Оптимизация методов контроля качества функциональной керамики

УДК 621.319.4:620.179

П.М. Плетнев, Г.В. Симонова, Д.П. Симонов, С.А. Степанова СГГА, СГУПС, Новосибирск

ОПТИМИЗАЦИЯ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ КЕРАМИКИ

Предложен метод контроля количественных характеристик микроструктуры керамики на основе компьютерной обработки цифровых снимков поверхности позволяющий сократить время и повысить достоверность результатов оценки её качества. Метод может быть использован для экспресс-контроля параметров керамики в её серийном производстве.

P.M. Pletnev, G.V Simonova, D.P. Simonov, S.A. Stepanova Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)

OPTIMIZATION OF QUALITY ASSURANCE METHODS FUNCTIONAL CERAMICS

The quality monitoring quantitative characteristics a microstructure ceramics on the basis computer processing digital pictures of a surface allowing to reduce time and to raise reliability results an estimation of its quality is offered. The method can be used for express control parameters of ceramics in its batch production.

Название Керамика объединяет широкий класс материалов изготовленных из оксидов различных металлов методом температурной обработки (спеканием). Свойства полученного продукта определяется качеством исходного сырья и стабильностью технологии изготовления.

В настоящее время различные виды корундовой керамики широко используются в различных отраслях вакуумного приборостроения.

Спечённые керамические изделия являются поликристаллическими, их свойства определяются не только химическим составом, но и сочетанием кристаллической, аморфной (стекловидной) и газовой (поры) фаз. Для определения внутреннего строения керамики употребляется термин микроструктура, т. е. распределение, относительное количество, форма и размеры каждой фазы

Установление связи количественных характеристик микроструктуры керамики с технологией её изготовления с одной стороны и микроструктурой и свойствами полученного материала с другой стороны позволит однозначно оценить и обеспечить требуемые свойства готового керамического изделия.

Традиционно качество керамики оценивают на основе визуального измерения размеров и количественного соотношения фрагментов структуры

образца с использованием микроскопов обеспечивающих увеличение изображение поверхности в 360-400 раз [1].

Этот метод достаточно трудоёмкий, позволяет обеспечить только выборочный контроль, а оценочные характеристики обладают существенной субъективной компонентой.

В данной работе приводятся результаты компьютерной обработки цифровых снимков различных образцов керамики. Снимки получены с помощью микроскопа МИА ЛабМет-И1 при увеличении 400 Х.

Оценивались относительные характеристики яркости света отраженного от поверхности керамики, которые связаны с разными коэффициентами отражения свет от разных фаз.

Обработка результатов проводилась с помощью программного продукта ERDAS Imagin методом контролируемой классификации.

На рис. 1 приведены снимки поверхностей керамики типа при различных температурах спекания.

Образец 1 Т=1670 С Образец 2 Т=1700

Рис 1. Снимки поверхности керамики ВК-94-1 при разных температурах

спекания

Хорошо видно, что разным температурам спекания соответствует различное распределение фазовых компонент.

Результат распределения фрагментов поверхности с разной яркостью по уровням яркости приведен на рис. 2 по оси Х указаны градации уровня яркости, а по Y - количество пикселей отнесенных к данному уровню. Хорошо видно отличие количественного распределения яркостей для разных образцов . Промежуточные максимумы указывают на присутствие в обрабатываемом массиве данных дополнительных элементов, которыми могут быть трещины или посторонние примеси.

Снимки проводились при освещении поверхности образцов световым потоком разного спектрального состава. В качестве исходного источника света использовалась типовая лампа накаливания со сплошным спектром излучения.

Для проверки влияния спектрального состава излучения на количественные характеристики отраженного света были сделаны и обработаны снимки поверхности в разных спектральных интервалах. Для выделения заданного спектрального интервала использовались калиброванные фильтры.

градация

уровней

градация

уровней

Рис. 2. Гистограмма распр еделения количества пикселей с заданным уровнем яркости

Рис. 3. Сравнительные характеристики классификации распределения яркости для двух образцов при освещении сплошным спектром и выделенным спектральным интервалом (500 - 600 нм)

Полученные зависимости показывает, что спектральный состав излучения оказывает влияния на характер распределения яркости отражённого света, однако, для однозначных выводов относительно выбора спектрального интервала и его связи со структурой керамики необходимы дополнительные исследования.

На рис. 4 показан результат контролируемой классификации для образца керамики на основе выбора эталонных признаков яркости соответствующей порам (рис. 4, а).

На рис. 4, б показаны выявленные с помощью компьютерного поиска участки поверхности, яркости которых соответствуют эталонным. Из сравнения рисунков видно, что компьютерная модель поверхности, занятой порами практически полностью совпадают с её реальным распределением.

Полученные результаты показывают возможность создания электронного эталонного образца керамики любого типа, а также фрагментов её структуры. Сравнение цифрового изображения исследуемого образца и эталонного позволит определить процентное содержание каждой фазы микроструктуры, форму и расположение фрагментов, а также пригодность исследуемого материала для дальнейшего использования. Создание такой методики значительно упростит процедуру контроля качества керамики, повысит достоверность результатов контроля.

Рис. 4. Эталонная поверхность керамики (рис. 4, а).

Компьютерная модель этого же участка поверхности (рис. 4, б)

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

©П.М. Плетнев, Г.В. Симонова, Д.П. Симонов, С.А. Степанова, 2011