陶瓷坯釉料配方優(yōu)化及顯微結構定量分析.pdf

1、陶瓷是中華民族文化極其重要的組成部分，深刻影響著世界文化史的發(fā)展進程。陶瓷材料的組成與結構決定著材料的性能，顯微結構測量與分析是判斷陶瓷材料狀態(tài)和內(nèi)部結構的主要途徑，陶瓷配方的優(yōu)化和顯微結構的分析對于生產(chǎn)各種品質(zhì)和質(zhì)地的陶瓷制品有著重要的意義，是陶瓷生產(chǎn)工藝過程中的一個最為重要的環(huán)節(jié)。由于陶瓷材料的化學成分組成的多樣性，采用一般的手工計算進行配方極為繁瑣，而且結果往往距要求相去甚遠。隨著計算機技術的飛速發(fā)展和日益廣泛的應用，相關的計算機

2、配方輔助設計軟件已逐步應用于實際生產(chǎn)領域中。而顯微組織測量與分析對陶瓷材料研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。通常，陶瓷研究人員使用傳統(tǒng)人工方法進行顯微組織的定量分析。此種方法乏味費時，檢驗人員勞動強度大，檢測結果的可靠性及有效性難以保證。目前，國內(nèi)由于相關領域發(fā)展的制約，該方面研究還存在很多問題。
　　 本文針對實際的陶瓷生產(chǎn)工藝中的制約陶瓷生產(chǎn)質(zhì)量的兩點關鍵性技術問題，從理論上提出相應的改進方案并在技術實現(xiàn)上加以改進，具體方案詳述如

3、下：
　　 第一，針對配方優(yōu)化方面，利用最優(yōu)化算法對陶瓷配方進行優(yōu)化設計，將繁瑣的傳統(tǒng)手工計算交由計算機來處理，縮短產(chǎn)品設計周期，提高生產(chǎn)效率。在分析數(shù)值優(yōu)化算法的基礎上，針對陶瓷配方優(yōu)化方法的特點，分別采用復合形法和遺傳算法對陶瓷配方進行設計。通過兩種算法的結果對比分析，發(fā)現(xiàn)標準遺傳算法在計算后的結果不理想，與復合形法的結果相比還有一定的差距，因此重點對標準遺傳算法進行了優(yōu)化和改進設計。主要體現(xiàn)在以下三個方面：（1）選擇策略中

4、使用了隨機聯(lián)賽選擇替代傳統(tǒng)的輪盤賭模型，提高了運算效率，保證了個體的進化；（2）變異操作采用高斯變異來改進標準遺傳算法中的均勻變異，解決了標準遺傳算法在局部搜索中不足；（3）自適應調(diào)整交叉率和變異率，利于算法的收斂。改進后算法的效率高于復合形法和標準遺傳算法的效率，使配方優(yōu)化設計更具有科學性和合理性。
　　 第二，針對古瓷釉顯微結構方面，利用現(xiàn)代電子顯微技術，對瓷釉試樣系列截面，顯微放大陶瓷磨片，獲取陶瓷顯微組織圖像。從圖像增強

5、、圖像平滑、圖像分割及邊緣檢測四個方面，詳細比較分析各種數(shù)字圖像處理技術，結合陶瓷顯微圖像的特點，根據(jù)圖像處理結果，選取適用于陶瓷顯微圖像處理的最優(yōu)方法。主要體現(xiàn)在以下三個方面：（1）運用數(shù)字圖像技術中的拉普拉斯銳化、中值濾波方法對陶瓷顯微組織圖像進行預處理，濾波去除圖像分析中的干擾因素和誤差，獲得利于分析的圖像；（2）采用改進的最大類間方差法確定閾值，自動分離具有相近灰度特征的組元，實現(xiàn)陶瓷多組元的圖像分割，并對二值分離圖像進行邊緣檢

6、測，提取組元輪廓；（3）由于陶瓷顯微組織圖像為不連續(xù)圖像，一般數(shù)學建模法不適合用于顯微結構定量分析，因此，課題采用體視學方法計算普適參數(shù)，定量表征陶瓷顯微組織中各相的體積分數(shù)、空間尺度分布。
　　 課題的研究對于陶瓷生產(chǎn)技術的實際應用具有重要的理論參考價值。
　　 本課題中系統(tǒng)開發(fā)所采用的方案為軟件工程中的模塊化設計和面向對象的思想，利用Delphi7.0作為開發(fā)工具，設計實現(xiàn)陶瓷配方優(yōu)化系統(tǒng)和陶瓷顯微圖像數(shù)字分析與處理