材料牌号鉴别方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及材料分析技术领域，具体涉及一种材料牌号鉴别方法及装置。
【背景技术】
[0002] 在实际应用中，仓库中的金属材料在搬运和装卸过程中容易发生混料的现象，混 料后，工人无法通过肉眼对钢材进行区别，容易导致选用错误型号的钢材进行加工，加工后 的零件只能在后期试验时才能得到验证，不仅延误了施工进度，而且浪费了材料，提高了生 产成本。
[0003] 现有技术中主要采用金相法、成分分析法和火花鉴定法，金相法是通过显微镜观 察金属的内部结构，反应金属的金相的具体形态，不能测试出具体的金属的型号和具体的 构成成份。成份分析法可以测定出材料的具体成份和型号，但是成份分析法对设备的要求 比较高，一般生产单位无法配备，如果送到专业监测机构，程序复杂，而且成本高，周期长， 影响生产进度。火花鉴定法主要是指有丰富操作经验的技工通过肉眼观察钢材摩擦射出的 火花进行鉴定，只能大体判断材料的牌号和成份，容易出现鉴定错误；而且对技工有很高的 要求，具有很大的局限性。当混料数量比较多时，完全依靠技工鉴别，鉴定效率低，容易延误 工期，影响生产进度，提高生产成本。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明提出一种材料牌号鉴别方法及装置，以解决现有技术中的问题， 通过比对火花图像，可快速判断材料的型号和成份，成本低，周期短。
[0005] 本发明提供一种材料牌号鉴别方法，其中，包括以下步骤：步骤110,根据火花数 据库中的采集参数对测试样品进行火花采集，得到第一火花图像，所述火花数据库包括多 个第二火花图像的第二投影系数和特征空间；步骤120,对第一火花图像进行矢量化，保存 到第一矩阵中；步骤130,将第一矩阵投影到特征空间上，计算第一火花图像的第一投影系 数；步骤140,计算第一投影系数与第二投影系数的距离，将最小的距离对应的第二火花图 像作为测试样品的匹配图像；步骤150,输出匹配图像对应的材料牌号。
[0006] 优选地，在步骤110之前，还包括：步骤105,火花数据库的建立，包括以下步骤：① 读取已存储标准样块的第二火花图像，得到预设格式的第二火花图像，对其进行矢量化，并 保存在第二矩阵中；②计算第二矩阵中每列数据的算数平均值，算数平均值组成第三矩阵， 将第二矩阵减去第三矩阵，得到第四矩阵；③计算第四矩阵的协方差矩阵，求出协方差矩阵 的特征值和特征向量，特征向量按特征值从大到小的顺序排序，选择预设数量的特征向量 作为变换矩阵，通过变换矩阵和第四矩阵计算出火花数据库的特征空间；④将第二矩阵投 影到火花数据库的特征空间上，计算出第二投影系数。
[0007] 优选地，步骤120具体地包括以下步骤：步骤1201，对第一火花图像/第二火花图 像进行预处理，得到预设格式的第一火花图像/第二火花图像，预处理包括灰度变化、二值 化、直方图均衡、图像滤波、图像锐化和归一化处理，通过预处理将第一火花图像/第二火 花图像处理成预设格式，预设格式是指图像的宽度像素和高度像素均相等；步骤1202,将 预设格式的第一火花图像/第二火花图像进行矢量化，保存到第一矩阵/第二矩阵中。
[0008] 优选地，采集参数包括采集设备的材质、直径、功率、磨削压力和磨削位置，采用 20~60N的磨削压力将测试样品放置在砂轮机的上方进行火花采集，其中砂轮机的材质、 直径和功率均与采集第二火花图像的砂轮机的材质、直径和功率一致。
[0009] 优选地，将预设格式的第一火花图像矢量化成一维向量。
[0010] 本发明还提供一种材料牌号鉴别装置，其中，包括：采集单元、矢量化单元、投影单 元、匹配单元和输出单元，其中，采集单元，用于根据火花数据库中的采集参数对测试样品 进行火花采集，得到第一火花图像，所述火花数据库包括多个第二火花图像的第二投影系 数和特征空间；矢量化单元，用于对第一火花图像进行矢量化，保存到第一矩阵中；投影单 元，用于将第一矩阵投影到特征空间上，计算第一火花图像的第一投影系数；匹配单元，用 于计算第一投影系数与第二投影系数的距离，并将最小的距离对应的第二火花图像作为测 试样品的匹配图像；输出单元，用于输出匹配图像对应的材料牌号。
[0011] 优选地，火花数据库的建立，包括以下步骤：①读取已存储标准样块的第二火花图 像，得到预设格式的第二火花图像，对其进行矢量化，并保存在第二矩阵中；②计算第二矩 阵中每列数据的算数平均值，算数平均值组成第三矩阵，将第二矩阵减去第三矩阵，得到第 四矩阵；③计算第四矩阵的协方差矩阵以及其特征值和特征向量，特征向量按特征值从大 到小排序，选择预设数量的特征向量作为变换矩阵，通过变换矩阵和第四矩阵计算出火花 数据库的特征空间；④将第二火花图像投影到火花数据库的特征空间上，计算出第二投影 系数。
[0012] 优选地，还包括预处理单元，用于对第一火花图像/第二火花图像进行预处理，得 到预设格式的第一火花图像/第二火花图像，预处理模块用于进行灰度变化、二值化、直方 图均衡、图像滤波、图像锐化和归一化处理，通过预处理模块将第一火花图像/第二火花图 像处理成预设格式，预设格式是指图像的宽度像素和高度像素均相等。
[0013] 优选地，采集参数包括采集设备的材质、直径、功率、磨削压力和磨削位置，采用 20~60N的磨削压力将测试样品放置在砂轮机的上方进行火花采集，其中砂轮机的材质、 直径和功率均与采集第二火花图像的砂轮机的材质、直径和功率一致。
[0014] 优选地，将预设格式的第一火花图像矢量化成一维向量。
[0015] 本发明提供的材料牌号鉴别方法通过采集测试样品的第二火花图像，并与火花数 据库中的火花图像进行比对，能够快速的识别出测试样品的牌号，而且成本低，周期短，具 有很大的应用价值，并且适用于任何能够产生火花的材料的牌号识别。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明的一个实施例的材料牌号鉴别方法的工作原理图；
[0017] 图2是本发明的另一个实施例的材料牌号鉴别方法的工作原理图；
[0018] 图3是本发明实施例提供的材料牌号鉴别装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019] 以下结合附图以及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细描述。
[0020] 图1是本发明的一个实施例的材料牌号鉴别方法的工作原理图，如图1所示，本发 明提供的材料牌号鉴别方法，包括以下步骤：
[0021] 步骤110,根据火花数据库中的采集参数对测试样品进行火花采集，得到第一火花 图像，所述火花数据库包括多个第二火花图像的第二投影系数和特征空间；
[0022] 在步骤110之前还可以包括步骤105,建立火花数据库，具体步骤如下：
[0023] ①读取已存储标准样块的第二火花图像，得到预设格式的第二火花图像，对其进 行矢量化，并保存在第二矩阵中；
[0024] ②计算第二矩阵中每列数据的算数平均值，算数平均值组成第三矩阵，将第二矩 阵减去第三矩阵，得到第四矩阵；
[0025] ③计算第四矩阵的协方差矩阵，求出协方差矩阵的特征值和特征向量，特征向量 按特征值从大到小的顺序排序，选择预设数量的特征向量作为变换矩阵，通过变换矩阵和 第四矩阵计算出火花数据库的特征空间；
[0026] ④将第二矩阵投影到火花数据库的特征空间上，计算出第二投影系数。
[0027] 在步骤105之前还可以包括步骤100 :制备已知成份的标准样块，并对标准样块进 行火花采集，并对采集的标准样块的第二火花图像进行存储。
[0028] 步骤120,对第一火花图像进行矢量化，保存到第一矩阵中；
[0029] 步骤130,将第一矩阵投影到特征空间上，计算第一火花图像的第一投影系数；
[0030] 步骤140,