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2分析检测2图像技术在镀层孔隙率测定上的应用秦襄培。刘洪涛，李健，顾卡丽 4 3￣3 0 ) (武汉材料保护研究所磨损室，湖北武汉[摘

要] 孔隙率是检验镀层质量的一个重要指标，它标明了镀层对基体防护作用的优劣程

度。为了减少传统孔隙率测量方法造成的测量误差，更有效便捷地对镀层的孔隙率进行测量计算，在金相显微镜和 C C D摄像头的基础上开发用于测定镀层孔隙率的软件。其测定过程是先用金相显微

镜和 C C D摄像头进行镀层表面的图像采集。然后对镀层孔隙图像进行阈值分割，将孔隙从背景中分离出来，然后用像素标记法对每个孔隙进行标记，最后自动进行孔隙个数自动计数及相关参数的计算。这样除了可以得到孔隙率，还可以得到孔隙的面积分布，进行孔隙均匀性判断。 [关键词] 电镀；孔隙率；图像分析[中图分类号] T P 2 1 6 [文献标识码] B [文章编号] 1 0 0 1—1 5 6 0 ( 2 0 0 5 ) 0 9— 0 0 7 0—0 3

O前

言

电图像法在测试时对镀层的基体金属通电，使其阳极溶解，溶解的金属离子通过镀层上的孔隙， 电泳迁移到测试纸上，和测试纸上的某种化学试剂发生反应，形成染色点，然后人工测定孔隙率的大小。该方法依然存在人工计数和斑点转移问题。 为了消除传统孔隙率测定方法的缺陷，本研究以浇浸法制作孔隙率测试试样，采用 C C D采集数

孔隙率是检验镀层质量的重要指标之一，它反映了镀层对基体防护作用的优劣程度。对于防渗碳、氮、氰的镀层，松孔镀铬以及多孔镀铁层等特殊用途镀层来说，这一指标的测定更显得重要。 因此对孔隙率的测定已有较多的研究]。 传统孔隙率测定方法有照相法、贴滤纸法、溶液浇浸法、涂膏法、电图像法等方法 J,它们各具特点，但也存在一定的缺陷。照相法在照相底版上显影、定影，从而得到具

字化的图像，通过图像分析技术来测定孔隙率，同时开发了相应的软件 I m a g e A n a l y s i s,通过实例对图像技术测定

孔隙率原理和方法进行了讨论。

有黑斑点的照片，使镀层空隙一目了然。其缺点是

1试样制备钢基体上镀镍封闭后使用溶液浇浸法制备孔隙率测试试样。浸渍液成分为： K [ F e ( C N)] 1 0 L, N a C 1 1 5 L,白明胶 2 0 g,余为水。试样放入3 0 c【=试液中静置 5 mi n后取出，用滤纸吸去水

需要剥离镀层 J,且其图像是模拟信号，人工计数，小而曲折的空隙不易发现。贴滤纸法是在受检零件表面贴置浸有一定检

验试液的滤纸，若试液通过孔隙或裂缝与基体金属或底金属镀层产生化学反应，生成与镀层有明显色差的化合物，渗到滤纸上，使其呈现出有色斑点，将方格玻璃板放在滤纸上，根据有色斑点数人工计算孔隙率。该方法因有一个斑点从零件表面到滤纸的转移过程，并且是人工计数，易产生测量误差。 溶液浇浸法和涂膏法所用原理与贴滤纸法相似，都存在一个人工计数的人为误差因素。[收稿日期] 2 0 0 5一 o 6— 2 2

分，干燥，以备 C C D图像采集系统进行数字图像的

采集，观察计算镀层孔隙数。

2镀层孔隙率计算孔隙率自动测定流程为：镀层表面一图像采集一目标分割一特征测量一镀层空隙数据。得到镀

层表面图像后，可用软件计算其几何属性，统计属性(如个数、投影 )。本研究对电镀层孔隙的评价

衡

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图像

技

术

在

镀

层

孔

隙

率

测

定

上

的

应

用

与传统方法的不同点在于无人工计数。2 . 1 镀层表面的图像采集及长度标定

2 . 3孔隙统计分布计算取阈值分割得到的图像包括多个区域，每个区域代表一个孔隙，需要通过标记把它们分别提取出来。标记分割后 (二值)图像中各区域的简单而有效的方法是检查各像素与其相邻像素的连通性，使用的方法有像素标记法和游程连通性分析 J。现简单介绍像素标记法。 像素标记法实际上就是将不同孔隙所属像素点标上不同的记号，属于同一孔隙的像素点记号相同，属于不同孑 L隙的像素点记号不同。

为了检测比较小的孔隙

,将镀层试样放在显微

镜下进行观测，根据孔隙的大小与分布选择合适的放大倍数及视场进行图像采集，放大倍数过小易忽略微小孔隙，放大倍数过大则易漏掉大尺寸的孔隙，不能完全表达镀层表面的孔隙分布状况。本试样采集所得图像见图 1。

完成了对不同孔隙的标记后，孔隙被编号( 1~Ⅳ),这样 N就是孔隙的个数；然后可以计算每

个孔隙的等效圆直径 D ,每个孔隙的面积大小 A ;整体取样面积 A 。 ,所有孔隙的面积 A…以及占图 1镀层孔隙显微图像

整个取样面积的百分比 P,孑 L隙率等参数。计算单个孔隙面积的方法是对相同标号的点进行累加，得到孔隙的像素点和。总和再乘以比例系数，得到面Ⅳ

I ma g e A n a l y s i s除具有图像采集的功能，还可以对图像的尺寸进行标定。方法是将标准标尺放在显微镜镜下进行图像采集。软件可以计算得到标尺上单位长度所占的图像像素长度。这样就得到了每个图像像素代表的实际长度。2 . 2 图像中孔隙和背景的分离

积A 。A…: A ,同样可以计算出整体取样面积n= 1

Az" l s a mp l e

^,# 1 s a

A 。P:};孔隙率为—

。通过以上参数

mp l e

的计算，不但可以快速准确地计算出镀层孔隙率的大小，避免了人工计数的误差，同时还可以提供镀层孔隙形状结构、尺寸和位置分布的永久性资料。 另外，本软件也可进行镀层质量 (如针孔、裂纹和镀层厚度均匀性等 )的常规检验。

为了对孔隙进行测量，首先必须在图像中将孔隙与背景进行分离。使用阈值法进行分离。

最简单的利用取阈值方法来分割灰度图像的步骤如下。首先对 1幅灰度取值在 g…和 g…之间

的图像确定一个灰度阈值 T ( g i<T< g…),然后将图像中每个像素值与阈值相比较，并将对应的像素根据比较结果 (分割)化为 2类：像素的灰度值大于阈值的为一类，像素的灰度值小于阈值的为另一类 (灰度值等于阈值的像素可归入这两类之一

3结果与讨

论根据 G B 5 9 3 5—1 9 8 6 ( (轻工产品金属镀层的孔隙率测试方法》,按每 c m镀层上出现的斑点数， 计算孔隙率 (斑点数/ c m ),照此方法，软件计算得到试样的平均孔隙率为： 4 0 5 1 0个/ c m ,镀层孔隙率达标，镀层的耐蚀性较好，说明所用镀液成分和

)。这两类像素一般对应图像中的两类区域]。 在本文中，这两类区域是镀层孔隙及背景。 使用阈值法将试样镀层孔隙图像黑白二值化，

工艺参数可行。由图 3可见孔隙面积大小分布均匀性还不是很好，说明所用镀液成分和工艺参数还需要进一步改进。

结果见图 2,其中孔隙为黑色，背景为白色。

-

2. 5

7. 5

17. 5

27. 5

37. 5

图 2镀层孔隙黑白图像

空隙面积/ 1 0 mm

图 3空隙面积分布直方图

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图像

技

术

在

镀

层电

孔

隙

率

测

定:二 l J; l 暑

塞

这里需要注意的是 .孔隙率的具体数值和图像采集的选择区域有关. .对试样的不同区域进行图 像采集后计算得到的结果是不同的。由于本方‘法采用自动汁数、可以在试样表面的不同区域随机采

[参

考

文

献

]

Ts ub o u c h i .P r o c e s s f o r p r o du c i n g p o￣u s i on r me t al

b o d y[ P] U S P a t: 5 7 2 5 7 5 0 .1 9 9 8—0 3—1 0 .J a n y c h E.C h t wy k D. B u d z￣ r, s k i M,e t a 1 .S u r f a c e mo q r t h o l c ￣ g y a n l l o c a l ma g n e i t c。 L,, r u p e r t i e s o f e l e c t mde -

集图片，然后计算孔隙率的平均值.由于软件会循环扫描图像中每个像素点，因此不会漏掉任何微小尺寸的空隙， L隙率计算精度牛 H当高本方法的计算误差来源主要是黑白闰值的选择会影响小宅隙的数日。大的空隙个数不受黑自阂值的影响

f ) I J s i t e d t h i n i r o n l a y e r s[, A p p l i e d S u

r f a￣ S - c i e n c e,2 0 01 . 1帅：2 4 6~2 5 4.

G o me s A D,S i l v a P M I .Me n d l mc a M H .e t a l Ef f e c t o r t h e s u[ * s t ml e{ n t h e e . 1 e x t r wl t e l￣i t i o n o f i r o n s u l t Md e s

4结

论

[ J]S d i d S t a t e s c i e n c￣. A￣ 0 2"[ 4 1:1嘴3~ 1 0 8 8

赵交轸.低温镀铁针孔解析： J]材料保护.1 9 9 5,

(¨通过自行开发的计算机软件，孔隙率的测定实现了孔隙计数的自动化，采样面积的自动化，采样点选择的多样性等功能，汁算方便快捷 .避免了人工误差。

2 8( 3 ):2 0—2 2

蒋晓芬，朱云贵，滕

菁 S D一 9 2 6镍刷镀层孔隙率

的研究[ J] .安敬建筑工业学院学报 (自然科学皈1 . I 9 9 7. 5( I ): 4 2— 4 4

( 2 )由于所采集的图像为数宁信号， d 以无失[[ L;

t: B 5 9 3 5—1 9 8 6,轻1二产品金擒镀层的孔隙率测试[

[

方墙[ S'

[

2 3 4 5真放大●,所得的孔隙率测定结果更加准确] ] ] . J .

6-

7]

8]

9,

曾华梁，吴忡达，秦月文，等.电镀工艺手册【第 1 版) K] .北京：机械工业出版 _{十 .1 9 8 9 章毓晋图像处理和分析【第 1版】 l M]北京：清华大学出版让。1 9 9 9

( 3)本测试方法迁可以提供孔隙大小分布等

相关参数的统计数据 .能够对l乜镀层的孔涨进行精确的量化评价

( 4 )可以将镀层孔隙相关信息的数据『习像保存在计算内作为永久 资料 .便于学术交{ j} c

杨淑莹 V C++图像处理程序设 '】 ' f弟 l版) M] 北京：北力交通大学出版社， 2 0 0 3[编辑：段金弟]

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