陶瓷坯釉料配方優(yōu)化及顯微結(jié)構(gòu)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(jìn)程。陶瓷材料的組成與結(jié)構(gòu)決定著材料的性能，顯微結(jié)構(gòu)測(cè)量與分析是判斷陶瓷材料狀態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主要途徑，陶瓷配方的優(yōu)化和顯微結(jié)構(gòu)的分析對(duì)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(gè)最為重要的環(huán)節(jié)。由于陶瓷材料的化學(xué)成分組成的多樣性，采用一般的手工計(jì)算進(jìn)行配方極為繁瑣，而且結(jié)果往往距要求相去甚遠(yuǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用，相關(guān)的計(jì)算機(jī)

2、配方輔助設(shè)計(jì)軟件已逐步應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)領(lǐng)域中。而顯微組織測(cè)量與分析對(duì)陶瓷材料研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。通常，陶瓷研究人員使用傳統(tǒng)人工方法進(jìn)行顯微組織的定量分析。此種方法乏味費(fèi)時(shí)，檢驗(yàn)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，檢測(cè)結(jié)果的可靠性及有效性難以保證。目前，國(guó)內(nèi)由于相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展的制約，該方面研究還存在很多問題。
　　 本文針對(duì)實(shí)際的陶瓷生產(chǎn)工藝中的制約陶瓷生產(chǎn)質(zhì)量的兩點(diǎn)關(guān)鍵性技術(shù)問題，從理論上提出相應(yīng)的改進(jìn)方案并在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上加以改進(jìn)，具體方案詳述如

3、下：
　　 第一，針對(duì)配方優(yōu)化方面，利用最優(yōu)化算法對(duì)陶瓷配方進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將繁瑣的傳統(tǒng)手工計(jì)算交由計(jì)算機(jī)來處理，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，提高生產(chǎn)效率。在分析數(shù)值優(yōu)化算法的基礎(chǔ)上，針對(duì)陶瓷配方優(yōu)化方法的特點(diǎn)，分別采用復(fù)合形法和遺傳算法對(duì)陶瓷配方進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過兩種算法的結(jié)果對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法在計(jì)算后的結(jié)果不理想，與復(fù)合形法的結(jié)果相比還有一定的差距，因此重點(diǎn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)設(shè)計(jì)。主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：（1）選擇策略中

4、使用了隨機(jī)聯(lián)賽選擇替代傳統(tǒng)的輪盤賭模型，提高了運(yùn)算效率，保證了個(gè)體的進(jìn)化；（2）變異操作采用高斯變異來改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法中的均勻變異，解決了標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法在局部搜索中不足；（3）自適應(yīng)調(diào)整交叉率和變異率，利于算法的收斂。改進(jìn)后算法的效率高于復(fù)合形法和標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法的效率，使配方優(yōu)化設(shè)計(jì)更具有科學(xué)性和合理性。
　　 第二，針對(duì)古瓷釉顯微結(jié)構(gòu)方面，利用現(xiàn)代電子顯微技術(shù)，對(duì)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(qiáng)

5、、圖像平滑、圖像分割及邊緣檢測(cè)四個(gè)方面，詳細(xì)比較分析各種數(shù)字圖像處理技術(shù)，結(jié)合陶瓷顯微圖像的特點(diǎn)，根據(jù)圖像處理結(jié)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(gè)方面：（1）運(yùn)用數(shù)字圖像技術(shù)中的拉普拉斯銳化、中值濾波方法對(duì)陶瓷顯微組織圖像進(jìn)行預(yù)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(jìn)的最大類間方差法確定閾值，自動(dòng)分離具有相近灰度特征的組元，實(shí)現(xiàn)陶瓷多組元的圖像分割，并對(duì)二值分離圖像進(jìn)行邊緣檢

6、測(cè)，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(xué)建模法不適合用于顯微結(jié)構(gòu)定量分析，因此，課題采用體視學(xué)方法計(jì)算普適參數(shù)，定量表征陶瓷顯微組織中各相的體積分?jǐn)?shù)、空間尺度分布。
　　 課題的研究對(duì)于陶瓷生產(chǎn)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用具有重要的理論參考價(jià)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(shè)計(jì)和面向?qū)ο蟮乃枷?，利用Delphi7.0作為開發(fā)工具，設(shè)計(jì)實(shí)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