机械系统中摩擦和磨损是无法避免的，磨损是机械设备发生故障的主要原因。

        油液分析技术是发展较快的故障诊断技术，它通过对机械系统油液中所含多种金属元素的定量和定性分析，对各种磨粒的尺寸、形状、颜色、分布，以及大、小磨粒浓度变化的分析，来判断系统工作状态或故障部位。

        20世纪70年代出现的铁谱分析技术是以磨粒分析为基础的油液分析技术，是诊断机械磨损故障的最有效方法。

        随着现代工业朝着大型化、连续化和高可靠性方向发展，各类机械设备对磨损工况监测和故障诊断的要求越来越高，为铁谱技术的应用提供了更广阔的市场。

        摩擦学的研究表明，磨粒的类别和数量的多少及增加的速度与摩擦面材料的磨损程度及磨损速度有直接的关系；而磨粒的形态、颜色及尺寸等则与磨损类型、磨损进程有密切关系。图1所示为几种不同磨损类型的铁谱图像。

图1 铁谱图像

         由于磨粒产生的复杂性、随机性等原因，最初磨粒识别与磨损诊断主要是依靠具有丰富经验的铁谱专业分析人员来进行。而随着计算机图像处理技术和人工智能的发展，形成了以计算机和信息处理相结合的现代铁谱分析技术，铁谱磨粒图像分析与识别也向智能型专家系统发展。现代铁谱分析的核心主要是通过对磨损颗粒图像自动识别和分类，实现磨损故障的智能化诊断，其关键是基于图像处理技术的磨粒自动识别。实践证明，计算机图像处理与识别技术在提高铁谱分析准确率，缩短分析时间，减轻分析人员的工作量等方面具有重要的意义。 本研究室在铁谱分析技术方面主要开展了以下研究工作。

一、搭建铁谱图像采集、存储和分析的硬件系统

       搭建的铁谱图像采集、存储和分析的硬件系统如图2所示。系统包括透反射双光显微镜、图像采集设备和计算机。

图2 铁谱图像处理分析系统

二、开发铁谱图像采集、分析的软件平台

      该软件平台包括硬件驱动模块、图像采集、存储模块、查询、管理数据库模块、及图像分析模块的接口，如图 3所示。

图3 铁谱图像采集、分析的软件平台

三、铁谱图像预处理

    采用数码相机和显微镜获得的铁谱显微图像为RGB格式的彩色图像。由于光线等原因，铁谱图像总是中心亮度高，四周靠近边缘的地方较暗，即背景色不均匀，所以需要对彩色图像的背景进行处理与减除。图4 为原始图像和背景减除后的图像。

图4 原始图像和背景减除后的图像

四、铁谱图像磨粒分割

      在铁谱图像中，铁磁性磨粒往往沉积成链状，需要对磨粒沉积链进行快速而有效地分割。图5、图6为原始图像及磨粒的分割。磨粒链的成功分割为下一步的磨粒识别以及磨损状态判别打下了基础。

图5 原始图像和磨粒分割

图6 原始图像和磨粒分割