一种砂轮气孔率测定方法技术

本发明专利技术公开了一种砂轮气孔率测定方法，按照以下步骤完成：1)砂轮样块表面处理：由于砂轮样块的组成成分属于不同的导电材料，首先利用离子镀膜剂对砂轮样块表面进行喷金处理，将处理后的砂轮样块放到扫描电子显微镜的载物台上；2)砂轮样块表面进行拍照；3)对砂轮表面的气孔隙率进行分析；4)砂轮表面气孔率的验证。与现有技术相比，本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术具有成本低、结构简单、使用方便的特点，同时利用光学处理以及软件的结合，简化了检测时步骤繁琐，提高了检测效率。提高了检测效率。提高了检测效率。

【技术实现步骤摘要】
一种砂轮气孔率测定方法


[0001]本专利技术涉及砂轮气孔率识别
，具体为一种砂轮气孔率测定方法。

技术介绍

[0002]单晶硅拥有很好的力学和电学性能，是集成电路制造的一种重要半导体材料。磨削加工是其重要的加工方法，硅片表面和亚表面加工质量的好坏会直接影响后续的抛光工序。为了提高磨削加工后硅片的表面和亚表面质量，提高金刚石砂轮的粒度是直接且有效的方法之一。随着金刚石砂轮粒度的增加，硅片磨削加工后的表面质量明显提高，加工后的损伤也明显减小；但随着磨粒粒径的减小，在磨削加工中易出现烧伤砂轮、砂轮堵塞以及硅片烧伤等现象。由于硅片的超精密磨削中对硅片的质量要求越来越高，气孔在磨削中起到的散热和容纳磨屑作用被广泛关注。特别是在精密磨削中，当使用的砂轮磨粒越小，砂轮越容易被堵塞，造成磨削区温度过高，此时砂轮的容屑和散热作用更加重要。目前砂轮气孔率的测量方法多数采用排水称重的方法，操作十分繁琐，不易于实现砂轮气孔率的快速检测。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种砂轮气孔率测定方法，一种高精度、高效、低成本的砂轮气孔率识别方法，利用光学处理以及软件的结合，实现，解决传统检测方法存在的检测时步骤繁琐、检测效率低和成本高的缺点。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种砂轮气孔率测定方法，按照以下步骤完成：
[0005]1)砂轮样块表面处理：由于砂轮样块的组成成分属于不同的导电材料，首先利用离子镀膜剂对砂轮样块表面进行喷金处理，将处理后的砂轮样块放到扫描电子显微镜的载物台上；
[0006]2)砂轮样块表面进行拍照：利用扫描电子显微镜对工件接触的砂轮表面进行拍照，砂轮表面气孔测量时，高能电子束经过两个电磁透镜被聚焦成直径微小的光点，在透过最后一级带有扫描线圈的电磁透镜后，电子束以光栅状扫描的方式逐点轰击到样品表面，同时激发出不同深度的电子信号；电子信号会被样品上方不同的信号接收器的探头接收，通过放大器同步传送到电脑显示屏，形成实时成像记录，通过对这些信息的接收、放大和显示成像，获得测试样件表面形貌的观察，调整电镜镜头的高度，调整砂轮表面与镜头的距离大于10mm，关闭样品室门，将样品室抽真空，等到扫描电子显微镜主机面板上的EVAC按钮停止闪烁后，真空度达到要求，点击HT开高压观察图像；
[0007]3)对砂轮表面的气孔隙率进行分析：通过软件手动调整好砂轮的位置并进行对焦，然后对砂轮表面气孔进行测量，首先将扫描电子显微镜拍摄的原始砂轮表面形貌导图到matlab软件中，然后进行二值化、图像滤波、开运算、图像区域分割的数字化图像处理技术，利用matlab软件编程实现砂轮表面的气孔隙率进行分析；
[0008]4)砂轮表面气孔率的验证：验证图像识别计算的砂轮表面气孔率时，采用实际测
量气孔面积的方法检测，利用Auto CAD软件将近似与圆形的气孔用圆来拟合，将不规则形状部分，利用多线段标记，利用软件自带的计算闭区域面积的方法测量出气孔的面积，进而求得砂轮表面的气孔率，由于气孔壁上小气孔难以统计计算，在砂轮的磨削过程中微小的气孔起到的作用也可以忽略，所以在实际测量砂轮表面气孔率时将直径小于90微米的小气孔忽略不计。
[0009]所述数字化图像处理分为三个阶段：图像预处理、图像中处理和图像后处理；
[0010]1)图像预处理：砂轮表面图像的前处理
[0011]图像预处理包括：二值化、图像滤波和开运算；
[0012](a)图像的二值化
[0013]扫描电子显微镜拍摄的砂轮表面图像进行灰度图像处理，灰度图像通常由一个数组来描述，其本质就是一个数据矩阵，数据矩阵中的元素分别表示图像中的像素，该值是颜色的灰度值，通常0代表黑色，255代表白色，0到255中间的表示图像的灰度，图像的二值化是图像处理中的一个基本的处理方法，经过图像的二值化将图像f(x,y)分成目标物体和背景两个区域，通常非零取一、固定阈值、双固定阈值方法，使灰度图变成黑白二值图像，将需要的目标部分从复杂的图像中区分出来，阈值处理就是先指定或通过算法生成一个阈值，如果图像中某个像素的灰度值小于该阈值，则将该像素的灰度值设置为0，如果某个像素的灰度值大于该阈值，则将该像素的灰度值设置为255，从而对灰度图像实现到二值化的变换，阈值化的变换函数表达式如下：
[0014][0015]此表达式中，T为指定的阈值，阈值T就像一个界限，比它大就是白色，比他小就是黑色，经过阈值变换函数处理后的图像就会变成一副黑白二值，砂轮表面形貌图利用图像处理技术的二值化处理变成黑白图像，从二值化的黑白图像看出砂轮工作表面的上的气孔与气孔壁的基本区分开，但是气孔中还存在很多孤立的小点，影响图像识别的质量；在此外气孔还存在很多微小的气孔，这些微小的气孔的存在也对图像识别的质量造成了一定的影响，因此二值化后的黑白图像还需进一步的处理；
[0016](b)图像的滤波
[0017]在使用扫描电子显微镜获取砂轮表面图像时，由于图像的形成、传输和处理的过程中，图像不能避免受到外部干扰和内部干扰，如光电转换过程中的敏感元件的灵敏度会受到影响、数字处理过程的量化噪音、图像传输过程中的误差以及人为会造成的误差因素，都会存在一定的噪音，噪音会导致图像出现一些离散的、随机的和孤立的像素点，图像噪音的存在，会影响图像的质量，使图像变得模糊，特征变得不明显，给图像处理过程带来很大的麻烦，所以，去除图像的噪音、突显图像的特征信息来增强对图像的识别能力是图像处理中的一项重要内容，均值滤波和中值滤波是使图像平滑去除图像噪音的常用方法，均值滤波是用一个有奇数点的滑动窗口在图像上滑动，窗口中心点所对应像素的灰度值用窗口内在取均值过程中，如果窗口规定了各个像素点所占的权重，也就是各个像素点的系数，则称为加权均值滤波，在图像处理中，假定f(x,y)是没有经过均值滤波器处理过的图像，经过均值滤波器处理后得到的图像为g(x,y)，g(x,y)由下面公式决定：
[0018][0019]B表示邻域点的集合，L为B中像素点的总数，根据以上公式可以得到最简单的3x3均值滤波器，其模板为：
[0020][0021]中值滤波法在图像处理中应用也很广泛，图像经过中值滤波处理消除噪音还可以保持图像原有的细节，有效地预防图像边缘处变得模糊，中值滤波属于一种非线性滤波，采用一个奇数点的滑动窗口，对窗口内像素点根据灰度值重新进行排序，取所有排序的中间值作为原窗口中心点像素的灰度值，设没有进行中值滤波的图像为f
st
，中值滤波处理后的图像为g
st
,则中值滤波的运算公式如下：
[0022]g
st
＝medA{f
st
}
[0023]其中，A为滑动窗口，f
st
为原图像的二维数据序列，
[0024]由于中值滤波的图像处理方法是以牺牲图像质量为代价去换取去除噪音的能力，会导致图像变得模糊，而中值滤波的图像处理方法速度块、运算简单容易实现,既可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种砂轮气孔率测定方法，其特征在于：按照以下步骤完成：1)砂轮样块表面处理：由于砂轮样块的组成成分属于不同的导电材料，首先利用离子镀膜剂对砂轮样块表面进行喷金处理，将处理后的砂轮样块放到扫描电子显微镜的载物台上；2)砂轮样块表面进行拍照：利用扫描电子显微镜对工件接触的砂轮表面进行拍照，砂轮表面气孔测量时，高能电子束经过两个电磁透镜被聚焦成直径微小的光点，在透过最后一级带有扫描线圈的电磁透镜后，电子束以光栅状扫描的方式逐点轰击到样品表面，同时激发出不同深度的电子信号；电子信号会被样品上方不同的信号接收器的探头接收，通过放大器同步传送到电脑显示屏，形成实时成像记录，通过对这些信息的接收、放大和显示成像，获得测试样件表面形貌的观察，调整电镜镜头的高度，调整砂轮表面与镜头的距离大于10mm，关闭样品室门，将样品室抽真空，等到扫描电子显微镜主机面板上的EVAC按钮停止闪烁后，真空度达到要求，点击HT开高压观察图像；3)对砂轮表面的气孔隙率进行分析：通过软件手动调整好砂轮的位置并进行对焦，然后对砂轮表面气孔进行测量，首先将扫描电子显微镜拍摄的原始砂轮表面形貌导图到matlab软件中，然后进行二值化、图像滤波、开运算、图像区域分割的数字图像处理技术，利用matlab软件编程实现砂轮表面的气孔隙率进行分析；4)砂轮表面气孔率的验证：验证图像识别计算的砂轮表面气孔率时，采用实际测量气孔面积的方法检测，利用Auto CAD软件将近似与圆形的气孔用圆来拟合，将不规则形状部分，利用多线段标记，利用软件自带的计算闭区域面积的方法测量出气孔的面积，进而求得砂轮表面的气孔率，由于气孔壁上小气孔难以统计计算，在砂轮的磨削过程中微小的气孔起到的作用也可以忽略，所以在实际测量砂轮表面气孔率时将直径小于90微米的小气孔忽略不计。2.根据权利要求1所述的一种砂轮气孔率测定方法，其特征在于：所述数字化图像处理分为三个阶段：图像预处理、图像中处理和图像后处理；1)图像预处理：砂轮表面图像的前处理图像预处理包括：二值化、图像滤波和开运算；(a)图像的二值化扫描电子显微镜拍摄的砂轮表面图像进行灰度图像处理，灰度图像通常由一个数组来描述，其本质就是一个数据矩阵，数据矩阵中的元素分别表示图像中的像素，该值是颜色的灰度值，通常0代表黑色，255代表白色，0到255中间的表示图像的灰度，图像的二值化是图像处理中的一个基本的处理方法，经过图像的二值化将图像f(x,y)分成目标物体和背景两个区域，通常非零取一、固定阈值、双固定阈值方法，使灰度图变成黑白二值图像，将需要的目标部分从复杂的图像中区分出来，阈值处理就是先指定或通过算法生成一个阈值，如果图像中某个像素的灰度值小于该阈值，则将该像素的灰度值设置为0，如果某个像素的灰度值大于该阈值，则将该像素的灰度值设置为255，从而对灰度图像实现到二值化的变换，阈值化的变换函数表达式如下：此表达式中，T为指定的阈值，阈值T就像一个界限，比它大就是白色，比他小就是黑色，
经过阈值变换函数处理后的图像就会变成一副黑白二值，砂轮表面形貌图利用图像处理技术的二值化处理变成黑白图像，从二值化的黑白图像看出砂轮工作表面的上的气孔与气孔壁的基本区分开，但是气孔中还存在很多孤立的小点，影响图像识别的质量；在此外气孔还存在很多微小的气孔，这些微小的气孔的存在也对图像识别的质量造成了一定的影响，因此二值化后的黑白图像还需进一步的处理；(b)图像的滤波在使用扫描电子显微镜获取砂轮表面图像时，由于图像的形成、传输和处理的过程中，图像不能避免受到外部干扰和内部干扰，如光电转换过程中的敏感元件的灵敏度会受到影响、数字处理过程的量化噪音、图像传输过程中的误差以及人为会造成的误差因素，都会存在一定的噪音，噪音会导致图像出现一些离散的、随机的和孤立的像素点，图像噪音的存在，会影响图像的质量，使图像变得模糊，特征变得不明显，给图像处理过程带来很大的麻烦，所以，去除图像的噪音、突显图像的特征信息来增强对图像的识别能力是图像处理中的一项重要内容，均值滤波和中值滤波是使图像平滑去除图像噪音的常用方法，均值滤波是用一个有奇数点的滑动窗口在图像上滑动，窗口中心点所对应像素的灰度值用窗口内在取均值过程中，如果窗口规定了各个像素点所占的权重，也就是各个像素点的系数，则称为加权均值滤波，在图像处理中，假定f(x,y)是没有经过均值滤波器处理过的图像，经过均值滤波器处理后得到的图像为g(x,y)，g(x,y)由下面公式决定：B表示邻域点的集合，L为B中像素点的总数，根据以上公式可以得到最简单的3x3均值滤波器，其模板为：中值滤波法在图像处理中应用也很广泛，图像经过中值滤波处理消除噪音还可以保持图像原有的细节，有效地预防图像边缘处变得模糊，中值滤波属于一种非线性滤波，采用一个奇数点的滑动窗口，对窗口内像素点根据灰度值重新进行排序，取所有排序的中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王紫光，闫峰，尹剑，刘子源，马付建，张生芳，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：