[發明專利]微小圓孔尺寸及圓度同時測量的裝置與方法

有效

• 申請號: 201210147646.3
• 申請日: 2012-05-14
• 公開（公告）號: CN102645171A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 徐代升;朱文章;甘亮勤;林洪沂
• 申請（專利權）人: 廈門理工學院
• 主分類號: G01B11/08
• 分類號: G01B11/08;G01B11/24
• 代理公司: 廈門市誠得知識產權代理事務所 35209
• 代理人: 方惠春;戚東升

技術領域

本發明公開一種微小圓孔尺寸及圓度同時測量的裝置與方法，按國際專利分類表(IPC)劃分屬于微小圓孔測量技術領域。

背景技術

微小圓孔的尺寸（直徑）和圓度是精密機械加工中非常關注的圓孔特征參數?，F有微小圓孔的非接觸測試裝置或儀器，基于衍射法的，只能測試其尺寸，不能同時測量其圓度；基于顯微投影法的，隨著待測微小圓孔尺寸變小，投影出的光孔也會變小，從微孔中透過的光變弱，其尺寸和圓度的測量精度會變低。

中國文獻CN?02137742.1涉及一種微孔自動測量方法及裝置,方法步驟是:CCD攝像頭將微孔通過顯微鏡放大后的圖像輸入計算機;用面積法對微孔圖像進行濾波,找到最大象素數所對應的微孔;將微孔邊界點坐標存入鏈表,計算得到微孔的中心點坐標,尋找0～180度方向上的孔徑極大值,選取最大,最小值,得孔徑平均值及圓度誤差,然而，該測量方法無法找到中心點，且所用的光源為普通光源，而微孔尺寸極小，僅靠攝像頭拍攝微孔并放大圖像很難精確測量出微孔尺寸。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種微小圓孔尺寸及圓度同時測量的裝置與方法，而且隨著待測微小圓孔尺寸變小，其尺寸和圓度測量精度不會降低。

為達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種微小圓孔尺寸及圓度同時測量的裝置，包括He-Ne激光器、被測圓孔及夾持器、帶標志毛玻璃接收屏、信息采集裝置、信息處理裝置，

其中的He-Ne激光器、被測圓孔及夾持器、帶標志毛玻璃接收屏及信息采集裝置由二維可調裝置承載并置于光學平臺上，其中夾持待測微小圓孔的為精密二維可調整裝置，通過調整保證它們的中心基本在一條直線上，被測圓孔及夾持器及帶標志毛玻璃接收屏表面平行并與上述直線垂直，數據采集前通過精密調整和判斷，使He-Ne激光器發出的高準直度激光通過待測微孔所產生的衍射光斑中心與玻璃接收屏標志的中心一致達到對準和準直要求。

進一步，所述的精密二維可調整裝置為精密二維調整臺，它是通過螺旋測微器來調整水平豎直方向，所述的信息采集裝置為CCD面陣攝像機，信息處理裝置為計算機及相配套軟件。

進一步，所述的帶標志玻璃接收屏為衍射圖樣的接收屏，其為正方形毛玻璃片，四周包裹并與精密二維調整裝置相連，接收屏上標志有3.0mm×3.0mm的不透光“十”字叉，該標識位于接收屏的中心使激光通過衍射孔的衍射圖樣的中心與“十”字叉交點重合。

進一步，所述的被測圓孔直徑的測試量程為0.005mm~0.5mm。

一種微小圓孔尺寸及圓度同時測量方法，包括如下步驟：

（1）測試工序，反復調整He-Ne激光器、被測圓孔、帶標志玻璃接收屏及信息采集裝置，使所測微小圓孔衍射圖樣在衍射屏及信息處理機顯示屏上第一暗環完整出現且對比度較好，開啟He-Ne激光器，獲得微小圓孔衍射的視屏圖像；

（2）對衍射視屏圖像進行灰度統計，找出圖像灰度中值，以灰度中值為標準，對視屏圖像作二值化處理，以（361,500）為旋轉中心，在0°~180°內每隔15°旋轉，求得衍射圖樣艾里斑不同位置實際直徑值（即第一暗環不同實際直徑值）D0、D1、D2、D3、……、D10、D11；

（3）把D0、D1、……、D10、D11帶入衍射測量公式????????????????????????????????????????????????中，可分別求得微小圓孔在不同位置對應的直徑值d0、d1、……、d10、d11。

則微小圓孔：最大直徑為

最小直徑為

則微小圓孔的平均直徑為

微小圓孔的圓度為：。

步驟（2）中，對視屏圖像作二值化處理，作一條連接像素值分別為（0,500）和（721,500）兩點的直線，再做一條過（361,500）點且垂直前面連線的直線，分別求出它們與第一暗紋二值化后暗環的交點像素坐標，然后求得水平線的兩個像素點中點為A（x1,500）和B（x2,500），垂直線一個交點中點為C（361,y1）。運用三點確定一個圓的理論，可求得此位置衍射圖樣艾里斑第一級暗紋的半徑與直徑的像素值，將該值再乘以每一像素代表的實際尺寸就得到了衍射圖樣第一級暗環實際直徑尺寸D0，以（361,500）為旋轉中心，在0°~180°內每隔