[發(fā)明專利]一種基于圖像處理的光學(xué)平板玻璃彈性模量快速測量方法

有效

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• 申請日: 2019-09-29
• 公開（公告）號: CN110631911B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃艷;張君;曲晨
• 申請（專利權(quán)）人: 西安財經(jīng)大學(xué)
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/06
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 涂秀清

1.一種基于圖像處理的光學(xué)平板玻璃彈性模量快速測量方法，其特征在于，在一種牛頓環(huán)應(yīng)力測量裝置的讀數(shù)顯微鏡(2)目鏡處安裝攝像頭(12)，所述一種牛頓環(huán)應(yīng)力測量裝置，包括底座(6)，底座(6)的凹槽中放置有應(yīng)力傳感器(7)，應(yīng)力傳感器(7)的探頭高于底座6的凹槽上表面，應(yīng)力傳感器(7)的探頭上放置有光學(xué)平板玻璃(10)，光學(xué)平板玻璃(10)上放置有平凸透鏡(11)，平凸透鏡(11)的凸面與光學(xué)平板玻璃(10)接觸，光學(xué)平板玻璃(10)除與平凸透鏡(11)和應(yīng)力傳感器(7)接觸外不與其他任何部件接觸，應(yīng)力傳感器(7)、光學(xué)平板玻璃(10)、平凸透鏡(11)同軸，平凸透鏡(11)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；應(yīng)力傳感器(7)的信號線穿過底座(6)上的通孔(8)與應(yīng)力顯示儀(9)連接，應(yīng)力顯示儀(9)用于顯示應(yīng)力傳感器(7)采集到的應(yīng)力所述攝像頭(12)連接有計算機(13)，具體按照以下步驟實施：

步驟1，在彈性范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)螺絲(4)給平凸透鏡(11)施加應(yīng)力，并通過應(yīng)力顯示儀(9)顯示應(yīng)力傳感器(7)測量的施加到光學(xué)平板玻璃(10)的中心應(yīng)力P，記錄中心應(yīng)力P的大小；

步驟2，保持步驟1中的中心應(yīng)力不變，利用鈉光源(1)發(fā)出鈉光，鈉光經(jīng)45°反射鏡(3)反射后垂直入射到平凸透鏡(11)上，通過攝像頭(12)獲取讀數(shù)顯微鏡(2)目鏡處的該應(yīng)力下的牛頓環(huán)干涉圖像，并將圖像傳輸給計算機(13)；

步驟3，通過標(biāo)準(zhǔn)牛頓環(huán)的標(biāo)定，獲得圖像單位像素對應(yīng)的實際長度值L₀；具體為：

步驟3.1，通過計算機獲取標(biāo)準(zhǔn)牛頓環(huán)圖像

制作標(biāo)準(zhǔn)牛頓環(huán)，取下步驟2中的牛頓環(huán)儀，并將標(biāo)準(zhǔn)牛頓環(huán)放置在原來牛頓環(huán)儀對應(yīng)的位置重復(fù)步驟2，通過計算機獲取標(biāo)準(zhǔn)牛頓環(huán)圖像；

步驟3.2，測量標(biāo)準(zhǔn)牛頓環(huán)圖像的黑斑面積

對經(jīng)步驟3.1獲取的標(biāo)準(zhǔn)牛頓環(huán)圖像依次通過圖像預(yù)處理、圖像增強處理、灰度轉(zhuǎn)換、二值圖像轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)牛頓環(huán)圖像中心黑斑像素面積；

步驟3.3，標(biāo)定圖像單位像素對應(yīng)的實際長度值

已知標(biāo)準(zhǔn)牛頓環(huán)黑斑半徑是R₀(mm)，標(biāo)準(zhǔn)牛頓環(huán)黑斑對應(yīng)的圖像黑斑像素半徑為r₀(pixel)，像素面積是S₀(pixel²)，則S₀＝πr₀²，則得標(biāo)準(zhǔn)牛頓環(huán)像素半徑r₀(pixel)與黑斑圖像像素面積S₀(pixel²)對應(yīng)的關(guān)系式：

則圖像單位像素對應(yīng)的實際長度值L₀(mm/pixel)為：

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

依據(jù)步驟3.2的方法獲得經(jīng)步驟2獲得的牛頓環(huán)干涉圖像黑斑的像素面積S₁(pixel²)，計算圖像黑斑的像素半徑a₁(pixel)，

則牛頓環(huán)干涉圖像黑斑半徑的實際測量值r(mm)為：

r＝L₀a₁ (4)；

步驟5，重復(fù)步驟1、2、4，得到不同應(yīng)力P_i情況下牛頓環(huán)干涉圖像中心黑斑的半徑r_i(i＝1，2，…，n)；

步驟6，根據(jù)步驟5測得的數(shù)據(jù)，得到不同應(yīng)力變形情況下光學(xué)平板玻璃的彈性模量E_i(i＝1，2，…，n)，取平均值獲得光學(xué)平板玻璃的彈性模量測量值E，具體為：

步驟6.1，根據(jù)步驟5得到不同應(yīng)力P_i情況下牛頓環(huán)干涉圖像中心黑斑的半徑r_i(i＝1，2，…，n)，計算不同應(yīng)力變形情況下光學(xué)平板玻璃的彈性模量E_i：

其中，P_i為測量得到的施加在光學(xué)平板玻璃上的中心應(yīng)力，μ為光學(xué)平板玻璃的泊松比，r_i為牛頓環(huán)干涉圖像黑斑的半徑，R為平凸透鏡的標(biāo)準(zhǔn)曲率半徑；

步驟6.2，光學(xué)平板玻璃的彈性模量測量值E為：