一种电极烧蚀颗粒分布测量方法与流程

本发明属于图像识别技术领域，具体涉及一种电极烧蚀颗粒分布测量方法。

背景技术：

气体火花开关是脉冲功率装置的关键部件之一，在核聚变、粒子加速器、电真空器件等领域具有重要应用价值。气体火花开关在高气压、大电流条件下工作时在电极表面会出现较为的烧蚀现象，而烧蚀产生的溅射颗粒是影响开关工作性能的关键因素之一。由于电极烧蚀产生的溅射颗粒密布在电极表面，且尺寸大多在微米量级，难以分辨。目前，大多利用扫描电子显微镜、激光共聚焦等光学成像分析技术，只能获得对溅射颗粒的定性微观描述，而对电极表面颗粒的数量、尺寸、空间分布缺乏量化分析手段。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种电极烧蚀颗粒分布测量方法。

本发明的电极烧蚀颗粒分布测量方法，其特点是，所述的测量方法包括以下步骤：

a.获得电极烧蚀颗粒图像，并命名为待测表面图像；

b.从待测表面图像中提取高度数据，对超出表面高度范围的点进行标记，确定待测表面边界；

c.根据待测表面边界的几何形状，生成颗粒统计网格，网格单元数为N；

d.计算颗粒统计网格单元的表面平均高度hm₁、hm₂……hm_N和表面最高高度hmax₁、hmax₂……hmax_N；

e.计算颗粒统计网格单元的高度差Δh₁=hmax₁-hm₁、Δh₂=hmax₂-hm₂……Δh_N=hmax_N-hm_N，分别计算Δh₁、Δh₂……Δh_N与待测表面标准高度差h_ref的差值，若差值大于0，则存在颗粒；

f.对存在颗粒的颗粒统计网格单元进行分析，获得电极烧蚀颗粒的空间位置分布和高度尺寸分布结果。

所述的步骤c中的颗粒统计网格为极坐标网格。

本发明电极烧蚀颗粒分布测量方法基本原理为：通过提取电极烧蚀颗粒图像中高度数据，在待测表面生成颗粒统计网格，通过计算颗粒统计网格单元的表面平均高度和表面最高高度，并将其高度差与待测表面标准高度差进行比较，若差值大于0，则网格单元内存在颗粒。

本发明的电极烧蚀颗粒分布测量方法通过计算整个待测表面高度数据，可以获得电极烧蚀颗粒空间位置分布和高度尺寸分布结果，可以为气体火花开关优化设计提供量化的分析数据，具有重要的工程应用价值。

附图说明

图1为本发明的电极烧蚀颗粒分布测量方法获得的放电1000次后的待测表面图像；

图2为本发明的电极烧蚀颗粒分布测量方法获得的未放电的待测表面图像；

图3为实施例1获得的待测表面电极烧蚀颗粒的空间位置分布。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明。

本发明的电极烧蚀颗粒分布测量方法包括以下步骤：

a.获得电极烧蚀颗粒图像，并命名为待测表面图像；

b.从待测表面图像中提取高度数据，对超出表面高度范围的点进行标记，确定待测表面边界；

c.根据待测表面边界的几何形状，生成颗粒统计网格，网格单元数为N；

d.计算颗粒统计网格单元的表面平均高度hm₁、hm₂……hm_N和表面最高高度hmax₁、hmax₂……hmax_N；

e.计算颗粒统计网格单元的高度差Δh₁=hmax₁-hm₁、Δh₂=hmax₂-hm₂……Δh_N=hmax_N-hm_N，分别计算Δh₁、Δh₂……Δh_N与待测表面标准高度差h_ref的差值，若差值大于0，则存在颗粒；

f.对存在颗粒的颗粒统计网格单元进行分析，获得电极烧蚀颗粒的空间位置分布和高度尺寸分布结果。

所述的步骤c中的颗粒统计网格为极坐标网格。

实施例1

本实施例的具体操作步骤如下：

获得放电1000次后的待测表面图像，提取其表面高度数据，并对待测表面范围以外的区域标记其高度为NaN (not-a-number)，以确定待测表面的边界；具体的边界确定过程为：遍历图像的所有像素点，得到非NaN（环形区域）点中横纵方向的边界坐标x1、x2、x3、x4和y1、y2、y3、y4，如图1所示。计算待测表面圆心横纵坐标分别为x0=(x1+x2+x3+x4)/4和y0=(y1+y2+y3+y4)/4，内外半径分别为rin=(y3-y2+x3-x2)/4和rout=(y4-y1+x4-x1)/4。

根据和将待测表面笛卡尔坐标转换为极坐标，其中、。以待测表面圆心为中心，取周向和径向步长分别为dθ=π/180、dr=10μm，其中径向步长根据待测表面上最大颗粒尺寸来确定，建立环形颗粒统计极坐标网格；

计算颗粒统计网格单元的表面平均高度hm1、hm2……hmN和表面最高高度hmax1、hmax2……hmaxN；

计算颗粒统计网格单元的高度差Δh1=hmax1-hm1、Δh2=hmax2-hm2……ΔhN=hmaxN-hmN，分别计算Δh1、Δh2……ΔhN与待测表面标准高度差href的差值，若差值大于0，则存在颗粒。其中待测表面标准高度差href一般取为未放电的待测表面粗糙度，如图2所示。

对存在颗粒的颗粒统计网格单元进行分析，获得电极烧蚀颗粒的空间位置分布和高度尺寸分布结果如表1和图3所示。

本实施例中，提取放电1000次后的待测表面图像的高度数据，根据待测表面边界的几何形状生成颗粒统计网格，对颗粒统计网格单元内是否存在颗粒进行判断，获得待测表面电极烧蚀颗粒的空间位置分布和高度尺寸分布结果，与已有认识相符，从而验证了本发明提出的一种电极烧蚀颗粒分布测量方法的正确性。

本发明不局限于上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

表1