专利名称：球压实验压痕尺寸测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量装置，尤其是涉及一种用于电气安全标准中考核热塑材料耐热特性的球压实验压痕尺寸测量装置。
背景技术：
球压试验是最常规的电工电子产品安全检测项目之一，测量结果的准确与否直接 影响产品的合格性。标准IEC60695-10-2 :2003要求，压痕横跨最大尺寸d不超过2. Omm则 表示产品耐热指标合格。但是标准中并没有就如何判定压痕直径明确给出一个简单而又具 体的操作方法。虽然有文献提及可以用投影、切割等方法来判定，但是在实际操作中都存在 一定的困难。通常，产品安全标准中允许的压痕直径必须小于2mm。对于如此小的样品尺 寸，普通的切割很难在不破坏样品的情况下清晰地得到压痕的剖面。而采用投影或者三维 数字显微镜等方法，又存在步骤繁琐、测量的精度低、操作不方便、测量的自动化程度低、结 果及检测报表无法自动生成等问题。鉴于此，国内很多科研院所和企业在球压实验结果的 测量上都进行了探索。但是长期以来，这一问题总是未能很好解决，其结果的准确性和客观 性一直是困扰质检人员的最大问题，不同测量者或者同一测量者在不同时期都会得出不同 结果，甚至相反的结果，尤其是处于临界状态的压痕，更是难以判断，严重影响质检部门的 声誉。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种能够精确测量、自动测量、客观(整个测量过程 无人为的干预)给出结论的自动化程度较高的球压实验压痕尺寸测量装置。本实用新型设有照明装置、光学信息变换系统2CXD摄像机、图像采集卡、自动调 焦载物台和计算机。照明装置设于光学信息变换系统上方，照明装置射出的光线通过光学信息变换系 统直接照射在压痕样品上，照明装置的光轴与光学信息变换系统的光轴重合；压痕样品放 在自动调焦载物台上，CCD摄像机的数据输出端接图像采集卡的输入接口 ；所述光学信息 变换系统设有第1透镜、第2透镜、第3透镜、高通滤波片及半透半反镜，第1透镜和第2透 镜同光轴，高通滤波片设于第1透镜与第2透镜之间，半透半反镜设于高通滤波片与第2透 镜之间，第3透镜与CCD摄像机同光轴，第3透镜的光轴与第1透镜的光轴垂直。所述照明装置可采用平行光光源，以便使物体得到均勻的照明，其光源的强度可 以调节。所述图像采集卡可采用32位的PCI总线接口，图像采集卡可直接插到计算机主板 的扩展槽中，以实现图像采集卡与计算机的通讯与数据传输。计算机的输出接口可设有打印机。光学信息变换系统用于将从压痕反射回来的光场分解成不同方向传播的平面波， 在透镜的像方焦平面上可以得到入射光场的夫琅和费衍射图样。该图样的物理意义是不同方向入射的平面光波在像方焦平面上聚焦为不同的点，焦平面上距离光轴最远的点所对应 的平面波的方向即为从压痕边缘处反射的与光轴夹角最大的光波场方向，而其它位置反射 的光线与光轴的夹角均小于边缘处反射光线与光轴夹角。对于前面处理好的压痕，通过自动识别焦面(物面)位置，直接用视觉检测和图像 处理技术来实现测量。照明系统发出的平行光线垂直向下照射在压痕上，光 线反射，通过 光学信息变换系统，聚焦至CCD摄像机，将光信号转换为电信号，再经图像采集卡转换为数 字信号传给计算机，然后由软件对所采集到的图像进行预处理、边缘检测、轮廓提取、并计 算出物体的尺寸及圆度，结果将以直方图，检验报表的形式显示在屏幕上，并在打印机上输 出，所有测试结果可储存于计算机硬盘或软盘中，便于调用和管理。由此可见，本实用新型可获得以下有益效果1)精度高，现在工程中常用的方法有工具显微镜法，游标卡尺法，投影法，切割法 等，这些方法的精度都比较低，本实用新型的精度可达士 10微米。2)客观给出结论，整个测量过程无人为的干预，检测结果不会因为检测人员的经 验和熟练度及环境的改变而改变。3)自动化程度高，整个测量过程都是在软件控制下进行的，可以针对压痕的形状 自动判别是否载荷偏、压痕边缘部分是有凸起还是光滑过渡逐渐远离球面；针对不同的 情况，可以自动进行测量，得到测量结果，并根据结果生成检验报表；3)非接触，通过光学信息变换系统由CCD进行拍摄，用软件对拍摄的图片进行处 理，所以真个过程都是非接触的。4)自动生成检验报表。
图1为本实用新型实施例的结构组成示意图。图2为本实用新型实施例的光学信息变换系统的原理图。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。如图1和2所示，本实用新型实施例设有照明装置1、光学信息变换系统2、(XD摄 像机3、图像采集卡4、自动调焦载物台5、计算机6和打印机7。照明装置1设于光学信息变换系统2上方，照明装置1射出的光线通过光学信息 变换系统2直接照射在压痕样品上，照明装置1的光轴与光学信息变换系统2的光轴重合； 压痕样品放在自动调焦载物台5上，CCD摄像机3的数据输出端接图像采集卡4的输入接 口 ；所述光学信息变换系统设有第1透镜、第2透镜、第3透镜、高通滤波片F及半透半反镜 PBS,第1透镜和第2透镜同光轴，高通滤波片F设于第1透镜与第2透镜之间，半透半反镜 PBS设于高通滤波片F与第2透镜之间，第3透镜与CXD摄像机同光轴，第3透镜的光轴与 第1透镜的光轴垂直。所述照明装置1可采用平行光光源，以便使物体得到均勻的照明，其光源的强度 可以调节。所述图像采集卡4可采用32位的PCI总线接口，图像采集卡4可直接插到计算机6主板的扩展槽中，以实现图像采集卡与计算机的通讯与数据传输。以下给出本实用新型的测量原理，照明装置1发出的平行光线垂直向下照射在压 痕上，光线反射，通过光学信息变换系统2，聚焦至CXD摄像机3上，CXD摄像机3将光信号 转换为电信号，再经图像采集卡4转换为数字信号传给计算机6，然后由软件对所采集到的 图像进行处理，结果将以直方图，检验报表的形式显示在屏幕上，并在打印机7上输出，所 有测试结果可储存于计算机6硬盘或软盘中，便于调用和管理。其中自动调焦载物台5可 以在水平方向和竖直方向移动，从而实现自动对焦。其中图像采集装置的光学信息变换系统如图2中的虚线框内所示，光学信息变换 系统由第1透镜、第2透镜、第3透镜、高通滤波片F及半透半反镜PBS组成，该系统将从压 痕反射回来的光场分解成不同方向传播的平面波，在透镜的像方焦平面上可以得到入射光 场的夫琅和费衍射图样。该图样的物理意义是不同方向入射的平面光波在像方焦平面上聚 焦为不同的点，焦平面上距离光轴最远的点所对应的平面波的方向即为从压痕边缘处反射 的与光轴夹角最大的光波场方向。而其它位置反射的光线与光轴的夹角均小于边缘处反射 光线与光轴夹角。为精确测量压痕直径，在第1透镜与半透半反镜PBS之间设有高通滤波 片F。软件流程是由软件对所采集到的图像进行图像增强、剔除暗区、阈值化、边缘检 测、轮廓提取、圆拟合等步骤，计算出压痕的尺寸及圆度。整个测量过程都是在软件的控制下进行的。实施例的具体步骤为系统运行开始， 从盘里读入原始图像到软件，用图像增强函数将有用信息突出，再将整个区域里与目标区 域无关的部分区域剔除掉，通过最优阈值化函数对图像进行阈值操作，接着对阈值化后的 图像进行边缘优化并去噪，除去那些对结果计算有影响的噪声，最后应用canny边缘检测 算子对图像进行边缘检测并记录数据，将记录的数据用最小二乘法来拟合，测量拟合出的 圆直径并将其通过检验报表的形式在屏幕上显示或者打印输出。本实用新型的关键是在测量压痕直径时，通过基于CXD摄像机的图像采集系统 对压痕进行拍摄，将光信号转换为电信号，再经图像采集卡转换为数字信号传给计算机，然 后由软件对所采集到的图像进行处理并输出结果。
权利要求球压实验压痕尺寸测量装置，其特征在于设有照明装置、光学信息变换系统2CCD摄像机、图像采集卡、自动调焦载物台和计算机；照明装置设于光学信息变换系统上方，照明装置射出的光线通过光学信息变换系统直接照射在压痕样品上，照明装置的光轴与光学信息变换系统的光轴重合；压痕样品放在自动调焦载物台上，CCD摄像机的数据输出端接图像采集卡的输入接口；所述光学信息变换系统设有第1透镜、第2透镜、第3透镜、高通滤波片及半透半反镜，第1透镜和第2透镜同光轴，高通滤波片设于第1透镜与第2透镜之间，半透半反镜设于高通滤波片与第2透镜之间，第3透镜与CCD摄像机同光轴，第3透镜的光轴与第1透镜的光轴垂直。
2.如权利要求1所述的球压实验压痕尺寸测量装置，其特征在于所述照明装置为平行 光光源。
3.如权利要求1所述的球压实验压痕尺寸测量装置，其特征在于所述图像采集卡为32 位的PCI总线接口。
4.如权利要求1所述的球压实验压痕尺寸测量装置，其特征在于所述图像采集卡直接 插到计算机主板的扩展槽中。
5.如权利要求1所述的球压实验压痕尺寸测量装置，其特征在于计算机的输出接口设 有打印机。
专利摘要球压实验压痕尺寸测量装置，涉及一种测量装置。提供一种能够精确测量、自动测量、客观给出结论的自动化程度较高的球压实验压痕尺寸测量装置。设有照明装置、光学信息变换系统2CCD摄像机、图像采集卡、自动调焦载物台和计算机；照明装置设于光学信息变换系统上方，光线通过光学信息变换系统直接照射在压痕样品上，照明装置与光学信息变换系统的光轴重合；CCD摄像机的数据输出端接图像采集卡的输入接口；所述光学信息变换系统设有3个透镜、高通滤波片及半透半反镜，第1和第2透镜同光轴，滤波片设于第1与第2透镜之间，半透半反镜设于滤波片与第2透镜之间，第3透镜与CCD摄像机同光轴，第3透镜的光轴与第1透镜的光轴垂直。
文档编号G01N3/06GK201773041SQ20102052501
公开日2011年3月23日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者张建寰, 苏君平 申请人:厦门大学