基于LabVIEW的半固态合金初生相形貌定量分析

第31卷第10期实验室研究与探索

Vol．31No．10基于LabVIEW 的半固态合金初生相形貌定量分析

罗罕频，汪

彬

（浙江师范大学工学院，浙江金华321000）

摘

要:利用LabVIEW 虚拟仪器软件平台提供的IMAQ Vision 视觉模块，开发了半固态合金初生相形貌定量分析系统。首先通过LabVIEW 软件进行图像采集;然后利用IMAQ Vision 提供的函数对图像进行处理，具体包括原始图像的单色处理、金相图像手动阀值设置、移除小颗粒和填充孔洞等;最后通过相关指标利用LabVIEW 软件编程实现半固态初生相形貌参数的定量统计分析。根据测试结果，该系统能高效、准确地实现半固态合金初生相形貌定量分析功能。

关键词:机器视觉;LabVIEW ;IMAQ Vision ;半固态;金相分析中图分类号：TG 113．12

文献标志码：A

文章编号：1006－7167（2012）10－0026－02

LabVIEW Based Quantitative Analysis of Primary Phase

Morphology of Semi-solid Alloys

LUO Han-pin ，WANG Bin

（College of Engineering ，Zhejiang Normal University ，Jinhua 321000，China ）

Abstract ：The quantitative analysis system of primary phase morphology of semi-solid alloys was developed using IMAQ Vision Module provided by the LabVIEW platform．First ，the images are acquired by the LabVIEW software．Then ，the images were processed using the functions of IMAQ Vision ，including the monochrome processing of original images ，threshold setting manually of metallographic images ，removing small particles ，and filling holes．Finally ，the quantitative statistic analysis of parameters of the primary phase morphology of semi-solid alloys was done by the method of LabVIEW programming according to relative indexes．The testing results indicate that this system can realize the quantitative analysis of primary phase morphology of semi-solid alloys efficiently and accurately．Key words ：machine vision ；LabVIEW ；IMAQ Vision ；semi-solid ；metallographic analysis

收稿日期：2011－11－24

基金项目：浙江省教育厅资助项目（Y201121135）

作者简介：罗罕频（1977－），男，浙江衢州人，硕士生，实验师，现主要从事机电测控方面研究。

Tel．：0579-********；E-mail ：lhpzjnu@126．com

0引言

自20世纪70年代Flemings 等开发出了一种崭新的半固态合金成形技术以来，该技术被公认为是21世纪最具发展前景的材料成形加工方法之一

［1］

。半固

态合金金相组织由先期形核的近球状初生相和后期形核的细小的树枝晶组成，和常规铸造合金具有粗大树枝晶的微观组织明显不同，因此半固态合金具有优良的流变和触变性能，易于用常规加工技术如压铸、挤压

及模锻成形，

被广泛用于生产航空、航天、汽车与船舶等设备的部件［2］

。由于半固态合金的性能主要取决

于其微观组织，

而初生相的形貌是表征性能的主要指标，因此必须对半固态合金初生相形貌定量分析。采用机器视觉方法对金相组织进行分析可以大幅

度提高效率和精度。吴雪平等［3-4］

分别应用OpenGL 和Matlab 软件开发出了能够分析半固态合金金相组织中的固相分数及颗粒尺寸的分析系统。刘文等利用VB 和Matlab 语言开发了一套适用于特定流变条件下

的半固态合金定量金相分析系统

［5-6］。IMAQ Vision 是NI 公司开发的一个功能强大的函数库，提供了在LabVIEW 平台上开发机器视觉系统所

需要的各种子程序［6］

。该模块能够很好地满足金相分析系统开发的需要。基于LabVIEW 和IMAQ Vision 的半固态合金初生相形貌定量分析充分运用了

第10期

罗罕频，等:基于LabVIEW 的半固态合金初生相形貌定量分析

LabVIEW 软件的图形化编程的优势和机器视觉的高速、可靠、准确特点［8］

。

本文以文献中提供的镁合金半固态合金金相为

例

［9］

，采用LabVIEW 和IMAQ Vision 软件对半固态合

金初生相形貌定量分析，定量分析了半固态镁合金的

初生相颗粒尺寸大小及分布、

固相体积分数和初生相颗粒圆整度等半固态合金初生相形貌参数。

1定量分析实验系统设计

半固态合金初生相形貌定量分析由LabVIEW 和IMAQ Vision 视觉开发模块完成。该系统首先采集图

像，

然后利用IMAQ Vision 提供的函数进行一系列的图像处理，处理完毕再对图像进行标尺标定，最后统计

形貌参数数据，

交由LabVIEW 做数据统计分析。图像处理与定量分析的详细步骤［10-11］

如图1所示。即具体步骤为：①采集金相图像；②对原始的金相图像进行单色提取；③手动阀值调整；④删除图像中的细小

颗粒；⑤对图像中的颗粒进行孔洞填充；⑥亮度与对

比度调整；⑦标尺标定；⑧数据统计与处理。本系统只需要调用软件的函数库中的一些具体函数，图1中

的各步骤就是各步的函数图标［12］

。

图1半固态合金初生相形貌定量分析流程

半固态合金的初生相形貌决定了其流变和触变性能，

主要的初生相形貌指标包括固相体积分数、半固态初生相颗粒尺寸大小及分布、初生相颗粒圆整度。由于金相图像由二维的观察方式获得，因此需要对这些指标进行定义。

固相体积分数的定义为

V v =

∑A α

A T

（1）

式中：

∑A α为所有初生相在整个视场中的面积求和；

A T 为整个视场的面积。

初生相颗粒尺寸D 的定义为D =2A α/槡π

（2）

初生相颗粒的圆整度用圆度系数来表征：

SF 1=

4πA α

L 2P

（3）

式中：L P 为初生相颗粒在视场中的周长；SF 1的值越接

近1越圆整。

从这些指标的定义可以看出，图像处理后，

IMAQ Vision 软件需要测试的数据为每个初生相的面积、周长以及整个视场的面积，即图1中步骤⑧需要测量的

内容，测量完毕后V v 、D 及SF 1等指标通过LabVIEW 软件编程进行最终统计分析

［13］

。

2

结果与分析

2．1

图像处理结果

部分处理步骤后的图像如图2所示。原始图像如

图2（a ）所示，由图可以看出，先期形核的初生相呈近球状，并且由于溶质元素含量较少，在视场中为白色。后期形核的基体为细小的树枝晶组织，由于枝晶相对初生相细小，且溶质含量较多，因此在此视场下呈现为灰色的基体。灰白分明的基体和初生相也是图像处理的先决条件。图2（b ）为手动阈值处理后，

白色初生相与黑色的基体被进一步区分开。图2（c ）为删除细小颗粒后的效果。这些小颗粒是那些细小的枝晶基体组织，删除小颗粒的目的是防止其被误统计为初生相引起结果误差。图2（d ）为颗粒填充后的效果。初生固相在凝固过程中难免会混入液相基体，通过该步骤的处理可以消除视场中的初生相中的孔洞影响。经过图

像处理后的图像就可以进行数据的测量［14］

。2．2

初生相形貌分析

经过IMAQ Vision 图像处理和LabVIEW 的数据定量统计分析的半固态合金初生相结果显示，该视场

中固体体积分数为48．21%，近球状的初生相颗粒个

数为217。初生相直径尺寸及颗粒圆整度的结果如图

图2图像处理效果

（下转第43页）

7

2

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）

图3初生相形貌统计

3所示。图3（a ）结果表明，该半固态合金初生相主要

分布在20 50μm 。较大和较小的初生相数量很少。图3（b ）结果表明，大多数初生相颗粒圆整度值在0．5 1．0变化。大部分颗粒的初级阶段形态都有近球形

形状［14］

。这说明该半固态合金具有典型的近球状初生相特征，具有优良的流变性和触变性能

［15］

。

3结语

利用LabVIEW 和IMAQ Vision 平台的图像处理和参数测量功能，开发出了半固态合金初生相形貌定量分析系统。统计了半固态初生相颗粒尺寸大小、分布固相体积分数及初生相颗粒圆整度等半固态合金初生相形貌参数。总体上本系统界面简洁，可以高效、方便地实现半固态合金金相组织定量分析功能，结果可靠，具有较强的经济性，可应用于科学研究。参考文献（References ）：

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