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第24卷第5期 实验力 学 V01．24No．5 2009年10月 MECHANICS 0ct．2009 JOURNALOFEXPERIMENTAL 文章编号：1001-4888(2009)06-0389—06 基于MATLAB图像处理技术 计算微纳米级磨损量 王正直1，辜萍h，杨种1，缪泓1，张忠2 (1．中国科学技术大学近代力学系中国科学院材料力学行为与设计重点实验室，安徽合肥230027I 2．国家纳米中心，北京100080) 摘要：利用Hysitron纳米压痕仪对聚碳酸酯／二氧化硅(PC／SiO。)纳米复合材料进行微／纳米级 (10-6--10叫m)磨损实验。本文首先指出了常用微纳米级磨损量计算方法的不足之处，并结合 MATLAB数字图像处理技术的优点分析了MATLAB用来改进磨损量计算方法的可行性。然 对磨损前后图片的配准。最后，使用改进的方法计算了不同载荷条件下材料的磨损体积，并将 结果与常用微纳米级磨损量计算方法所得结果进行比较，结果表明改进后的方法过程更加合 理，所得结果更加精确。 关键词：MATLAB；数字图像处理；微纳米尺度；磨损量 中图分类号：TP751．1；THll7．1 0 引言 随着科技的发展和应用领域的扩展，材料的微观结构和性能逐渐成为材料领域的研究热点。材料 的微纳米摩擦磨损性能作为现代超精密机械和微观机械设计和运行的技术基础，得到广泛重视，各种微 纳米摩擦磨损试验仪器也相继诞生，如美国MTS公司的Nano Hardness Tester系统以及英国MML公司的 Tribolndenter系统、瑞士CSMInstruments公司的Nano NanoTest系统等n1。 不同的系统具有不同的结构和技术指标，但其对材料磨损性能的测试原理大致相同。以Hysitron 同载荷和磨损次数下的磨损实验，通过计算和比较磨损体积或质量，得到材料的耐磨性能。由于磨损深 度所处量级为微米和纳米，宏观磨损量的测量方法，如称重或测体积，已无法适用[2]，所以急需发展新的 方法来实现对微／纳米尺度磨损量的计算。考虑到多数先进仪器都具有原位扫描的功能，即将样品的表 面形貌通过逐点扫描转化为数字图像，从而可以得到材料在磨损前后各像素点的高度信息，这为微／纳 米尺度下磨损量的计算开辟了一条新途径，即利用图像处理技术将图像信息转化为数字信息进行计算。 数字图像处理，是利用计算机对图像进行数学运算和处理，在具体实现时必须借助于计算机语 言[3]。过去常用的语言有C、C++、VB等，但由于语句较长且语法要求严格而限制了其工作效率H]。 MATLAB具有强大的数学计算功能、先进的可视化工具、直观灵活的语言和较强的开放性和可扩展 *收稿日期：2009-05—14；修订日期：2009—06—28 基金项目：国家自然基金项目；安徽省科技攻关项目汽车节能环保关键技术研究与应用(子项目：纳米复合材料在节 能环保汽车中关键技术的研究和应用) 万方数据 390 实验力学 (2009年)第24卷 性，是集数值计算、符号运算、图形处理及程序设计于一体的高级编程语言。5|。MATI。AB的以上特点 为它的广泛应用奠定了坚实基础，本文就是利用MATLAB语言编程实现对微纳米级磨损量的计算。 1实验材料和方法 1．1材料和仪器 实验材料：原位聚合的PC／纳米SiO：复合物涂层，约2肛m厚，采用传统旋涂镀膜工艺涂覆在厚度 为0．3ram的PC基体上。涂层表面光滑，粗糙度R。≈3．0nm。 于一体的低载荷原位纳米力学测试系统，能够提供和测量正向、侧向载荷，它的载荷和位移分辨率分别 为1nN和0．0002nm，其具有的高载荷和位移分辨率能够确保实验结果的精确性。 1．2实验方法 实验采用圆