CN102169070A - 热塑材料耐热性自动测量系统 - Google Patents

Abstract

热塑材料耐热性自动测量系统，涉及一种热塑材料。提供一种测量精确度和自动化程度较高的热塑材料耐热性自动测量系统。设有光源、光学信息变换装置、CCD摄像机、图像采集卡、样品台、输入设备、计算机和输出设备；光源发出的光线直接照射在放置于样品台上的压痕样品上，压痕样品的反射光线通过光学信息变换装置聚焦至CCD摄像机上，CCD摄像机的数字信号输出端接图像采集卡，图像采集卡与计算机连接，输入设备和输出设备分别与计算机的输入输出端口连接。精度较高，可达到±10μm，测量结果比较客观，自动化程度较高，省时省力。

Description

热塑材料耐热性自动测量系统

技术领域

本发明涉及一种热塑材料，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系统。

背景技术

耐热性检测是最常规的电工电子产品安全检测项目之一，考核热塑材料耐热特性的常用方法是球压实验，实验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，若压痕横跨最大尺寸d不超过2.0mm，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，不仅存在步骤繁琐、操作不便、结果及检测报表无法自动生成等问题，而且测量的精度和测量的自动化程度低。鉴于此，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，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

本发明的目的在于针对现有的热塑材料耐热特性检测所存在的测量结果的准确性和客观性不够等问题，提供一种测量精确度和自动化程度较高的热塑材料耐热性自动测量系统。

本发明设有光源、光学信息变换装置、CCD摄像机、图像采集卡、样品台、输入设备、计算机和输出设备；光源发出的光线直接照射在放置于样品台上的压痕样品上，压痕样品的反射光线通过光学信息变换装置聚焦至CCD摄像机上，CCD摄像机的数字信号输出端接图像采集卡，图像采集卡与计算机连接，输入设备和输出设备分别与计算机的输入输出端口连接。

所述光源可采用平行光光源，可以使物体得到均匀的照明，其光源的强度可以调节。

所述光学信息变换装置可设有2个透镜、高通滤波片、半透半反镜、光源夹紧机构和机体，其中镜头和机体之间是螺纹连接，可以用来对焦，光源通过紧定螺钉固定在光源夹紧机构上，该装置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。

所述样品台可设有步进电机和丝杆传动机构，丝杆传动机构与样品台和步进电机连接。

所述CCD摄像机的数字信号输出端通过图像采集卡的自身接口接图像采集卡。

所述输入设备可采用键盘，所述输出设备可采用打印机或/和显示器。在样品台与计算机之间可设有样品台控制电路，控制电路可通过I/O卡接计算机。

本发明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。光源发出的平行光线垂直向下照射在压痕上，光线反射后，通过光学信息变换装置，聚焦至CCD摄像机，将光信号转换为电信号，再经过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、圆拟合等过程，最后计算出压痕的尺寸及圆度，结果将以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，与现有的方法相比，本发明具有以下突出的优点：

1)现有的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，而本发明的精度较高，可达到±10μm。

2)由于整个测量过程中无人为的干预，检测结果不会因检测人员的经验和熟练度及环境的改变而改变，因此测量结果比较客观。

3)由于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，因此自动化程度较高，省时省力。

4)由于通过光学信息变换装置由CCD进行拍摄，用软件对拍摄的图片进行处理，因此整个过程都是非接触的。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成示意图。

图2为本发明实施例的光学信息变换装置的结构组成示意图。

图3为本发明实施例的计算机控制软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

本发明的核心思想是：在测量压痕直径时，通过基于CCD的光学信息变换装置对压痕进行拍摄，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计算并输出结果。

参见图1，本发明实施例设有光源1、光学信息变换装置2、CCD摄像机3、图像采集卡4、I/O卡5、样品台6、样品台控制电路7、计算机8，打印机9、显示器10和键盘A。光源1置于系统硬件顶端，光源1发出的光线直接照射在放置于样品台6上的压痕样品上，压痕样品的反射光线通过光学信息变换装置2聚焦至CCD摄像机3上，CCD摄像机3通过图像采集卡4自身接口将数据传输给图像采集卡4，图像采集卡4采用32位的PCI总线接口，直接插到计算机8主板的扩展槽中，以实现图像采集卡4与计算机8的通讯和数据传输。所述样品台6可设有步进电机和丝杆传动机构，丝杆传动机构与样品台和步进电机连接，样品台6的推动是由步进电机和丝杆完成的，电机受控于控制电路7，计算机8发送指令到通过PCI插槽上的I/O卡5到样品台控制电路7。本发明选用的CCD摄像机3为Panasonic的WV-BP330摄像机，图像数字化部件是MICROVIEW公司的MVPCI-V3A图像视频采集卡。键盘A与计算机8的输入端口连接，输出设备打印机9和显示器10分别与计算机8的输出端口连接。

所述光源1可采用平行光光源，可以使物体得到均匀的照明，其光源的强度可以调节。

光源1发出的平行光线垂直向下照射在压痕上，光线反射，通过光学信息变换装置2，聚焦至CCD摄像机3上，CCD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8，然后由软件对所采集到的图像进行处理，结果将以检验报表的形式显示在屏幕上，也可以通过打印机9和显示器10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。其中样品台6可以在竖直方向移动，从而实现自动对焦。

本发明的光学信息变换装置如图2所示，设有透镜12、透镜15、高通滤波片18、半透半反镜17、光源夹紧机构19及机体14，其中镜头16和机体14之间是螺纹连接，可以用来对焦，光源1通过紧定螺钉11固定在光源夹紧机构19上，该装置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。在图2中，标记3为CCD摄像机。

软件流程图如图3所示，软件可以对所采集到的图像进行处理，通过图像增强，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。实施例的具体步骤为：系统运行开始，初始化进入主界面，样品形貌图像实时显示在计算机屏幕上，此时可以对图像进行抓拍、采集、存储，若抓拍图像不满意，重新抓拍，若满意，则可直接进行处理，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(预处理剔除暗区)，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去噪，优化边缘，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拟合，测量拟合出圆的直径并计算偏差，最后将结果通过检验报表的形式在屏幕上显示或者打印输出。若还需继续抓拍，则进入下一循环，若不需要，直接退出。

Claims (8)

1.热塑材料耐热性自动测量系统，其特征在于设有光源、光学信息变换装置、CCD摄像机、图像采集卡、样品台、输入设备、计算机和输出设备；光源发出的光线直接照射在放置于样品台上的压痕样品上，压痕样品的反射光线通过光学信息变换装置聚焦至CCD摄像机上，CCD摄像机的数字信号输出端接图像采集卡，图像采集卡与计算机连接，输入设备和输出设备分别与计算机的输入输出端口连接。

2.如权利要求1所述的热塑材料耐热性自动测量系统，其特征在于所述光源为平行光光源。

3.如权利要求1所述的热塑材料耐热性自动测量系统，其特征在于所述光学信息变换装置设有2个透镜、高通滤波片、半透半反镜、光源夹紧机构和机体，镜头与机体之间螺纹连接，光源通过紧定螺钉固定在光源夹紧机构上。

4.如权利要求1所述的热塑材料耐热性自动测量系统，其特征在于所述样品台设有步进电机和丝杆传动机构，丝杆传动机构与样品台和步进电机连接。

5.如权利要求1所述的热塑材料耐热性自动测量系统，其特征在于所述CCD摄像机的数字信号输出端通过图像采集卡的自身接口接图像采集卡。

6.如权利要求1所述的热塑材料耐热性自动测量系统，其特征在于所述输入设备采用键盘。

7.如权利要求1所述的热塑材料耐热性自动测量系统，其特征在于所述输出设备采用打印机或/和显示器。

8.如权利要求1所述的热塑材料耐热性自动测量系统，其特征在于在样品台与计算机之间设有样品台控制电路，控制电路通过I/O卡接计算机。

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