專(zhuān)利名稱(chēng)：刻痕硬度測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種測(cè)試系統(tǒng)，更具體地說(shuō)是涉及一種刻痕硬度測(cè)試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
硬度測(cè)試已經(jīng)被證實(shí)是有益于材料評(píng)估和制造過(guò)程的質(zhì)量控制以及研究和開(kāi)發(fā)嘗試的。盡管實(shí)際上是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，物體的硬度可能與許多金屬的抗拉強(qiáng)度相關(guān)，并且提供材料的耐磨性和延展性的指示。一種典型的刻痕硬度測(cè)試器利用校準(zhǔn)機(jī)來(lái)將(具有所要求的幾何形狀的)金剛石刻壓機(jī)壓到待評(píng)測(cè)材料的表面中。在卸除載荷之后接著用光學(xué)顯微鏡測(cè)量刻痕尺寸。測(cè)試的材料的硬度然后可以這樣來(lái)確定，即將施加于刻壓機(jī)的力除以通過(guò)該刻壓機(jī)產(chǎn)生的持久刻痕的投影面積。
在一種典型的方案中，刻痕硬度測(cè)試器的操作人員需要將凹痕以距離不同的部件幾何尺寸間距精確地定位到一個(gè)部件中。參考附圖2和3，操作人員可能需要將一連串均勻地間隔開(kāi)的5個(gè)凹痕302置于例如一個(gè)被測(cè)試的齒輪102的一部分的齒102A的表面中，該齒輪安裝在一個(gè)塑料體104內(nèi)，以形成一個(gè)測(cè)試組件22。凹痕302可以彼此間隔200微米(±5微米)并且位于齒102A表面的中心。假定齒102A為大致0.5厘米寬、0.5厘米高，并且測(cè)試器具有兩種放大倍數(shù)，即，高放大倍數(shù)50x的物鏡和200微米寬的視場(chǎng)，以及5x的放大倍數(shù)和2000微米寬的視場(chǎng)，并且假定齒102A的圖像顯示在具有640像素寬度的顯示器上，每個(gè)像素的寬度在50x放大倍數(shù)時(shí)為約0.3微米，而在5x放大倍數(shù)時(shí)為約3.0微米。
在這種測(cè)試器中，5x的放大倍數(shù)使操作人員只能看到齒頂面的約1/5，而50x的放大倍數(shù)使操作人員只能看到齒頂面的約1/50。應(yīng)該注意的是，這種觀察并不能使操作人員精確地得知用于定位測(cè)試組件22的工作臺(tái)(stage)是否位于齒頂面的中心。因此，為了保證刻痕垂直于齒102A頂部并且距離齒102A頂面有一定的間距，常規(guī)的軟件包已經(jīng)可以使操作人員將一個(gè)“T”形桿沿著一個(gè)顯示圖像定位。通過(guò)這種方式，操作人員將會(huì)通過(guò)移動(dòng)工作臺(tái)和旋轉(zhuǎn)“T”形桿的組合而將“T”形桿沿著齒102A的頂部邊緣定位。如以上所簡(jiǎn)述的那樣，在5x的放大倍數(shù)時(shí)操作人員已經(jīng)很清楚“T”形桿所需的定向，但卻沒(méi)有足夠的分辨率來(lái)將其定位于該邊緣的5微米之內(nèi)。此外，在50x的放大倍數(shù)時(shí)，將齒的頂部邊緣定位于5微米之內(nèi)是可能的，但定向卻很困難，因?yàn)樵撨吘壴诖朔糯蟊稊?shù)時(shí)不是直的。
所需要的是這樣一種技術(shù)，它更容易讓刻痕硬度測(cè)試器的操作人員適當(dāng)?shù)貙⒖虊簷C(jī)相對(duì)于測(cè)試組件定位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明總體上涉及一種刻痕硬度測(cè)試系統(tǒng)，它包括具有可移動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)的框架、用于接納部件的可移動(dòng)的工作臺(tái)、照相機(jī)、顯示器、處理器和存儲(chǔ)子系統(tǒng)。所述轉(zhuǎn)臺(tái)包括一個(gè)顯微鏡第一物鏡和一個(gè)刻壓機(jī)，并且可移動(dòng)的工作臺(tái)被配置為用于接納一個(gè)待測(cè)試的部件。照相機(jī)通過(guò)顯微鏡捕捉部件的圖像，然后該圖像可以在顯示器上提供。處理器電連接于轉(zhuǎn)臺(tái)、可移動(dòng)工作臺(tái)、照相機(jī)和顯示器以及存儲(chǔ)子系統(tǒng)。該存儲(chǔ)子系統(tǒng)存儲(chǔ)當(dāng)執(zhí)行時(shí)指示處理器執(zhí)行若干步驟的代碼。也就是說(shuō)，該代碼指示處理器利用照相機(jī)捕捉并存儲(chǔ)一系列部件實(shí)時(shí)圖像。該代碼還指示處理器存儲(chǔ)與每個(gè)圖像相關(guān)的工作臺(tái)坐標(biāo)，并在顯示器上顯示該部件的合成圖像，該圖像包括根據(jù)相關(guān)的工作臺(tái)坐標(biāo)而合成的一系列實(shí)時(shí)圖像。
按照本發(fā)明的另一實(shí)施例，圖像以低于所捕捉到的圖像的分辨率來(lái)存儲(chǔ)。按照本發(fā)明又一實(shí)施例，所述代碼指示處理器執(zhí)行一個(gè)附加步驟，即對(duì)于還未捕捉到的部件部分在合成圖像中顯示背景圖案。按照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，所述代碼指示處理器執(zhí)行一個(gè)附加步驟，即在顯示部件的合成圖像之前，當(dāng)通過(guò)一個(gè)與第一物鏡焦距不同的第二物鏡捕捉其中的至少一個(gè)圖像時(shí)，對(duì)上述一系列實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。在另一實(shí)施例中，所述代碼指示處理器執(zhí)一個(gè)附加步驟，即在合成圖像中顯示部件的輪廓。在合成圖像中顯示部件輪廓的步驟也可以包括下列步驟檢驗(yàn)部件的圖像流中的一個(gè)幀，來(lái)定位部件的邊緣，并且沿著平行于部件邊緣的方向移動(dòng)該部件，使邊緣保持在下一楨的視場(chǎng)中直到部件輪廓完整。所述代碼還可以使處理器執(zhí)行下列附加的步驟將部件當(dāng)前的位置圖像在合成圖像中進(jìn)行疊加，并且指示當(dāng)前定位圖像的位置。此外，所述代碼可以使處理器執(zhí)行下列附加的步驟將刻痕的位置圖疊加在合成圖像上，并且顯示一個(gè)在刻痕輪廓內(nèi)的建議刻痕位置，它代表一定幾何形狀和尺寸(基于所期望的刻壓機(jī))、刻壓機(jī)的所期望的定向、所期望的刻壓機(jī)載荷、以及所期望的部件硬度。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將通過(guò)參考以下的說(shuō)明、權(quán)利要求書(shū)和附圖進(jìn)一步理解和認(rèn)識(shí)本發(fā)明的這些和其他的特征、優(yōu)點(diǎn)和目的。


附圖中圖1為按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性刻痕硬度測(cè)試器的透視圖；圖1A為按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例構(gòu)造的示例性刻痕硬度測(cè)試系統(tǒng)的的電路框圖；圖2為一個(gè)包括安裝在塑料體中的齒輪的一部分的測(cè)試組件的透視圖；圖3為圖2中的齒輪的齒的一部分的局部放大頂視圖，示出所希望的刻痕位置；圖4A為以50x放大倍數(shù)在現(xiàn)有技術(shù)的刻痕硬度測(cè)試系統(tǒng)的監(jiān)視器上顯示的圖2中的齒輪的齒的一部分的視圖；圖4B為以5x放大倍數(shù)在現(xiàn)有技術(shù)的刻痕硬度測(cè)試系統(tǒng)的監(jiān)視器上顯示的圖2中的齒輪的齒的另一部分的視圖；圖5為一個(gè)合成圖像的視圖，包括分別在按本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例構(gòu)造的刻痕硬度測(cè)試系統(tǒng)的監(jiān)視器上顯示的圖4A和4B的50x和5x放大倍數(shù)的區(qū)域；圖6為一個(gè)用于確定各圖像在一個(gè)部件的合成圖像中的位置的示例性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖；圖7為一個(gè)用于創(chuàng)建部件合成圖像的程序流程圖；以及圖8A-8G為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的刻痕測(cè)試系統(tǒng)所提供的示例顯示畫(huà)面。
具體實(shí)施例方式
一種根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的系統(tǒng)能夠使用一種刻痕硬度測(cè)試器來(lái)實(shí)現(xiàn)，它包括光學(xué)顯微鏡、被設(shè)置以通過(guò)顯微鏡收集圖像的數(shù)字照相機(jī)、電控的能夠移動(dòng)測(cè)試組件的工作臺(tái)、以及處理器(或計(jì)算機(jī)系統(tǒng))，其中所述測(cè)試組件為待測(cè)試的相關(guān)部件或安裝在一塑料體內(nèi)的部件的一部分，至少兩個(gè)尺寸處于一個(gè)垂直于光學(xué)顯微鏡透鏡的平面內(nèi)；所述處理器連接到照相機(jī)和工作臺(tái)，使得所述處理器能夠顯示在監(jiān)測(cè)和控制工作臺(tái)及其相關(guān)部件的運(yùn)動(dòng)時(shí)通過(guò)照相機(jī)獲得的圖像。
圖1示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性刻痕硬度測(cè)試器的局部透視圖。該刻痕硬度測(cè)試系統(tǒng)10包括一個(gè)框架20和一個(gè)刻壓機(jī)18，例如努普或維氏刻壓機(jī)，所述框架20具有一個(gè)附帶的電動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)14，包括物鏡16A和16B，它們構(gòu)成光學(xué)顯微鏡的一部分。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到的是，如果需要的話，附加的物鏡可以安裝到轉(zhuǎn)臺(tái)14上。一個(gè)工作臺(tái)12可移動(dòng)地連接于框架20，使得一個(gè)連接于工作臺(tái)12的測(cè)試組件22的不同區(qū)域可以被觀察到。
圖1A示出可以包括在測(cè)試系統(tǒng)10定義之內(nèi)的不同電氣部件的示例性電路框圖。如其所示，一個(gè)處理器40耦連于一個(gè)存儲(chǔ)子系統(tǒng)42、一個(gè)輸入設(shè)備44(例如操縱桿、旋鈕、鼠標(biāo)和/或鍵盤(pán))和一個(gè)顯示器46。一個(gè)連接在處理器40和一個(gè)照相機(jī)52之間的幀接收器48用來(lái)捕捉由照相機(jī)提供的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)幀。照相機(jī)52例如可以向幀接收器48提供以30Hz速率數(shù)字化的RS-170視頻信號(hào)。如果希望的話，處理器40也連接于轉(zhuǎn)臺(tái)電動(dòng)機(jī)54并且控制它來(lái)正確和有選擇地定位物鏡16A和16B及刻壓機(jī)18(例如帶有金剛石尖端的裝置)。應(yīng)該注意的是，如果需要的話，附加的刻壓機(jī)也可以定位在轉(zhuǎn)臺(tái)14上。如果需要的話，處理器40還連接到工作臺(tái)電動(dòng)機(jī)56(例如將工作臺(tái)沿三維方向移動(dòng)的三個(gè)工作臺(tái)電動(dòng)機(jī))，并且向工作臺(tái)電動(dòng)機(jī)提供命令來(lái)使工作臺(tái)沿兩維或三維方向移動(dòng)，以便捕捉圖像和聚焦。如下面進(jìn)一步討論的，工作臺(tái)電動(dòng)機(jī)56還提供工作臺(tái)的位置坐標(biāo)，這些位置坐標(biāo)與照相機(jī)52提供的圖像相關(guān)聯(lián)。工作臺(tái)的位置坐標(biāo)例如可以由與每個(gè)工作臺(tái)電動(dòng)機(jī)56相關(guān)聯(lián)的編碼器來(lái)提供，并且例如可以經(jīng)由RS-232接口以大約30Hz的速率提供給處理器40。作為替代，處理器40可以與一個(gè)單獨(dú)的工作臺(tái)控制器進(jìn)行通信，所述工作臺(tái)控制器也包括其自身的輸入設(shè)備，例如操縱桿。處理器40、存儲(chǔ)子系統(tǒng)42輸入設(shè)備44和顯示器46可以集成到個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)內(nèi)。在這種情況下，幀接收器48表現(xiàn)為插入到與處理器40相關(guān)聯(lián)的母板中的卡的形式。如在這里所使用的那樣，術(shù)語(yǔ)“處理器”可以包括通用處理器、微控制器(即帶內(nèi)存的、集成在單個(gè)集成電路內(nèi)的執(zhí)行單元等)、專(zhuān)用集成電路(ASIC)、可編程邏輯電路(PLD)或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。
再參考圖2，測(cè)試組件22包括一個(gè)待測(cè)試的部件、即齒輪102的一部分，它安裝在測(cè)試用材料104、例如酚醛樹(shù)脂中。參考圖3，齒輪102的齒102A典型地可具有一個(gè)尺寸約為0.5cm*0.5cm的表面，其中刻痕要以所期望的刻痕圖案定位于該表面中。如圖3中所示，示出了5個(gè)均勻間隔開(kāi)的凹痕302。在一種典型的方案中，要經(jīng)受刻痕硬度測(cè)試的部件經(jīng)常以厘米來(lái)測(cè)量，而刻痕的尺寸一般在100微米至5000微米的范圍內(nèi)。如前面所討論的那樣，并且分別參照?qǐng)D4B和4A，一個(gè)帶有5x和50x的物鏡的常規(guī)刻痕硬度測(cè)試器使系統(tǒng)的操作人員可以在5x放大倍數(shù)時(shí)看到典型齒的頂部的大約1/5，而在50x放大倍數(shù)時(shí)只能看到齒的頂部的大約1/50。如上所述，對(duì)于操作人員來(lái)說(shuō)通常難以知道在放大倍數(shù)設(shè)置為50x時(shí)工作臺(tái)是否定位于齒面的中心。根據(jù)本發(fā)明并如圖5中所示，合成圖像500提供了一個(gè)較寬的視場(chǎng)來(lái)讓操作人員更加精確地確定凹痕要定位在齒上的位置。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)操作人員手動(dòng)往復(fù)移動(dòng)部件時(shí)，處理器40收集一系列實(shí)時(shí)圖像和工作臺(tái)坐標(biāo)。這樣做時(shí)，處理器40執(zhí)行一個(gè)程序，它將數(shù)據(jù)組合為，即呈現(xiàn)為一個(gè)合成(或全景)圖像，它顯示出部件已經(jīng)在顯微鏡物鏡下通過(guò)的那些部分，所述物鏡安裝在測(cè)試系統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺(tái)上。如果考慮到存儲(chǔ)限制的話，需要注意的是，不管所提供的圖像的放大倍數(shù)如何，合成圖像可以以低分辨率存儲(chǔ)，例如每個(gè)像素大約5微米的分辨率。
參考圖6，描繪了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖600，它用于將數(shù)據(jù)與合成圖像關(guān)聯(lián)起來(lái)。如由圖6所看到的那樣，示例性存儲(chǔ)機(jī)制是基于樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的。為了關(guān)聯(lián)來(lái)自于照相機(jī)52的圖像，處理器40將圖像存儲(chǔ)到時(shí)間標(biāo)記的(time-stamped)圖像隊(duì)列中，例如先入先出(FIFO)緩沖器，并且工作臺(tái)位置被記錄在時(shí)間標(biāo)記的位置隊(duì)列中，例如另一先入先出(FIFO)緩沖器，這些緩沖器位于存儲(chǔ)子系統(tǒng)46中。對(duì)于隊(duì)列中每個(gè)所給出的圖像執(zhí)行一個(gè)程序，它搜索工作臺(tái)位置和關(guān)于圍繞圖像被獲取的時(shí)間的時(shí)期的速度信息。然后，使用插值法，處理器40準(zhǔn)確地確定在獲得圖像時(shí)工作臺(tái)12在哪里。這種技術(shù)允許將一個(gè)給定的圖像在合成圖像中準(zhǔn)確定位。此外，由于在捕捉其中一個(gè)給定的圖像時(shí)部件的方向和速度是已知的，可以用快速傅立葉變換(FFT)技術(shù)或其他圖像處理技術(shù)來(lái)使圖像變得清晰。
參考圖7，描繪了一個(gè)程序700，它基于所選擇的物鏡16A或16B及工作臺(tái)12的速度記錄一個(gè)給定圖像的數(shù)據(jù)質(zhì)量。通過(guò)這種方式，當(dāng)計(jì)算出的質(zhì)量不是很差而操作人員重新追蹤部件的一部分時(shí)，新的圖像數(shù)據(jù)只替換舊的圖像數(shù)據(jù)。在步驟702中，開(kāi)始程序700，在該點(diǎn)控制轉(zhuǎn)交給步驟702。接著，在步驟704中，處理器400從工作臺(tái)電動(dòng)機(jī)56接收工作臺(tái)位置，并且經(jīng)由幀接收器48從照相機(jī)52接收時(shí)間標(biāo)記的圖像。接著，在步驟706中，處理器40對(duì)工作臺(tái)位置進(jìn)行插值運(yùn)算來(lái)確定圖像被捕捉時(shí)的工作臺(tái)位置。所得到的圖像然后使用不同的方法進(jìn)行處理，例如去交織、去模糊、陰影校正和伸展/收縮。在處理圖像后，在步驟708中，處理器40在判定步驟710中確定一個(gè)特定圖像的質(zhì)量(例如通過(guò)工作臺(tái)速度和當(dāng)前的物鏡來(lái)確定)是否已經(jīng)得到改善。如果圖像的質(zhì)量已經(jīng)改善，則控制轉(zhuǎn)移給步驟711，在這里舊的圖像用一個(gè)新的圖像代替。否則，控制從步驟710轉(zhuǎn)移給步驟712，在這里處理器40保留舊圖像并且將其用于在顯示器46上顯示合成圖像。
與對(duì)于單個(gè)大尺寸圖像所需的存儲(chǔ)器相比，根據(jù)本發(fā)明創(chuàng)建的合成圖像很適合于使用最少量的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器來(lái)進(jìn)行高速修正和檢索。這是通過(guò)將合成圖像存儲(chǔ)為一系列離散尺寸的二維平鋪的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)工作臺(tái)位置組織到一個(gè)二叉樹(shù)結(jié)構(gòu)中(見(jiàn)圖6)。接著，在判定步驟714中，處理器確定操作人員是否已經(jīng)完成了圖像收集過(guò)程。如果是這樣的話，控制轉(zhuǎn)移給步驟716，程序700結(jié)束。否則，控制轉(zhuǎn)移給步驟704，處理器40繼續(xù)接收和存儲(chǔ)工作臺(tái)位置及時(shí)間標(biāo)記的圖像。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，部件尚未被測(cè)定的位置以對(duì)比色或圖案，例如輕微陰影的非灰色顏色指示出來(lái)，而透鏡的位置，即當(dāng)前的活動(dòng)視圖，嵌入到合成圖像中，并相對(duì)于其在部件上的當(dāng)前位置定位?；顒?dòng)視圖例如可以通過(guò)一個(gè)疊加在合成圖像上的細(xì)線矩形指示出來(lái)。按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，為了加速捕捉部件的圖像，提供了一個(gè)程序，它可以使整個(gè)部件的輪廓在圖像捕捉過(guò)程期間自動(dòng)往返移動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)操作人員放大合成圖像的任何部分時(shí)，工作臺(tái)自動(dòng)移動(dòng)到那個(gè)位置，并且一個(gè)活動(dòng)圖像嵌入到合成圖像中。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)物鏡設(shè)置為50x放大倍數(shù)時(shí)，活動(dòng)圖像在細(xì)線矩形內(nèi)的分辨率約為每個(gè)像素0.3微米，而在細(xì)線矩形外的分辨率約為每個(gè)像素5微米。如上所述，系統(tǒng)可以有利地配置為使操作人員可以用操縱桿或其他輸入設(shè)備手動(dòng)地移動(dòng)工作臺(tái)。當(dāng)系統(tǒng)被啟動(dòng)，使程序正在控制工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)可以以多種方式來(lái)指示。例如，一個(gè)活動(dòng)圖像可以被固定使部件可以通過(guò)物鏡透鏡，或者作為替代，合成圖像可以被固定而活動(dòng)圖像的位置可以移動(dòng)。
如前面所討論的那樣，常規(guī)的刻痕硬度測(cè)試系統(tǒng)已經(jīng)允許操作人員沿著待測(cè)試部件的表面定位一個(gè)“T”形桿，以保證刻痕垂直于齒輪的齒的頂面并且離頂面有一定的距離。然而，如前所述，在5x放大倍數(shù)時(shí)，操作人員相當(dāng)清楚“T”形桿所需的定向，但是沒(méi)有足夠的分辨率來(lái)將其定位在邊緣的5微米之內(nèi)。此外，在50x放大倍數(shù)時(shí)，能夠?qū)⑦吘壎ㄎ辉?微米之內(nèi)，但是“T”形桿的定向是很困難的，因?yàn)樵谶@個(gè)放大倍數(shù)水平時(shí)邊緣不是直的。對(duì)此問(wèn)題的一種解決方案是，在5x放大倍數(shù)時(shí)旋轉(zhuǎn)“T”形桿，并且在50x放大倍數(shù)時(shí)將其定位在邊緣上。另一種產(chǎn)生更精確的旋轉(zhuǎn)角的解決方案涉及到使“T”形桿大于任何物鏡的視場(chǎng)，并使用一個(gè)合成圖像來(lái)準(zhǔn)確地定位“T”形桿。如前所述，這可以使操作人員放大部件的任何位置，并且部件那部分的活動(dòng)圖像可以以所需要的分辨率來(lái)提供。
常規(guī)的刻痕硬度測(cè)試系統(tǒng)已經(jīng)在一個(gè)單獨(dú)的窗口中顯示出所希望的凹痕的圖案。在這些系統(tǒng)中，操作人員已可以對(duì)圖案窗口中的刻痕位置加以控制，然后指示系統(tǒng)在部件中形成凹痕。然而，如前面所討論的那樣，對(duì)于操作人員來(lái)說(shuō)難以將在圖案窗口中的所建議的刻痕位置與如在活動(dòng)圖像中所看到的部件上的精確位置關(guān)聯(lián)起來(lái)。有利地，本發(fā)明的實(shí)施例允許一個(gè)圖案窗口疊加在合成圖像上面。因此，操作人員可以相對(duì)于部件的大尺寸特征和相對(duì)于低分辨率合成圖像來(lái)定位凹痕。通過(guò)這種方式，操作人員然后能夠通過(guò)一個(gè)嵌入的活動(dòng)圖像放大并觀看刻痕位置來(lái)微調(diào)刻痕位置。此外，在一個(gè)這樣構(gòu)成的系統(tǒng)中，屏幕顯示區(qū)域只作為一個(gè)所需的窗口被保留。即，不需要分別顯示數(shù)據(jù)的一個(gè)不同層的多個(gè)窗口，因?yàn)閷?duì)于根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的刻痕硬度測(cè)試系統(tǒng)，部件的合成圖像可以被顯示在一個(gè)窗口中。然而應(yīng)該理解，如果需要的話，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的刻痕測(cè)試系統(tǒng)也可以采用多個(gè)窗口，每個(gè)窗口分別顯示一個(gè)合成圖像并可單獨(dú)調(diào)整尺寸、縮放和平移。按照一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明可以省去常規(guī)的“T”形桿，或者代之以一個(gè)改進(jìn)的類(lèi)似“T”形桿，其頂部是伸長(zhǎng)的，并且能夠很容易地與部件對(duì)準(zhǔn)，其底部由所建議的刻痕位置構(gòu)成。然而，應(yīng)該理解的是，也可以根據(jù)應(yīng)用而采用不同于“T”形的形狀，例如線段和已知半徑的圓。
圖8A示出了在跟蹤、即捕捉到齒輪102的邊緣802的圖像之后，齒輪102的合成圖像的顯示畫(huà)面800。如圖所示，該顯示畫(huà)面800包括一個(gè)嵌入的活動(dòng)圖像804，其中齒輪102尚未被捕捉到的部分用背景圖案806來(lái)標(biāo)記。圖8B示出一個(gè)顯示畫(huà)面，它描繪了齒102A的一個(gè)放大的視圖，該視圖包括嵌入的活動(dòng)圖像804和一個(gè)“T”形的形狀811，根據(jù)本發(fā)明該形狀便于刻痕位置的設(shè)置。圖8C示出一個(gè)顯示畫(huà)面920，它是顯示畫(huà)面810中所示的齒102A的合成圖像的進(jìn)一步放大的視圖，該顯示畫(huà)面還包括活動(dòng)視圖804和用于定位刻痕位置的“T”形形狀811的腿。圖8D-8F分別示出了顯示畫(huà)面830、840和850，它們描繪了“T”形與齒102A的對(duì)準(zhǔn)，以便于刻痕位置的設(shè)置。圖8G示出了顯示畫(huà)面860，它描繪了疊加在合成圖像上的所建議的刻痕位置813和一個(gè)當(dāng)前的活動(dòng)圖像804A。本發(fā)明的各實(shí)施例有利地允許對(duì)刻痕位置813進(jìn)行控制。亦即，利用一個(gè)適當(dāng)?shù)妮斎朐O(shè)備，即鼠標(biāo)、鍵盤(pán)等，可以對(duì)刻痕位置813進(jìn)行增加或去除、移動(dòng)到一個(gè)新的位置、和/或作為一個(gè)整體旋轉(zhuǎn)/平移。
因此，在此已經(jīng)描述了許多方法，它們有利地使刻痕硬度測(cè)試系統(tǒng)的操作人員能夠很容易地將刻痕位置定位在待進(jìn)行硬度測(cè)試的部件中。
以上的描述只考慮了那些優(yōu)選的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員和實(shí)施或使用本發(fā)明的那些人將會(huì)想到本發(fā)明的改進(jìn)。因此可以理解，附圖中所示的和以上描述的實(shí)施例僅僅是用于說(shuō)明的目的，而不是要限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍通過(guò)隨后的權(quán)利要求書(shū)來(lái)限定，如按照專(zhuān)利法的原則進(jìn)行解釋的那樣，包括等效原則。
權(quán)利要求
1.一種刻痕硬度測(cè)試系統(tǒng)，包括包括一附帶的可移動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的框架，其中所述轉(zhuǎn)臺(tái)包括一個(gè)構(gòu)成顯微鏡的一部分的第一物鏡和一個(gè)刻壓機(jī)；可移動(dòng)的工作臺(tái)，用于接納一個(gè)連接于框架的部件；照相機(jī)，用于通過(guò)顯微鏡捕捉部件的圖像；顯示器，處理器，它電連接于轉(zhuǎn)臺(tái)的至少一部分、可移動(dòng)工作臺(tái)、照相機(jī)和顯示器；以及連接于處理器的存儲(chǔ)子系統(tǒng)，該存儲(chǔ)子系統(tǒng)存儲(chǔ)在執(zhí)行時(shí)指示處理器執(zhí)行以下步驟的代碼-捕捉并存儲(chǔ)部件的一系列實(shí)時(shí)圖像，其中所述實(shí)時(shí)圖像由照相機(jī)提供；-存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)圖像相關(guān)的工作臺(tái)坐標(biāo)；其中所述工作臺(tái)坐標(biāo)由工作臺(tái)提供；以及-顯示部件的合成圖像，其中所述合成圖像包括根據(jù)相關(guān)的工作臺(tái)坐標(biāo)合成的一系列實(shí)時(shí)圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的一系列實(shí)時(shí)圖像以低于所捕捉到的圖像的分辨率來(lái)存儲(chǔ)。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述代碼指示處理器執(zhí)行下列附加的步驟對(duì)于尚未捕捉到的部件部分，在合成圖像中顯示一個(gè)背景圖案。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述代碼指示處理器執(zhí)行下列附加的步驟在顯示部件的合成圖像之前，當(dāng)其中至少一個(gè)實(shí)時(shí)圖像通過(guò)一個(gè)與第一物鏡焦距不同的第二物鏡被捕捉到時(shí)，對(duì)所述的一系列實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述代碼指示處理器執(zhí)行下列附加的步驟在合成圖像中顯示部件的輪廓。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中在合成圖像中顯示部件輪廓的步驟包括以下的步驟檢驗(yàn)部件的圖像流中的一個(gè)幀，以定位部件的邊緣；以及沿著平行于部件邊緣的方向移動(dòng)該部件，使邊緣保持在下一幀的視場(chǎng)中，直至部件的輪廓完整。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述代碼指示處理器執(zhí)行下列附加的步驟將部件的一個(gè)當(dāng)前的位置圖像疊加在合成圖像中；以及指示當(dāng)前的位置圖像的一個(gè)位置。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述代碼指示處理器執(zhí)行下列附加的步驟將一個(gè)刻痕位置圖像疊加在合成圖像中；以及通過(guò)一個(gè)刻痕輪廓來(lái)顯示一個(gè)所建議的刻痕位置，它代表了基于一個(gè)所期望的刻壓機(jī)、一個(gè)所期望的刻壓機(jī)定向、一個(gè)所期望的刻壓機(jī)負(fù)載和一個(gè)所期望的部件硬度的幾何形狀和尺寸。
9.一種刻痕硬度測(cè)試系統(tǒng)，包括包括一附帶的可移動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的框架，其中該轉(zhuǎn)臺(tái)包括一個(gè)構(gòu)成顯微鏡的一部分的第一物鏡和一個(gè)刻壓機(jī)；可移動(dòng)的工作臺(tái)，用于接納一個(gè)連接于框架的部件；照相機(jī)，用于通過(guò)顯微鏡捕捉部件的圖像；顯示器；處理器，它電連接于轉(zhuǎn)臺(tái)的至少一部分、可移動(dòng)工作臺(tái)、照相機(jī)和顯示器；以及一個(gè)連接于處理器的存儲(chǔ)子系統(tǒng)，該存儲(chǔ)子系統(tǒng)存儲(chǔ)在執(zhí)行時(shí)指示處理器執(zhí)行以下步驟的代碼-捕捉并存儲(chǔ)部件的一系列實(shí)時(shí)圖像，其中所述實(shí)時(shí)圖像由照相機(jī)提供；-存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)圖像相關(guān)的工作臺(tái)坐標(biāo)；其中所述工作臺(tái)坐標(biāo)由工作臺(tái)提供；以及-顯示部件的合成圖像，其中所述合成圖像包括按照相關(guān)的工作臺(tái)坐標(biāo)合成的一系列實(shí)時(shí)圖像，并且其中所述合成圖像包括一個(gè)對(duì)于尚未被捕捉到的部件部分的一個(gè)背景圖案。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述一系列實(shí)時(shí)圖像以低于所捕捉到的圖像的分辨率來(lái)存儲(chǔ)。
11.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述代碼指示處理器執(zhí)行下列附加的步驟在顯示部件的合成圖像之前，當(dāng)其中至少一個(gè)實(shí)時(shí)圖像通過(guò)一個(gè)與第一物鏡焦距不同的第二物鏡被捕捉到時(shí)，對(duì)所述一系列實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。
12.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述代碼指示處理器執(zhí)行下列附加的步驟在合成圖像中顯示部件的輪廓。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中在合成圖像中顯示部件的輪廓的步驟包括以下的步驟檢驗(yàn)部件的圖像流中的一個(gè)幀，以定位部件的邊緣；以及沿著平行于部件邊緣的方向移動(dòng)該部件，使邊緣保持在下一幀的視場(chǎng)中，直至部件的輪廓完整。
14.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述代碼指示處理器執(zhí)行下列附加的步驟將部件的一個(gè)當(dāng)前的位置圖像疊加在合成圖像中；以及指示當(dāng)前的位置圖像的一個(gè)位置。
15.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述代碼指示處理器執(zhí)行下列附加的步驟將一個(gè)刻痕位置圖疊加在合成圖像上；以及通過(guò)一個(gè)刻痕輪廓來(lái)顯示一個(gè)所建議的刻痕位置，它代表了基于一個(gè)所期望的刻壓機(jī)、一個(gè)所期望的刻壓機(jī)定向、一個(gè)所期望的刻壓機(jī)負(fù)載和一個(gè)所期望的部件硬度的幾何形狀和尺寸。
16.一種刻痕硬度測(cè)試系統(tǒng)，包括包括一附帶的可移動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的框架，其中該轉(zhuǎn)臺(tái)包括一個(gè)構(gòu)成顯微鏡的一部分的第一物鏡和一個(gè)刻壓機(jī)；可移動(dòng)的工作臺(tái)，用于接納一個(gè)連接于框架的部件；照相機(jī)，用于通過(guò)顯微鏡捕捉部件的圖像；顯示器；處理器，它電連接于轉(zhuǎn)臺(tái)、可移動(dòng)工作臺(tái)的至少一部分、照相機(jī)和顯示器；以及連接于處理器的存儲(chǔ)子系統(tǒng)，該存儲(chǔ)子系統(tǒng)存儲(chǔ)在執(zhí)行時(shí)指示處理器執(zhí)行以下步驟的代碼-捕捉并存儲(chǔ)部件的一系列實(shí)時(shí)圖像，其中所述實(shí)時(shí)圖像由照相機(jī)提供；-存儲(chǔ)對(duì)于實(shí)時(shí)圖像相關(guān)的工作臺(tái)坐標(biāo)，其中所述工作臺(tái)坐標(biāo)由工作臺(tái)提供；以及-顯示部件的合成圖像，其中所述合成圖像包括按照相關(guān)的工作臺(tái)坐標(biāo)合成的一系列實(shí)時(shí)圖像，并且其中所述合成圖像包括一個(gè)對(duì)于尚未被捕捉到的部件部分的一個(gè)背景圖案；-將部件的一個(gè)當(dāng)前的位置圖像疊加在合成圖像中；以及-指示當(dāng)前的位置圖像的一個(gè)位置。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述一系列實(shí)時(shí)圖像以低于所捕捉到的圖像的分辨率來(lái)存儲(chǔ)。
18.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述代碼指示處理器執(zhí)行下列附加的步驟在顯示部件的合成圖像之前，當(dāng)其中至少一個(gè)實(shí)時(shí)圖像通過(guò)一個(gè)與第一物鏡焦距同于的第二物鏡被捕捉到時(shí)，對(duì)所述一系列實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。
19.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述代碼指示處理器執(zhí)行下列附加的步驟顯示在合成圖像中部件的輪廓。
20.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中在合成圖像中顯示部件的輪廓的步驟包括以下的步驟檢驗(yàn)部件的圖像流中的一個(gè)幀，以定位部件的邊緣；以及沿著平行于部件邊緣的方向移動(dòng)該部件，使邊緣保持在下一幀的視場(chǎng)中，直至部件的輪廓完整。
21.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述代碼指示處理器執(zhí)行下列附加的步驟將一個(gè)刻痕位置圖疊加在合成圖像上；以及通過(guò)一個(gè)刻痕輪廓顯示一個(gè)所建議的刻痕位置，它代表了基于一個(gè)所期望的刻壓機(jī)、一個(gè)所期望的刻壓機(jī)定向、一個(gè)所期望的刻壓機(jī)負(fù)載和一個(gè)所期望的部件硬度的幾何形狀和尺寸。
22.用于提供部件的合成圖像的方法，包括以下的步驟-捕捉并存儲(chǔ)部件的一系列實(shí)時(shí)圖像，其中所述實(shí)時(shí)圖像由照相機(jī)提供；-存儲(chǔ)對(duì)于實(shí)時(shí)圖像相關(guān)的工作臺(tái)坐標(biāo)，其中所述工作臺(tái)坐標(biāo)由工作臺(tái)提供，并且其中該部件連接于工作臺(tái)；以及-顯示部件的合成圖像，其中合成圖像包括按照相關(guān)的工作臺(tái)坐標(biāo)合成的一系列實(shí)時(shí)圖像；-將部件的一個(gè)當(dāng)前的位置圖像疊加在合成圖像中；以及-指示當(dāng)前的位置圖像的一個(gè)位置。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，還包括以下步驟在合成圖像上顯示多個(gè)可控制的刻痕位置。
全文摘要
一種刻痕硬度測(cè)試系統(tǒng)，包括具有一可移動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的框架、用于接納部件的可移動(dòng)工作臺(tái)、照相機(jī)、顯示器、處理器和存儲(chǔ)子系統(tǒng)。轉(zhuǎn)臺(tái)包括一個(gè)顯微鏡的物鏡和一個(gè)刻壓機(jī)，并且可移動(dòng)的工作臺(tái)被配置為用于接納待測(cè)試部件。照相機(jī)通過(guò)顯微鏡捕捉部件的圖像，該圖像然后能夠在顯示器上顯示出來(lái)。處理器連接于轉(zhuǎn)臺(tái)、可移動(dòng)的工作臺(tái)、照相機(jī)和顯示器以及存儲(chǔ)子系統(tǒng)。存儲(chǔ)子系統(tǒng)存儲(chǔ)了可執(zhí)行的代碼，它指示處理器使用照相機(jī)捕捉并存儲(chǔ)部件的一系列實(shí)時(shí)圖像，存儲(chǔ)由工作臺(tái)提供的關(guān)于圖像的相關(guān)工作臺(tái)坐標(biāo)，并顯示一個(gè)合成圖像，該圖像包括按照相關(guān)工作臺(tái)坐標(biāo)合成的部件的一系列實(shí)時(shí)圖像。
文檔編號(hào)G06K9/00GK1705957SQ200380101628
公開(kāi)日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2003年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月18日
發(fā)明者邁克爾·豪克, 戴維·A·巴福特 申請(qǐng)人:萊克公司