專(zhuān)利名稱(chēng)：球壓實(shí)驗(yàn)壓痕尺寸測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量裝置，尤其是涉及一種用于電氣安全標(biāo)準(zhǔn)中考核熱塑材料耐熱特性的球壓實(shí)驗(yàn)壓痕尺寸測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
球壓試驗(yàn)是最常規(guī)的電工電子產(chǎn)品安全檢測(cè)項(xiàng)目之一，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確與否直接 影響產(chǎn)品的合格性。標(biāo)準(zhǔn)IEC60695-10-2 :2003要求，壓痕橫跨最大尺寸d不超過(guò)2. Omm則 表示產(chǎn)品耐熱指標(biāo)合格。但是標(biāo)準(zhǔn)中并沒(méi)有就如何判定壓痕直徑明確給出一個(gè)簡(jiǎn)單而又具 體的操作方法。雖然有文獻(xiàn)提及可以用投影、切割等方法來(lái)判定，但是在實(shí)際操作中都存在 一定的困難。通常，產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)中允許的壓痕直徑必須小于2mm。對(duì)于如此小的樣品尺 寸，普通的切割很難在不破壞樣品的情況下清晰地得到壓痕的剖面。而采用投影或者三維 數(shù)字顯微鏡等方法，又存在步驟繁瑣、測(cè)量的精度低、操作不方便、測(cè)量的自動(dòng)化程度低、結(jié) 果及檢測(cè)報(bào)表無(wú)法自動(dòng)生成等問(wèn)題。鑒于此，國(guó)內(nèi)很多科研院所和企業(yè)在球壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果的 測(cè)量上都進(jìn)行了探索。但是長(zhǎng)期以來(lái)，這一問(wèn)題總是未能很好解決，其結(jié)果的準(zhǔn)確性和客觀 性一直是困擾質(zhì)檢人員的最大問(wèn)題，不同測(cè)量者或者同一測(cè)量者在不同時(shí)期都會(huì)得出不同 結(jié)果，甚至相反的結(jié)果，尤其是處于臨界狀態(tài)的壓痕，更是難以判斷，嚴(yán)重影響質(zhì)檢部門(mén)的 聲譽(yù)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠精確測(cè)量、自動(dòng)測(cè)量、客觀(整個(gè)測(cè)量過(guò)程 無(wú)人為的干預(yù))給出結(jié)論的自動(dòng)化程度較高的球壓實(shí)驗(yàn)壓痕尺寸測(cè)量裝置。本實(shí)用新型設(shè)有照明裝置、光學(xué)信息變換系統(tǒng)2CXD攝像機(jī)、圖像采集卡、自動(dòng)調(diào) 焦載物臺(tái)和計(jì)算機(jī)。照明裝置設(shè)于光學(xué)信息變換系統(tǒng)上方，照明裝置射出的光線通過(guò)光學(xué)信息變換系 統(tǒng)直接照射在壓痕樣品上，照明裝置的光軸與光學(xué)信息變換系統(tǒng)的光軸重合；壓痕樣品放 在自動(dòng)調(diào)焦載物臺(tái)上，CCD攝像機(jī)的數(shù)據(jù)輸出端接圖像采集卡的輸入接口 ；所述光學(xué)信息 變換系統(tǒng)設(shè)有第1透鏡、第2透鏡、第3透鏡、高通濾波片及半透半反鏡，第1透鏡和第2透 鏡同光軸，高通濾波片設(shè)于第1透鏡與第2透鏡之間，半透半反鏡設(shè)于高通濾波片與第2透 鏡之間，第3透鏡與CCD攝像機(jī)同光軸，第3透鏡的光軸與第1透鏡的光軸垂直。所述照明裝置可采用平行光光源，以便使物體得到均勻的照明，其光源的強(qiáng)度可 以調(diào)節(jié)。所述圖像采集卡可采用32位的PCI總線接口，圖像采集卡可直接插到計(jì)算機(jī)主板 的擴(kuò)展槽中，以實(shí)現(xiàn)圖像采集卡與計(jì)算機(jī)的通訊與數(shù)據(jù)傳輸。計(jì)算機(jī)的輸出接口可設(shè)有打印機(jī)。光學(xué)信息變換系統(tǒng)用于將從壓痕反射回來(lái)的光場(chǎng)分解成不同方向傳播的平面波， 在透鏡的像方焦平面上可以得到入射光場(chǎng)的夫瑯和費(fèi)衍射圖樣。該圖樣的物理意義是不同方向入射的平面光波在像方焦平面上聚焦為不同的點(diǎn)，焦平面上距離光軸最遠(yuǎn)的點(diǎn)所對(duì)應(yīng) 的平面波的方向即為從壓痕邊緣處反射的與光軸夾角最大的光波場(chǎng)方向，而其它位置反射 的光線與光軸的夾角均小于邊緣處反射光線與光軸夾角。對(duì)于前面處理好的壓痕，通過(guò)自動(dòng)識(shí)別焦面(物面)位置，直接用視覺(jué)檢測(cè)和圖像 處理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量。照明系統(tǒng)發(fā)出的平行光線垂直向下照射在壓痕上，光 線反射，通過(guò) 光學(xué)信息變換系統(tǒng)，聚焦至CCD攝像機(jī)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)圖像采集卡轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號(hào)傳給計(jì)算機(jī)，然后由軟件對(duì)所采集到的圖像進(jìn)行預(yù)處理、邊緣檢測(cè)、輪廓提取、并計(jì) 算出物體的尺寸及圓度，結(jié)果將以直方圖，檢驗(yàn)報(bào)表的形式顯示在屏幕上，并在打印機(jī)上輸 出，所有測(cè)試結(jié)果可儲(chǔ)存于計(jì)算機(jī)硬盤(pán)或軟盤(pán)中，便于調(diào)用和管理。由此可見(jiàn)，本實(shí)用新型可獲得以下有益效果1)精度高，現(xiàn)在工程中常用的方法有工具顯微鏡法，游標(biāo)卡尺法，投影法，切割法 等，這些方法的精度都比較低，本實(shí)用新型的精度可達(dá)士 10微米。2)客觀給出結(jié)論，整個(gè)測(cè)量過(guò)程無(wú)人為的干預(yù)，檢測(cè)結(jié)果不會(huì)因?yàn)闄z測(cè)人員的經(jīng) 驗(yàn)和熟練度及環(huán)境的改變而改變。3)自動(dòng)化程度高，整個(gè)測(cè)量過(guò)程都是在軟件控制下進(jìn)行的，可以針對(duì)壓痕的形狀 自動(dòng)判別是否載荷偏、壓痕邊緣部分是有凸起還是光滑過(guò)渡逐漸遠(yuǎn)離球面；針對(duì)不同的 情況，可以自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，得到測(cè)量結(jié)果，并根據(jù)結(jié)果生成檢驗(yàn)報(bào)表；3)非接觸，通過(guò)光學(xué)信息變換系統(tǒng)由CCD進(jìn)行拍攝，用軟件對(duì)拍攝的圖片進(jìn)行處 理，所以真?zhèn)€過(guò)程都是非接觸的。4)自動(dòng)生成檢驗(yàn)報(bào)表。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的光學(xué)信息變換系統(tǒng)的原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1和2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例設(shè)有照明裝置1、光學(xué)信息變換系統(tǒng)2、(XD攝 像機(jī)3、圖像采集卡4、自動(dòng)調(diào)焦載物臺(tái)5、計(jì)算機(jī)6和打印機(jī)7。照明裝置1設(shè)于光學(xué)信息變換系統(tǒng)2上方，照明裝置1射出的光線通過(guò)光學(xué)信息 變換系統(tǒng)2直接照射在壓痕樣品上，照明裝置1的光軸與光學(xué)信息變換系統(tǒng)2的光軸重合； 壓痕樣品放在自動(dòng)調(diào)焦載物臺(tái)5上，CCD攝像機(jī)3的數(shù)據(jù)輸出端接圖像采集卡4的輸入接 口 ；所述光學(xué)信息變換系統(tǒng)設(shè)有第1透鏡、第2透鏡、第3透鏡、高通濾波片F(xiàn)及半透半反鏡 PBS,第1透鏡和第2透鏡同光軸，高通濾波片F(xiàn)設(shè)于第1透鏡與第2透鏡之間，半透半反鏡 PBS設(shè)于高通濾波片F(xiàn)與第2透鏡之間，第3透鏡與CXD攝像機(jī)同光軸，第3透鏡的光軸與 第1透鏡的光軸垂直。所述照明裝置1可采用平行光光源，以便使物體得到均勻的照明，其光源的強(qiáng)度 可以調(diào)節(jié)。所述圖像采集卡4可采用32位的PCI總線接口，圖像采集卡4可直接插到計(jì)算機(jī)6主板的擴(kuò)展槽中，以實(shí)現(xiàn)圖像采集卡與計(jì)算機(jī)的通訊與數(shù)據(jù)傳輸。以下給出本實(shí)用新型的測(cè)量原理，照明裝置1發(fā)出的平行光線垂直向下照射在壓 痕上，光線反射，通過(guò)光學(xué)信息變換系統(tǒng)2，聚焦至CXD攝像機(jī)3上，CXD攝像機(jī)3將光信號(hào) 轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)圖像采集卡4轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳給計(jì)算機(jī)6，然后由軟件對(duì)所采集到的 圖像進(jìn)行處理，結(jié)果將以直方圖，檢驗(yàn)報(bào)表的形式顯示在屏幕上，并在打印機(jī)7上輸出，所 有測(cè)試結(jié)果可儲(chǔ)存于計(jì)算機(jī)6硬盤(pán)或軟盤(pán)中，便于調(diào)用和管理。其中自動(dòng)調(diào)焦載物臺(tái)5可 以在水平方向和豎直方向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦。其中圖像采集裝置的光學(xué)信息變換系統(tǒng)如圖2中的虛線框內(nèi)所示，光學(xué)信息變換 系統(tǒng)由第1透鏡、第2透鏡、第3透鏡、高通濾波片F(xiàn)及半透半反鏡PBS組成，該系統(tǒng)將從壓 痕反射回來(lái)的光場(chǎng)分解成不同方向傳播的平面波，在透鏡的像方焦平面上可以得到入射光 場(chǎng)的夫瑯和費(fèi)衍射圖樣。該圖樣的物理意義是不同方向入射的平面光波在像方焦平面上聚 焦為不同的點(diǎn)，焦平面上距離光軸最遠(yuǎn)的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的平面波的方向即為從壓痕邊緣處反射 的與光軸夾角最大的光波場(chǎng)方向。而其它位置反射的光線與光軸的夾角均小于邊緣處反射 光線與光軸夾角。為精確測(cè)量壓痕直徑，在第1透鏡與半透半反鏡PBS之間設(shè)有高通濾波 片F(xiàn)。軟件流程是由軟件對(duì)所采集到的圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)、剔除暗區(qū)、閾值化、邊緣檢 測(cè)、輪廓提取、圓擬合等步驟，計(jì)算出壓痕的尺寸及圓度。整個(gè)測(cè)量過(guò)程都是在軟件的控制下進(jìn)行的。實(shí)施例的具體步驟為系統(tǒng)運(yùn)行開(kāi)始， 從盤(pán)里讀入原始圖像到軟件，用圖像增強(qiáng)函數(shù)將有用信息突出，再將整個(gè)區(qū)域里與目標(biāo)區(qū) 域無(wú)關(guān)的部分區(qū)域剔除掉，通過(guò)最優(yōu)閾值化函數(shù)對(duì)圖像進(jìn)行閾值操作，接著對(duì)閾值化后的 圖像進(jìn)行邊緣優(yōu)化并去噪，除去那些對(duì)結(jié)果計(jì)算有影響的噪聲，最后應(yīng)用canny邊緣檢測(cè) 算子對(duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)并記錄數(shù)據(jù)，將記錄的數(shù)據(jù)用最小二乘法來(lái)擬合，測(cè)量擬合出的 圓直徑并將其通過(guò)檢驗(yàn)報(bào)表的形式在屏幕上顯示或者打印輸出。本實(shí)用新型的關(guān)鍵是在測(cè)量壓痕直徑時(shí)，通過(guò)基于CXD攝像機(jī)的圖像采集系統(tǒng) 對(duì)壓痕進(jìn)行拍攝，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)圖像采集卡轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳給計(jì)算機(jī)，然 后由軟件對(duì)所采集到的圖像進(jìn)行處理并輸出結(jié)果。
權(quán)利要求球壓實(shí)驗(yàn)壓痕尺寸測(cè)量裝置，其特征在于設(shè)有照明裝置、光學(xué)信息變換系統(tǒng)2CCD攝像機(jī)、圖像采集卡、自動(dòng)調(diào)焦載物臺(tái)和計(jì)算機(jī)；照明裝置設(shè)于光學(xué)信息變換系統(tǒng)上方，照明裝置射出的光線通過(guò)光學(xué)信息變換系統(tǒng)直接照射在壓痕樣品上，照明裝置的光軸與光學(xué)信息變換系統(tǒng)的光軸重合；壓痕樣品放在自動(dòng)調(diào)焦載物臺(tái)上，CCD攝像機(jī)的數(shù)據(jù)輸出端接圖像采集卡的輸入接口；所述光學(xué)信息變換系統(tǒng)設(shè)有第1透鏡、第2透鏡、第3透鏡、高通濾波片及半透半反鏡，第1透鏡和第2透鏡同光軸，高通濾波片設(shè)于第1透鏡與第2透鏡之間，半透半反鏡設(shè)于高通濾波片與第2透鏡之間，第3透鏡與CCD攝像機(jī)同光軸，第3透鏡的光軸與第1透鏡的光軸垂直。
2.如權(quán)利要求1所述的球壓實(shí)驗(yàn)壓痕尺寸測(cè)量裝置，其特征在于所述照明裝置為平行 光光源。
3.如權(quán)利要求1所述的球壓實(shí)驗(yàn)壓痕尺寸測(cè)量裝置，其特征在于所述圖像采集卡為32 位的PCI總線接口。
4.如權(quán)利要求1所述的球壓實(shí)驗(yàn)壓痕尺寸測(cè)量裝置，其特征在于所述圖像采集卡直接 插到計(jì)算機(jī)主板的擴(kuò)展槽中。
5.如權(quán)利要求1所述的球壓實(shí)驗(yàn)壓痕尺寸測(cè)量裝置，其特征在于計(jì)算機(jī)的輸出接口設(shè) 有打印機(jī)。
專(zhuān)利摘要球壓實(shí)驗(yàn)壓痕尺寸測(cè)量裝置，涉及一種測(cè)量裝置。提供一種能夠精確測(cè)量、自動(dòng)測(cè)量、客觀給出結(jié)論的自動(dòng)化程度較高的球壓實(shí)驗(yàn)壓痕尺寸測(cè)量裝置。設(shè)有照明裝置、光學(xué)信息變換系統(tǒng)2CCD攝像機(jī)、圖像采集卡、自動(dòng)調(diào)焦載物臺(tái)和計(jì)算機(jī)；照明裝置設(shè)于光學(xué)信息變換系統(tǒng)上方，光線通過(guò)光學(xué)信息變換系統(tǒng)直接照射在壓痕樣品上，照明裝置與光學(xué)信息變換系統(tǒng)的光軸重合；CCD攝像機(jī)的數(shù)據(jù)輸出端接圖像采集卡的輸入接口；所述光學(xué)信息變換系統(tǒng)設(shè)有3個(gè)透鏡、高通濾波片及半透半反鏡，第1和第2透鏡同光軸，濾波片設(shè)于第1與第2透鏡之間，半透半反鏡設(shè)于濾波片與第2透鏡之間，第3透鏡與CCD攝像機(jī)同光軸，第3透鏡的光軸與第1透鏡的光軸垂直。
文檔編號(hào)G01N3/06GK201773041SQ20102052501
公開(kāi)日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者張建寰, 蘇君平 申請(qǐng)人:廈門(mén)大學(xué)