專利名稱：微小圓孔尺寸及圓度同時(shí)測(cè)量的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型公開(kāi)一種微小圓孔尺寸及圓度同時(shí)測(cè)量的裝置，按國(guó)際專利分類表(IPC)劃分屬于微小圓孔測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微小圓孔的尺寸(直徑)和圓度是精密機(jī)械加工中非常關(guān)注的圓孔特征參數(shù)?，F(xiàn)有微小圓孔的非接觸測(cè)試裝置或儀器，基于衍射法的，只能測(cè)試其尺寸，不能同時(shí)測(cè)量其圓度；基于顯微投影法的，隨著待測(cè)微小圓孔尺寸變小，投影出的光孔也會(huì)變小，從微孔中透過(guò)的光變?nèi)酰涑叽绾蛨A度的測(cè)量精度會(huì)變低。 中國(guó)文獻(xiàn)CN 02137742. I涉及一種微孔自動(dòng)測(cè)量方法及裝置，方法步驟是(XD攝像頭將微孔通過(guò)顯微鏡放大后的圖像輸入計(jì)算機(jī)；用面積法對(duì)微孔圖像進(jìn)行濾波，找到最大象素?cái)?shù)所對(duì)應(yīng)的微孔；將微孔邊界點(diǎn)坐標(biāo)存入鏈表，計(jì)算得到微孔的中心點(diǎn)坐標(biāo)，尋找O 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(cè)量方法無(wú)法找到中心點(diǎn)，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(cè)量出微孔尺寸。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種微小圓孔尺寸及圓度同時(shí)測(cè)量的裝置，而且隨著待測(cè)微小圓孔尺寸變小，其尺寸和圓度測(cè)量精度不會(huì)降低。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種微小圓孔尺寸及圓度同時(shí)測(cè)量的裝置，包括He-Ne激光器、被測(cè)圓孔及夾持器、帶標(biāo)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(cè)圓孔及夾持器、帶標(biāo)志毛玻璃接收屏及信息采集裝置由二維可調(diào)裝置承載并置于光學(xué)平臺(tái)上，其中夾持待測(cè)微小圓孔的為精密二維可調(diào)整裝置，通過(guò)調(diào)整保證它們的中心基本在一條直線上，被測(cè)圓孔及夾持器及帶標(biāo)志毛玻璃接收屏表面平行并與上述直線垂直，數(shù)據(jù)采集前通過(guò)精密調(diào)整和判斷，使He-Ne激光器發(fā)出的高準(zhǔn)直度激光通過(guò)待測(cè)微孔所產(chǎn)生的衍射光斑中心與玻璃接收屏標(biāo)志的中心一致達(dá)到對(duì)準(zhǔn)和準(zhǔn)直要求。進(jìn)一步，所述的精密二維可調(diào)整裝置為精密二維調(diào)整臺(tái)，它是通過(guò)螺旋測(cè)微器來(lái)調(diào)整水平豎直方向，所述的信息采集裝置為CCD面陣攝像機(jī)，信息處理裝置為計(jì)算機(jī)及相配套軟件。進(jìn)一步，所述的帶標(biāo)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(diào)整裝置相連，接收屏上標(biāo)志有3. OmmX 3. Omm的不透光“十”字叉，該標(biāo)識(shí)位于接收屏的中心使激光通過(guò)衍射孔的衍射圖樣的中心與“十”字叉交點(diǎn)重合。進(jìn)一步，所述的被測(cè)圓孔直徑的測(cè)試量程為O. 005mnT0. 5mm。本實(shí)用新型裝置測(cè)試基于激光夫朗和費(fèi)衍射測(cè)量原理，在衍射場(chǎng)放置有特別標(biāo)志的毛玻璃做為衍射圖樣接收屏，由面陣CCD采集接收屏上包含特別標(biāo)志的衍射圖樣，經(jīng)計(jì)算機(jī)上專門研制的軟件完成定標(biāo)和衍射圖樣信息獲取，從而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)微小圓孔尺寸及圓度的同時(shí)測(cè)量。依據(jù)衍射原理，衍射孔徑越小，衍射圖樣越大，這有利于提高極小孔徑相關(guān)參數(shù)測(cè)量精度。

圖I是本實(shí)用新型相關(guān)儀器立體示意圖。圖2是夫朗和費(fèi)圓孔衍射圖樣，即在玻璃接收屏上的圖樣。圖3是信息處理機(jī)顯示屏上721X721大小區(qū)域內(nèi)的將進(jìn)行信息處理的衍射圖樣示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例請(qǐng)參閱圖1，一種微小圓孔尺寸及圓度同時(shí)測(cè)量的裝置，包括He-Ne激光器I、被測(cè)圓孔及夾持器2、帶標(biāo)志毛玻璃接收屏3、信息采集裝置4、信息處理裝置5，其中的He-Ne激光器I、被測(cè)圓孔及夾持器2、帶標(biāo)志玻璃接收屏3及信息采集裝置4由二維可調(diào)裝置承載并置于光學(xué)平臺(tái)上，其中夾持待測(cè)微小圓孔的為精密二維可調(diào)整裝置，通過(guò)調(diào)整保證它們的光軸(或中心)基本在一條直線上，被測(cè)圓孔及夾持器及帶標(biāo)志玻璃接收屏表面平行并與上述直線垂直，數(shù)據(jù)采集前通過(guò)精密調(diào)整和判斷，使He-Ne激光器發(fā)出的高準(zhǔn)直度激光通過(guò)待測(cè)微孔所產(chǎn)生的衍射光斑中心，盡可能與毛玻璃接收屏標(biāo)志的中心一致。本實(shí)用新型中的精密二維可調(diào)整裝置為商用產(chǎn)品，它是通過(guò)螺旋測(cè)微器來(lái)調(diào)整XY方向或說(shuō)水平豎直方向的位置，所述的信息采集裝置為CCD面陣攝像機(jī)，信息處理裝置為計(jì)算機(jī)及相配套軟件。圖2是夫朗和費(fèi)圓孔衍射圖樣，即在本實(shí)用新型中的毛玻璃接收屏上的圖樣。圖3是信息處理機(jī)顯示屏上721X721大小區(qū)域內(nèi)的將進(jìn)行信息處理的衍射圖樣示意圖，相互垂直的兩條直線與圓孔衍射圖樣第一暗環(huán)相交，按照專利申請(qǐng)書的描述，可以求得第一暗環(huán)(艾里斑)不同位置的直徑，進(jìn)而求得衍射圓孔(測(cè)試圓孔)的不同位置直徑，最終求得圓孔的平均直徑和圓度。本實(shí)用新型的衍射圖樣的接收屏為正方形毛玻璃片(大小可根據(jù)測(cè)試范圍及裝置結(jié)構(gòu)由衍射公式進(jìn)行計(jì)算)，四周包裹與精密二維可調(diào)整裝置相連，特別標(biāo)志為
3.OmmX3. Omm的不透光“十”字叉，其刻劃精度和垂直度要求較高，位置位于毛玻璃片的中心。測(cè)試裝置調(diào)整時(shí)盡可能讓He-Ne激光通過(guò)“十”字叉交點(diǎn)，調(diào)整測(cè)試圓孔位置，讓激光通過(guò)衍射孔的衍射圖樣的中心也大致與“十”字叉交點(diǎn)重合。利用帶不透光“十”字叉毛玻璃作為衍射圖像接收屏，通過(guò)顯示屏所顯示信息采集裝置所獲取圖像中“十”字叉的形狀和大小，既可以保證衍射圖像信息獲取過(guò)程中對(duì)準(zhǔn)和準(zhǔn)直的要求，又為系統(tǒng)定標(biāo)提供了方法。本實(shí)用新型系統(tǒng)調(diào)整滿足對(duì)準(zhǔn)和準(zhǔn)直的要求和定標(biāo)測(cè)量的具體過(guò)程是這樣的通過(guò)二維精密調(diào)整CCD信息獲取系統(tǒng)，目測(cè)信息處理裝置顯示屏上“十”字叉的形狀時(shí)，認(rèn)為“一”線和“ I ”線大致相等時(shí)，由信息處理裝置上的軟件讀取“一”線和“ I ”線所對(duì)應(yīng)的顯示屏上的像素?cái)?shù)。反復(fù)二維精密調(diào)整CXD信息獲取系統(tǒng)，直至“一”線和“ I ”線所對(duì)應(yīng)的顯示屏上的像素?cái)?shù)相等或只差一個(gè)像素時(shí)，此時(shí)可認(rèn)為帶“十”字叉的衍射屏已與CXD信息獲取系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)準(zhǔn)和準(zhǔn)直的要求。信息處理軟件編制時(shí)，會(huì)保證衍射視屏圖像位于軟件界面一個(gè)大小恰當(dāng)?shù)恼叫螀^(qū)域內(nèi)(像素大小為721X721)，由于“十”字叉的物理尺寸在刻劃時(shí)已知為3. OmmX 3. 0mm，當(dāng)“一”線和“ | ”線所對(duì)應(yīng)的顯示屏上的像素?cái)?shù)相等，姑且像素?cái)?shù)設(shè)為q，則顯示屏上每一像素對(duì)應(yīng)的尺寸大小為3000. O/qym ;當(dāng)“一”線和“ | ”線所對(duì)應(yīng)的顯示屏上的像素?cái)?shù)相差一個(gè)時(shí)，姑且設(shè)大像素?cái)?shù)為q，那小像素?cái)?shù)就為q_l，則顯示屏上每一像素對(duì)應(yīng)的物理尺寸大小為(6000. 0q-3000. 0)/2q(q_l) μ m。算出了一個(gè)像素對(duì)應(yīng)衍射屏所對(duì)應(yīng)的實(shí)際尺寸，完成了定標(biāo)工作，就可測(cè)量所測(cè)微小圓孔衍射圖樣艾里斑第一暗環(huán)的尺寸了，最終可測(cè)出微小圓孔的尺寸和圓度。由于衍射測(cè)量系統(tǒng)具有10(Γ300的放大倍數(shù)，信息采集光學(xué)系統(tǒng)具有具有5 10倍左右的放大作用，因此這套自動(dòng)測(cè)量尺寸和圓度系統(tǒng)的精度是比較高的。具體測(cè)量步驟歸納如下
·[0025]⑴測(cè)試裝置工作，反復(fù)調(diào)整整個(gè)測(cè)試裝置，通過(guò)輔助手段和目視判斷實(shí)現(xiàn)測(cè)試所需的對(duì)準(zhǔn)和準(zhǔn)直的要求，讓所測(cè)微小圓孔衍射圖樣在衍射屏上及信息處理機(jī)顯示屏上的大小適中(第一暗環(huán)完整出現(xiàn))，對(duì)比度較好。關(guān)掉He-Ne激光器，由“十”字叉在顯示器屏幕上的大小，由軟件給出顯示屏上一個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的物理尺寸。開(kāi)啟He-Ne激光器，獲得微小圓孔衍射的視屏圖像。⑵對(duì)衍射視屏圖像進(jìn)行灰度統(tǒng)計(jì)，找出圖像灰度中值，以灰度中值為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)視屏圖像作二值化處理。做一條連接像素值分別為(0，500)和(721，500)兩點(diǎn)的直線，再做一條過(guò)(361，500)點(diǎn)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(huán)的交點(diǎn)像素坐標(biāo)(應(yīng)有8個(gè)點(diǎn)，只求6個(gè)點(diǎn)就夠了)。然后求得水平線的兩個(gè)像素點(diǎn)中點(diǎn)為A(xl，500)和B (χ2，500)，垂直線一個(gè)交點(diǎn)中點(diǎn)為C (361，yl)。運(yùn)用三點(diǎn)確定一個(gè)圓的理論，可求得此位置衍射斑第一級(jí)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(shí)際尺寸就得到了衍射斑第一級(jí)暗環(huán)實(shí)際直徑尺寸D0。以(361，500)為旋轉(zhuǎn)中心，在0° 180°內(nèi)每隔15°旋轉(zhuǎn)上述兩條直線并依據(jù)需要延長(zhǎng)，按前面方法求它們與第一暗紋二值化后暗環(huán)交點(diǎn)的三個(gè)中點(diǎn)值，可分別求得對(duì)應(yīng)位置衍射斑第一級(jí)暗紋直徑的像素值，將該值再乘以每一像素代表的實(shí)際尺寸，就得到了衍射斑第一級(jí)暗環(huán)實(shí)際直徑D1、D2、D3、……、D10、D11(對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)165° )。(為了提高測(cè)量精度，還可按灰度中值+5、灰度中值-5為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)視屏圖像作二值化處理。再上述方法獲得衍射斑第一級(jí)暗紋的實(shí)際直徑，最后取對(duì)應(yīng)位置三個(gè)位置實(shí)際直徑值的平均值作為該位置的衍射斑第一級(jí)暗紋的實(shí)際直徑。)(3)把D O、DI、 ……、D IO、D I I帶入衍射測(cè)量公式
= 中，可分別求得微小圓孔在不同位置對(duì)應(yīng)的直徑值d0、dl、……、dl0、dll。則微小圓孔最大直徑為dmix =tnsK {dOrdl,......,ΛΟ,Λ }最小直徑為Smin= _ {d0,dl,......, ΠΟ, Ι 1}則微小圓孔的平均直徑為<1 = M^+dInm)/2[0031]微小圓孔的圓度為:K)/2本實(shí)用新型通過(guò)研制帶特別標(biāo)志毛玻璃衍射圖樣接收屏和與之配套使用的專用信息處理軟件，使得微小圓孔的尺寸和圓度參數(shù)可在一套測(cè)試裝置上同時(shí)測(cè)試獲得，這既減少了測(cè)試時(shí)間，又降低了測(cè)試成本，從而提高生產(chǎn)效益。裝置測(cè)試量程(微小圓孔直徑)為O. 005mnT0. 5mm。為了保證測(cè)量精度，整個(gè)裝置1、2、3、4部分由二維可調(diào)裝置承載并置于光學(xué)平臺(tái)上，其中夾持待測(cè)微小圓孔的為精密二維可調(diào)整裝置，通過(guò)調(diào)整保證它們的光軸(或中心)基本在一條直線上，2、3表面平行并與這條直線垂直；數(shù)據(jù)采集前通過(guò)精密調(diào)整和判斷，使He-Ne激光器發(fā)出的高準(zhǔn)直度激光通過(guò)待測(cè)微孔所產(chǎn)生的衍射光斑中心，盡可能與毛玻璃接收屏標(biāo)志的中心一致。以上所記載，僅為利用本創(chuàng)作技術(shù)內(nèi)容的實(shí)施例，任何熟悉本項(xiàng)技藝者運(yùn)用本創(chuàng) 作所做的修飾、變化，皆屬本創(chuàng)作主張的專利范圍，而不限于實(shí)施例所揭示者。
權(quán)利要求1.一種微小圓孔尺寸及圓度同時(shí)測(cè)量的裝置，其特征在于包括He-Ne激光器、被測(cè)圓孔及夾持器、帶標(biāo)志玻璃接收屏、信息采集裝置、信息處理裝置， 其中的He-Ne激光器、被測(cè)圓孔及夾持器、帶標(biāo)志玻璃接收屏及信息采集裝置由二維可調(diào)裝置承載并置于光學(xué)平臺(tái)上，其中夾持待測(cè)微小圓孔的為精密二維可調(diào)整裝置，通過(guò)調(diào)整保證它們的中心基本在一條直線上，被測(cè)圓孔及夾持器及帶標(biāo)志玻璃接收屏表面平行并與上述直線垂直，數(shù)據(jù)采集前通過(guò)精密調(diào)整和判斷，使He-Ne激光器發(fā)出的高準(zhǔn)直度激光通過(guò)待測(cè)微孔所產(chǎn)生的衍射光斑中心與玻璃接收屏標(biāo)志的中心一致達(dá)到對(duì)準(zhǔn)和準(zhǔn)直要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求I微小圓孔尺寸及圓度同時(shí)測(cè)量的裝置，其特征在于所述的所述的精密二維可調(diào)整裝置為精密二維調(diào)整臺(tái)，它是通過(guò)螺旋測(cè)微器來(lái)調(diào)整水平豎直方向，所述的信息采集裝置為CCD面陣攝像機(jī)，信息處理裝置為計(jì)算機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I微小圓孔尺寸及圓度同時(shí)測(cè)量的裝置，其特征在于所述的帶標(biāo)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(diào)整裝置相連，接收屏上標(biāo)志有3. OmmX3. Omm的不透光“十”字叉，該標(biāo)識(shí)位于接收屏的中心使激光通過(guò)衍射孔的衍射圖樣的中心與“十”字叉交點(diǎn)重合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I微小圓孔尺寸及圓度同時(shí)測(cè)量的裝置，其特征在于所述的被測(cè)圓孔直徑的測(cè)試量程為O. 005mnT0. 5mm。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種微小圓孔尺寸及圓度同時(shí)測(cè)量的裝置，包括He-Ne激光器、被測(cè)圓孔及夾持器、帶標(biāo)志毛玻璃接收屏、信息采集裝置、信息處理裝置，本實(shí)用新型裝置測(cè)試基于激光夫朗和費(fèi)衍射測(cè)量原理，在衍射場(chǎng)放置有特別標(biāo)志的毛玻璃做為衍射圖樣接收屏，由面陣CCD采集接收屏上包含特別標(biāo)志的衍射圖樣，經(jīng)計(jì)算機(jī)上專門研制的軟件完成定標(biāo)和衍射圖樣信息獲取，從而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)微小圓孔尺寸及圓度的同時(shí)測(cè)量，裝置測(cè)試量程(微小圓孔直徑)為0.005mm~0.5mm。
文檔編號(hào)G01B11/24GK202648628SQ20122021437
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者徐代升, 朱文章, 甘亮勤, 林洪沂 申請(qǐng)人:廈門理工學(xué)院