一种滤膜厚度的检测方法及其检测装置与流程

本发明属于滤膜厚度检测技术领域，特别是涉及到颗粒物采集滤膜厚度的检测装置及其检测方法。

背景技术：

滤膜的主要作用是截留气溶胶或者溶液中的颗粒物，起到物质分离的作用。颗粒物的截留与透过会受滤膜厚度的直接影响，但目前在滤膜材质、工艺水平和制备能力的影响下，种类和厂家繁多的滤膜之间存在较大差异，而且我国至今还没有一套完整的滤膜性能评价技术规范，目前测量滤膜厚度常用的方法有螺旋测微器、扫描电子显微镜、光度法。螺旋测微器的优点是可以直接测量和读数并且价格较低，但是误差较大。运用扫描电子显微镜测量精度高，但要破坏滤膜的完整性并且仪器价格昂贵。对于光度法至今没有一种能够表征数据之间的关系。在此基础上通过收集大量的基础数据，结合以前的研究成果，设计研发此装置。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种滤膜厚度的检测方法及其检测装置，利用光电检测原理，可以精确检测滤膜的厚度，方便检测人员进行质量管理和控制，进一步提高滤膜产品质量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种滤膜厚度的检测方法,包括:

(1)采用红、绿、蓝三基色光分别作为测试光源；

(2)在三基色其中之一的测试光源下，得到该测试光源的无滤膜的初始曝光图像，并计算得到图像的灰度值；

(3)使用厚度已知的标准采集滤膜，在该测试光源下，得到透过滤膜的光源曝光图像，并计算得到图像的灰度值；

(4)根据两幅图像灰度值的比值可以得到所述标准采集滤膜的透光率；

(5)选用若干厚度不同的标准采集滤膜，重复步骤(3)和(4)，得到各标准采集滤膜的透光率，进一步得到在该测试光源下所述标准采集滤膜厚度与透光率之间的关系；

(6)分别采用三基色测试光源的另外两色，重复步骤(2)-(5)，得到各测试光源下所述标准采集滤膜厚度与透光率之间的关系；

(7)选择效果最佳的测试光源作为检测光源，对未知厚度的滤膜进行检测，得到透过该滤膜的光源曝光图像，并计算得到图像的灰度值，从而得到该滤膜的透光率，根据该光源下标准采集滤膜厚度与透光率之间的关系，得到该滤膜厚度。

进一步的，步骤(1)所述测试光源的获得方法为：通过可调稳压电源和LED控制器调节发光二极管的色彩分别显示红、绿、蓝三种颜色。

进一步的，步骤(2)的具体实现方法为：使测试光源与CCD图像传感器完全接触，CCD图像传感器进行曝光处理，得到该测试光源的无滤膜的初始曝光图像，并将图像信息输送至计算机，通过计算机LabVIEW软件对获得的图像进行灰度处理，得到图像的灰度值。

进一步的，步骤(3)和步骤(7)中得到图像灰度值的具体实现方法为：使测试光源与CCD图像传感器夹紧所述标准采集滤膜，CCD图像传感器对滤膜表面进行曝光处理，得到透过所述滤膜的初始曝光图像，并将图像信息输送至计算机，通过计算机LabVIEW软件对获得的图像进行灰度处理，得到图像的灰度值。

进一步的，步骤(5)的具体方法为：选取一定数量的滤膜,采用螺旋测微器和扫描电镜两种方法分别对滤膜厚度进行测量,得到滤膜的厚度范围；保持当前测试光源的入射光强一定,测定光源下不同滤膜厚度对应的透光率，以滤膜厚度与滤膜透光率为横纵坐标拟合得到所述标准采集滤膜厚度与透光率之间的关系式。

进一步的，步骤(7)所述效果最佳的测试光源的选择方法为：根据步骤(5)所得到的各测试光源下的标准采集滤膜厚度与透光率之间的关系，在滤膜厚度范围一定时，选择透光率跨度越大的测试光源，测量精度较高；即在滤膜厚度范围内,滤膜厚度与透光率拟合曲线斜率变化越大，测量精度较高。

本发明的另一方面，一种滤膜厚度的检测装置，包括光源控制系统、滤膜厚度检测系统和数据采集系统；

所述光源控制系统包括可调稳压电源和LED控制器，用于调节控制光源装置产生红、绿、蓝三基色光分别作为测试光源；

所述滤膜厚度检测系统设置在避光室内，用于在测试光源下得到该测试光源的无滤膜的初始曝光图像、透过标准采集滤膜的光源曝光图像、待测未知厚度滤膜的光源曝光图像；包括光源装置、CCD图像传感器、滤膜固定支架、步进移动装置，所述滤膜固定支架设置在避光室顶部，位于光源装置和CCD图像传感器之间；所述光源装置连接所述光源控制系统；所述光源装置和CCD图像传感器都设置于步进移动装置上，通过步进移动装置调节位置；

所述数据采集系统包括图像采集卡和计算机，CCD图像传感器和步进移动装置分别通过数据线与图像采集卡相连，图像采集卡与计算机相连。

进一步的，所述滤膜固定支架通过水平支架设置在避光室顶部，所述滤膜固定支架可沿水平支架垂直旋转。

进一步的，所述步进移动装置包括步进电机a、步进电机b、步进电机导轨、步进电机驱动器、步进电机控制器，所述步进电机导轨两端固定在避光室箱体上，步进电机a和步进电机b分别在步进电机导轨滑动配合并进行水平左右移动，步进电机a和步进电机b分别通过导线与步进电机驱动器连接，步进电机驱动器与步进电机控制器连接；所述光源装置通过光源固定支架设置在步进电机a上，所述CCD图像传感器通过CCD图像传感器支架固定在步进电机b上；所述步进电机控制器通过RS232接口与图像采集卡连接。

更进一步的，所述光源固定支架和CCD图像传感器支架上都设有微位移调节装置，所述微位移调节装置调节光源装置与CCD图像传感器在水平方向的位置并确保光源装置与CCD图像传感器在同一水平方向上同心同轴。

相对于现有技术，本发明所述的一种滤膜厚度的检测方法及其检测装置，主要有以下优势：该检测方法和装置利用光电检测原理，可以方便精确检测出滤膜厚度，方便质检人员进行质量管理和控制，进一步提高滤膜产品质量。

附图说明

图1是本发明实施例的检测装置结构示意图；

图2是本发明实施例的滤膜厚度与透光率关系图。

其中：

1.可调稳压电源；2.LED控制器；3.LED控制器数据输出接口；

4.LED信号线；5.水平支架；6.光源装置；

7.手拧螺丝；8.滤膜固定支架；9.CCD图像传感器；

10.数据线；11.图像采集卡接口Ⅰ；12.计算机；

13.图像采集卡；14.图像采集卡接口Ⅱ；15.RS232连接线；

16.避光室接口Ⅱ；17.步进电机b；18.RS232接口；

19.微位移调节装置；20.光源固定支架；21.CCD图像传感器支架；

22.步进电机驱动器；23.步进电机控制器；24.步进电机a；

25.步进电机导轨；26.避光室；27.避光室接口Ⅰ；

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合实施例以及附图来详细说明本发明。

如图1所示，本发明提出了一种滤膜厚度的检测装置，包括光源控制系统、滤膜厚度检测系统和数据采集系统。

光源控制系统由可调稳压电源1和LED控制器2组成，发光二极管的色彩利用LED控制器2调节。

滤膜厚度检测系统由光源装置6、光源固定支架20、微位移调节装置19、CCD图像传感器9、CCD图像传感器支架21、滤膜固定支架8、水平支架5、步进电机a24、步进电机b17、步进电机导轨25、步进电机驱动器22、步进电机控制器23组成，并且全部设置于避光室26内。

避光室26设有避光室接口Ⅰ27和避光室接口Ⅱ16，所述避光室接口Ⅱ16通过LED信号线4把LED控制器数据输出接口3和光源装置4连接起来，避光室接口Ⅰ27连接RS232连接线15。

光源装置由共阴四角5mm三色发光二极管、反光套筒和组成，反光套筒采用厚度为0.4mm的反光片做成，直径6mm，长度为10mm。滤膜固定支架8由两块尺寸为20mm×20mm×2mm的不锈钢板组成，中心开有直径为7mm的孔，滤膜被两块不锈钢板夹紧固定。滤膜固定支架8上焊接有直径10mm的不锈钢管，壁厚0.5mm，长度为15mm，不锈钢管上方开孔，孔直径为2mm。水平支架5由直径为9mm的实心不锈钢圆棒组成，长度为400mm，中间与不锈钢管对应地方开孔，直径为2mm，水平支架两端通过侧装法兰水平固定在避光室箱体上。整个滤膜固定支架8可以沿着实心不锈钢圆棒垂直旋转，并可通过开孔中的手拧螺丝7进行固定，为了防止滤膜固定支架8水平运动，在不锈钢管端部实心不锈钢圆棒上安装两个定位螺丝。光源固定支架20、CCD图像传感器支架21分别与步进电机a24和步进电机b17连接，步进电机导轨25两端通过侧装法兰水平固定在避光室箱体上，步进电机a24和步进电机b17分别在步进电机导轨25滑动配合并进行水平左右移动，步进电机a24和步进电机b17分别通过导线与步进电机驱动器22连接，步进电机驱动器22与步进电机控制器23连接，步进电机控制器23通过RS232接口18与图像采集卡13连接。微位移调节装置19分别固定在光源固定支架20和CCD图像传感器支架21上，微位移调节装置19调节光源6与CCD图像传感器9在水平方向的位置并确保光源6与CCD图像传感器9在同一水平方向上同心同轴。

数据采集系统包括图像采集卡13和计算机12，CCD图像传感器9输出的信号和滤膜厚度检测系统的RS232接口18分别通过数据线10与数据采集系统的图像采集卡端口11和14相连，图像采集卡13与计算机12相连，计算机12设有LabVIEW控制软件，利用LabVIEW控制软件完成图像信息的采集、处理和存储，以及对步进电机a24和步进电机b17的控制。

本发明的检测方法，步骤如下：

1)通过手动调节LED控制器2调节发光二极管的色彩分别显示红、绿、蓝三种颜色；

2)当二极管的色彩为红色时，手动调节微位移调节装置19使光源装置6与CCD图像传感器9在同一水平方向上同心同轴；

3)利用计算机LabVIEW软件驱动步进电机精确步进移动，步进电机a24沿步进电机导轨25在水平方向向左移动至左端初始位置，步进电机b17沿步进电机导轨25在水平方向向右移动至右端初始位置，步进电机a24水平方向的移动范围为-50～0mm，步进电机b17水平方向的移动范围为0～50mm，移动步长均为0.3～5μm。

首先测量滤膜固定支架8未夹持滤膜的情况，开始步进电机a24沿步进电机导轨25在水平方向向右移动，步进电机b17沿步进电机导轨25在水平方向向左移动，直至光源装置6与CCD图像传感器9恰好完全接触，此时CCD图像传感器9进行曝光处理并将图像信息通过数据线输出至采集系统的图像采集卡13，图像采集卡13与计算机12相连，计算机12设有LabVIEW控制软件，利用LabVIEW控制软件完成图像信息的采集、处理和存储。之后步进电机a24沿步进电机导轨25在水平方向向左移动，步进电机b17沿步进电机导轨25在水平方向向右移动，将厚度已知的滤膜夹持在滤膜固定支架8上，再利用计算机12的LabVIEW软件驱动步进电机精确步进移动，步进电机a24沿步进电机导轨25在水平方向向右移动，步进电机b17沿步进电机导轨25在水平方向向左移动，直至光源装置6与CCD图像传感器9恰好夹紧采集滤膜，此时CCD图像传感器9对整个滤膜表面进行再次曝光处理并将图像信息通过数据线输出至采集系统的图像采集卡13，图像采集卡13与计算机12相连，计算机12设有LabVIEW控制软件，利用LabVIEW控制软件完成图像信息的采集、处理和存储。通过计算机LabVIEW软件对获得的图像进行灰度处理，得到图像的灰度值，进一步分析可以得到滤膜厚度与透光率的关系。

4)重新调节发光二极管的色彩重复3)中的步骤。

5)利用计算机LabVIEW软件处理采集到的图像信息，选择效果最佳的发光二极管的色彩，计算出滤膜厚度与透光率之间的关系，之后可以依此关系判断其它未知滤膜的厚度。

依照上述方法，首先选取某公司生产的特氟龙滤膜80张进行电镜扫描，扫描结果显示Teflon滤膜厚度范围为22.19～33.00μm，通过对滤膜厚度范围在22.19～33.00μm的Teflon滤膜透光率测试，结果显示滤膜透光率与滤膜厚度存在较好的非线性关系，如图2所示，拟合公式为：y＝-0.0188x²+0.1426x+99.983，R²＝0.9974。98％的Teflon滤膜厚度范围在27.5±2.5μm之间，透光率范围在89.52±2.34％之间，当厚度或者透光率低于或超过这个范围则认定该滤膜的厚度不均匀。

将以上的筛选条件通过LabVIEW编程得到，将一未知厚度的Teflon滤膜利用滤膜厚度检测装置进行检测，检测结果显示，整个滤膜透光率范围在88.16～91.07％之间。判定该滤膜厚度均匀性在允许范围内。对应透光率为88.16％出的厚度为29.15μm，其他各个点位的厚度都可以根据透光率大小得出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。