為mg/cm²)的樣品集，上述測試溶液對所述樣品集的每個樣品進(jìn)行顯色測試，并通過圖像像素識別紅色色度值a0，建立a0-n[fe]標(biāo)準(zhǔn)譜。

當(dāng)以碳鋼或純鐵粉為污染標(biāo)準(zhǔn)譜的樣品集時，其標(biāo)準(zhǔn)譜關(guān)系式為:

a0＝26.6-1.04/(0.08+n[fe])-92.7/(6.75+n[fe])(1)

所述的測試溶液還可以替換為由鐵氰化鉀和硝酸構(gòu)成的藍(lán)點(diǎn)溶液，并且當(dāng)以藍(lán)點(diǎn)溶液作為測試溶液時，提取lab中的藍(lán)色色度坐標(biāo)陣列b*(x,y,b*)中b*值的相反數(shù)表征鐵污染程度，對比參考的標(biāo)準(zhǔn)譜為b0-n[fe]標(biāo)準(zhǔn)譜。以藍(lán)點(diǎn)溶液顯色試劑、碳鋼或純鐵粉為標(biāo)準(zhǔn)譜的樣品集時，以碳鋼或純鐵粉為污染標(biāo)準(zhǔn)譜的樣品集時，其標(biāo)準(zhǔn)譜關(guān)系式為:

b0＝29.5-0.49/(0.03+n[fe])-27.07/(2.14+n[fe])(2)

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供的定域定量檢測評估方法操作方便，可明顯提高檢測精度，并且能夠依據(jù)該方法對不同鐵污染程度的奧氏體不銹鋼進(jìn)行分級，本發(fā)明可應(yīng)用于核電、石油化工、食品、航天等行業(yè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)奧氏體鋼裝備制造過程中鐵污染的精準(zhǔn)檢測。

附圖說明

圖1為鄰菲羅啉試劑檢測時表面鐵污染量與紅色色度關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖；

圖2為藍(lán)點(diǎn)試劑檢測時表面鐵污染量與藍(lán)色色度關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的奧氏體不銹鋼表面鐵污染分級的具體方案由以下兩個實(shí)施例詳細(xì)給出：

實(shí)施例1以鄰菲羅啉測試溶液顯色時圖形像素定域定量識別奧氏體不銹鋼表面鐵污染的方法，包括以下步驟：

檢測方法在具體實(shí)施例1之前，要預(yù)先建立不同鐵污染程度的不銹鋼表面所測色度值與鐵污染量的a0標(biāo)準(zhǔn)譜，具體步驟如下：

(1)配置檢測溶液，使用公開專利cn101825574a中公布的測試溶液時的成分及質(zhì)量百分比為：

(2)選取奧氏體不銹鋼表面鐵污染樣品集，本實(shí)施例1中的樣品集如下：

針對表面粘附式鐵污染的試樣，選取奧氏體不銹鋼z2cn18-10、粒度為1000目的鐵粉為試驗(yàn)材料，不銹鋼用線切割加工成直徑為30mm、厚度為1.5mm的試片，試片經(jīng)水砂紙120#、400#、800#和1200#打磨，并經(jīng)酸洗鈍化后用清潔水沖洗、吹干。稱取一定量的鐵粉均勻鋪在試片表面，在一定壓力下獲得鐵污染粘附不銹鋼試樣，采用的具體處理方法如表1所示:

表1z2cn18-10粘附式鐵粉破壞鈍化膜完整性的工藝處理

(3)用鄰菲羅啉測試溶液對所述樣品集的每個樣品進(jìn)行圖像采樣，通過matlab自動提取每張圖片的rgb顏色色度值；將r、g、b坐標(biāo)陣列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以lab色度表示的[l0-1、a0-1、b0-1]、[l0-2、a0-2、b0-2]、…、[l0-x、a0-x、b0-x]、…[l0-14、a0-14、b0-14]的坐標(biāo)陣列數(shù)據(jù)；取a0-x(x,y，a0-x)坐標(biāo)陣列中a0-x的平均值作為第x個樣品的色度值，以樣品集的色度值數(shù)據(jù)a0-x為縱坐標(biāo)數(shù)據(jù)，鐵污染量為橫坐標(biāo)數(shù)據(jù)作圖，通過曲線擬合和全局優(yōu)化算法得到a0-n[fe]標(biāo)準(zhǔn)譜及譜線擬合公式，結(jié)果如圖1所示。

上述奧氏體不銹鋼顯色程度與鐵污染程度的標(biāo)準(zhǔn)譜建立后，進(jìn)行奧氏體不銹鋼待測樣品表面鐵污染的圖像像素定域定量評估。具體的方法如下：

(1)采集鐵污染顯色檢測圖像：將試紙浸漬鐵污染的鄰菲羅啉顯色檢測試劑后，貼于待測奧氏體不銹鋼樣品表面，保持表面潤濕進(jìn)行顯色測試，對顯色測試后貼在不銹鋼表面的試紙拍攝，采集顯色圖像；

(2)圖像像素識別：自動提取調(diào)整圖像不同位置的rgb顏色色度值；將r、g、b坐標(biāo)陣列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以lab色度表示的l、a、b的坐標(biāo)陣列數(shù)據(jù)；以a(x,y，a)坐標(biāo)陣列數(shù)據(jù)作為圖形像素重構(gòu)的源數(shù)據(jù)，其中(x,y)代表像素位置信息，a代表紅色色度值；

(3)圖形像素色度校準(zhǔn)：采用沒有污染的不銹鋼作為校準(zhǔn)板，重復(fù)步驟(1)和步驟(2)，獲得校準(zhǔn)板顯色檢測的lab色度的ls、as、bs的顏色坐標(biāo)陣列數(shù)據(jù)，求as(x,y，as)中所有as數(shù)據(jù)的平均值a作為圖形像素重構(gòu)的校準(zhǔn)基值；將上述檢測樣品的a(x,y,a)數(shù)據(jù)中所有的源數(shù)據(jù)a減去校準(zhǔn)基值a所獲得新坐標(biāo)陣列a*(x,y,a*)；

(4)圖形像素重構(gòu)與定域定量評估：以a*陣列的x，y和a*為坐標(biāo)作三維圖和沿a*坐標(biāo)方向的二維投影圖，其中(x,y)為位置平面坐標(biāo)，a*為縱坐標(biāo)。從三維圖中直接讀取任意位置的紅色色度值a*，帶入預(yù)先建立的與鐵污染含量相關(guān)的a0-n[fe]標(biāo)準(zhǔn)譜，確認(rèn)待測樣品定域位置的鐵污染程度；用二維投影圖檢驗(yàn)圖形像素重構(gòu)是否符合原始顯色圖像的檢測位置及分布。

檢驗(yàn)表明，奧氏體不銹鋼局域位置鐵污染程度能夠通過圖形像素重構(gòu)后的顯色程度來評估，該方法可行。

實(shí)施例2以藍(lán)點(diǎn)測試溶液顯色時圖形像素定域定量識別奧氏體不銹鋼表面鐵污染的方法，包括以下步驟：

檢測方法在具體實(shí)施例1之前，要預(yù)先建立不同鐵污染程度的不銹鋼表面所測色度值與鐵污染量的b0標(biāo)準(zhǔn)譜，具體步驟如下：

(1)配置藍(lán)點(diǎn)檢測溶液，其成分及質(zhì)量百分比為：

98％的濃硝酸2～3ml

鐵氰化劑(c6h8o7·h2o)1g

蒸餾水97ml

(2)選取奧氏體不銹鋼表面鐵污染樣品集，建立標(biāo)準(zhǔn)色度譜；本實(shí)施例2中的樣品集與實(shí)施例1中的樣品集所述相同。

(3)用藍(lán)點(diǎn)測試溶液對所述樣品集的每個樣品進(jìn)行顯色測試，通過matlab自動提取每張圖片的rgb顏色色度值；將r、g、b坐標(biāo)陣列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以lab色度表示的[l0-1、a0-1、b0-1]、[l0-2、a0-2、b0-2]、…、[l0-x、a0-x、b0-x]、…[l0-14、a0-14、b0-14]的坐標(biāo)陣列數(shù)據(jù)；取b0-x(x,y，b0-x)坐標(biāo)陣列中b0-x相反數(shù)的平均值作為第x個樣品的色度值，以樣品集的色度值相反數(shù)數(shù)據(jù)-b0-x為縱坐標(biāo)數(shù)據(jù)，鐵污染量為橫坐標(biāo)數(shù)據(jù)作圖，通過曲線擬合和全局優(yōu)化算法得到-b0-n[fe]標(biāo)準(zhǔn)譜及譜線擬合公式，結(jié)果如附圖2所示

上述奧氏體不銹鋼顯色程度與鐵污染程度的標(biāo)準(zhǔn)譜建立后，進(jìn)行奧氏體不銹鋼待測樣品表面鐵污染的圖像像素定域定量評估。具體的方法如下：

(1)采集鐵污染顯色檢測圖像：將試紙浸漬鐵污染的藍(lán)點(diǎn)顯色檢測試劑后，貼于待測奧氏體不銹鋼樣品表面，保持表面潤濕進(jìn)行顯色測試，對顯色測試后貼在不銹鋼表面的試紙拍攝，采集顯色圖像；

(2)圖像像素識別：自動提取調(diào)整圖像不同位置的rgb顏色色度值；將r、g、b坐標(biāo)陣列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以lab色度表示的l、a、b的坐標(biāo)陣列數(shù)據(jù)；以b’(x,y,-b)坐標(biāo)陣列數(shù)據(jù)作為圖形像素重構(gòu)的源數(shù)據(jù)，其中(x,y)代表像素位置信息；b代表藍(lán)色色度值，因該值小于0，因此用-b的大小來判定顯色程度；

(3)圖形像素色度校準(zhǔn)：采用沒有污染的不銹鋼作為校準(zhǔn)板，重復(fù)步驟(1)和步驟(2)，獲得校準(zhǔn)板顯色檢測的lab色度的ls、as、bs的顏色坐標(biāo)陣列數(shù)據(jù)，求bs(x,y，bs)中所有bs數(shù)據(jù)相反數(shù)的平均值a作為圖形像素重構(gòu)的校準(zhǔn)基值；將上述檢測樣品的b’(x,y,-b)數(shù)據(jù)中所有的源數(shù)據(jù)減去校準(zhǔn)基值a所獲得新坐標(biāo)陣列b*(x,y,b*)；

(4)圖形像素重構(gòu)與定域定量評估：以b*陣列的x，y和b*為坐標(biāo)作三維圖和沿b*坐標(biāo)方向的二維投影圖，其中(x,y)為位置平面坐標(biāo)，b*為縱坐標(biāo)。從三維圖中直接讀取任意位置的紅色色度值b*，帶入預(yù)先建立的與鐵污染含量相關(guān)的-b0-n[fe]標(biāo)準(zhǔn)譜，確認(rèn)待測樣品定域位置的鐵污染程度；用二維投影圖檢驗(yàn)圖形像素重構(gòu)是否符合原始顯色圖像的檢測位置及分布。

檢驗(yàn)表明，奧氏體不銹鋼局域位置鐵污染程度能夠通過圖形像素重構(gòu)后的顯色程度來評估，該方法可行。