[發明專利]一種快速測量牛頓環中心應力的方法

有效

• 申請號: 201910934683.0
• 申請日: 2019-09-29
• 公開（公告）號: CN110657909B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 郭長立;黃璋;韓湖斌
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G01M11/00;G01B11/255
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 涂秀清

1.一種快速測量牛頓環中心應力的方法，其特征在于，在一種牛頓環應力測量裝置的讀數顯微鏡(2)目鏡處安裝攝像頭(9)，所述攝像頭(9)連接有計算機(10)，所述一種牛頓環應力測量裝置包括底座(6)，底座(6)的凹槽上放置有光學平板玻璃(8)，光學平板玻璃(8)上放置有平凸透鏡(7)，平凸透鏡(7)的凸面與光學平板玻璃(8)接觸，光學平板玻璃(8)除與平凸透鏡(7)和底座(6)的凹槽上部接觸外不與其他任何部件接觸，光學平板玻璃(8)、平凸透鏡(7)同軸，平凸透鏡(7)的平面邊緣上放置有上蓋(5)，上蓋(5)通過螺絲(4)與底座(6)連接，螺絲(4)擰緊的過程中，上蓋(5)不會與底座(6)相接觸，即上蓋(5)與底座(6)之間有空隙，具體按照以下步驟實施：

步驟1，在彈性范圍內，調節螺絲(4)給平凸透鏡(7)施加中心應力P；

步驟2，保持步驟1中的應力不變，利用鈉光源(1)發出鈉光，鈉光經45°反射鏡(3)反射后垂直入射到平凸透鏡(7)上，通過攝像頭(9)獲取讀數顯微鏡(2)目鏡處的該應力下的牛頓環干涉圖像，并將圖像傳輸給計算機(10)；

步驟3，通過標準牛頓環的標定，獲得圖像單位像素對應的實際長度值L₀；具體為：

步驟3.1，通過計算機獲取標準牛頓環圖像

制作標準牛頓環，取下步驟2中的牛頓環儀，并將標準牛頓環放置在原來牛頓環儀對應的位置重復步驟2，通過計算機獲取標準牛頓環圖像；

步驟3.2，測量標準牛頓環圖像的黑斑面積

對經步驟3.1獲取的標準牛頓環圖像依次通過圖像預處理、圖像增強處理、灰度轉換、二值圖像轉換、二值圖像取反、圖像反光背景去除以及霍夫圓檢測獲取標準牛頓環圖像中心黑斑像素面積；

步驟3.3，標定圖像單位像素對應的實際長度值

已知標準牛頓環黑斑半徑是R₀，單位：mm，標準牛頓環黑斑對應的圖像黑斑像素半徑為r₀，單位：pixel，像素面積是S₀，單位：pixel²，則S₀＝πr₀²，則得標準牛頓環像素半徑r₀，單位：pixel，與黑斑圖像像素面積S₀，單位：pixel²，對應的關系式：

則圖像單位像素對應的實際長度值L₀，單位：mm/pixel，為：

步驟4，利用步驟3計算的圖像單位像素對應的實際長度值L₀，測量牛頓環光干涉圖像中心黑斑半徑r；具體為：

依據步驟3.2的方法獲得經步驟2獲得的牛頓環干涉圖像黑斑的像素面積S₁，單位：pixel²，計算圖像黑斑的像素半徑a₁，單位：pixel，

則牛頓環干涉圖像黑斑半徑的實際測量值r，單位：mm，為：

r＝L₀a₁ (4)；

步驟5，重復步驟1、2、4，得到不同應力P_i情況下牛頓環干涉圖像中心黑斑的半徑r_i，i＝1,2,...,n；

步驟6，根據步驟5得到不同應力P_i情況下牛頓環干涉圖像中心黑斑的半徑r_i，i＝1,2,...,n，計算得到牛頓環中心應力測量值P_i，i＝1,2,...,n：

其中，P_i為光學平板玻璃的中心應力，r_i為牛頓環干涉圖像黑斑的半徑，E為光學平板玻璃的彈性模量，R為平凸透鏡的標準曲率半徑，μ為光學平板玻璃的泊松比。

2.根據權利要求1所述的一種快速測量牛頓環中心應力的方法，其特征在于，所述攝像頭(12)通過USB接口端與計算機相連。

3.根據權利要求1所述的一種快速測量牛頓環中心應力的方法，其特征在于，所述步驟3.1中的圖像預處理為對采集到的牛頓環干涉圖像進行均值濾波以及中值濾波處理，圖像增強處理為將經過均值濾波和中值濾波處理后的圖像用直方圖均衡化進行增強處理。