CN104406537A - 测量部件凹坑微米级深度的方法 - Google Patents

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本发明公开一种测量部件凹坑微米级深度的方法，首先，制作若干个不同微米等级深度的凹陷缺口的标准深度样块，然后，通过显微镜测量上述若干凹陷缺口的深度并记录对应显微镜调焦旋钮的调焦刻度差J2-J1，制作成标准深度样块刻度参照表，通过放大显微镜倍数测量该面的水平距离h即为该凹陷缺口参考平面的深度，然后测量该参考平面的凹陷缺口弧线轮廓清晰，记录调焦刻度J1，再次测量该凹陷缺口的底部轮廓与弧线轮廓同等清晰，记录调焦刻度J2得到调焦刻度差J2-J1；最后通过对照标准深度样块刻度参照表，查找出该待测部件的深度。本发明本发明操作简单，能完成多种微小深度的测量，可精确至微米级，提高了其数据的准确度和可追溯性。

Description

测量部件凹坑微米级深度的方法
技术领域
本发明涉及测量方法，具体涉及一种微小深度测量方法，特别适合于腐蚀试验表明形貌研究。
背景技术
随着科学技术飞速发展与科学试验研究的不断深入，对装备的部件装配精度越来越高，由于装备的金属部件在加工或存放的过程中会出现腐蚀凹坑或裂纹，该腐蚀凹点或裂纹会影响装配精度，因此需要对金属部件进行腐蚀试验表面形貌研究，并对微小腐蚀凹坑深度及微小裂纹深度进行检测。目前测量微小深度尺寸的仪器有机械仪表和触针式仪器，但是这些尺寸仪器设备需要单独购买，增加了成本高，设备结构复杂操作不便，检测速度慢，且现有测量仪表的测量精度低。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种测量部件凹坑微米级深度的方法，该方法操作简便，测量数据精确度高，测量速度快且成本低。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种测量部件凹坑微米级深度的方法，其特征在于：
步骤1、制作呈立方体的标准深度样块，所述标准深度样块的棱边设有若干个不同微米等级深度的凹陷缺口；
步骤2、通过显微镜测量上述若干凹陷缺口的深度并记录对应显微镜调焦旋钮的调焦刻度差，具体测量方法如下：确定标准深度样块的待测凹陷缺口，该凹陷缺口位于棱边的两相邻面，确定该凹陷缺口深度参考平面，将该凹陷缺口的另一面放置在显微镜的载物台上，通过放大显微镜倍数测量该面的水平距离h，该水平距离h即为该凹陷缺口参考平面的深度，然后旋转标准深度样块，将该凹陷缺口深度参考平面放置在显微镜的载物台上，并将显微镜的调焦旋钮归零，调节显微镜的调焦旋钮，当该参考平面的凹陷缺口弧线轮廓清晰，记录该调焦旋钮的调焦刻度J1，然后再次调节显微镜调焦旋钮，当该凹陷缺口的底部轮廓与弧线轮廓同等清晰，记录该调焦旋钮的调焦刻度J2，调焦旋钮的调焦刻度差J2-J1对应显微镜焦距的变化距离，焦距的变化距离又与所测凹陷缺口的深度对应，得出测量的水平距离h与调焦旋钮的调焦刻度差J2-J1对应；
步骤3、统计步骤2中测得的该标准深度样块上的各凹陷缺口深度和对应的调焦刻度差J2-J1，制作成标准深度样块刻度参照表；
步骤4、将待测部件的凹坑参考平面放置在显微镜上，通过调节显微镜的调焦旋钮，当凹坑参考平面的弧线轮廓清晰，记录该调焦旋钮的调焦刻度J1，然后再次调节显微镜调焦旋钮，当该凹坑的底部轮廓与弧线轮廓同等清晰，记录该调焦旋钮的调焦刻度J2，得到该凹坑的调焦刻度差J2-J1 ,最后通过对照标准深度样块刻度参照表，查找出该待测部件的深度。
所述显微镜为金相显微镜。
所述步骤2中，调焦旋钮的调焦刻度J1 、J2通过角度传感器采集，角度传感器设置在金相显微镜上，角度传感器与金相显微镜的计算机相连，角度传感器将采集的刻度变化信息发送到金相显微镜的计算机中记录存储，通过金相显微镜自带的标尺测量凹陷缺口的水平距离h，手动输入计算机中存储。
所述步骤2中，调焦旋钮的调焦刻度J1 、J2手动录入计算机，通过金相显微镜自带的标尺测量凹陷缺口的水平距离h，手动输入计算机中存储。
所述标准深度样块的各条棱边上均设有凹陷缺口。
所述步骤4中，得到待测部件凹坑的调焦刻度差J2-J1后,根据标准深度样块刻度参照表，采用内插法推算出待测部件凹坑的深度。
所述步骤2中采用浅景深金相显微镜观察该凹陷缺口参考平面的弧度和凹陷缺口的底部轮廓。
本发明的有益效果：本发明制作标准深度样块，标准深度样块的棱边设有位于棱边两侧面的凹陷缺口，根据横向距离等于纵向距离，标准深度样块通过显微镜测量标准深度样块上的各凹陷缺口的深度，通过旋转标准深度样块，将各凹陷缺口的深度转换为水平距离，通过放大显微镜倍数，利用显微镜上的标尺测量出水平距离，该水平距离即该凹陷缺口的深度，根据该深度对应的不同焦距，统计不同微米级的凹陷缺口深度及其调焦刻度差J2-J1  制作成标准深度样块刻度参照表，待测部件只需要测量出该凹坑在显微镜上的调焦刻度差J2-J1 ，然后从标准深度样块刻度参照表中，即可查找或推算出对应的凹坑深度。
（1）本发明能完成多种微小深度的测量，可精确至微米级。可以解决常规测量仪器无法测量的盲区； 
（2）本发明同时还能记录微小深坑的表面形貌，大大提高其数据的准确度和可追溯性。
（3）本发明操作简单，经济适用，对待测部件无任何破坏隐患。
附图说明
图1是本发明测量装置的结构示意图；
图2是本发明的标准深度样块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步地说明。
参见图1和图2所示，一种测量部件凹坑微米级深度的方法，该测量方法采用金相显微镜1，在该金相显微镜1上安装有角度传感器，所述角度传感器设置在金相显微镜1的调焦旋钮2上，角度传感器的输出端与金相显微镜1的计算机3的输入端相连，将角度传感器采集的信息传递到金相显微镜1的计算机中，所述金相显微镜1可以测平面微米级距离。
步骤1、制作呈立方体的标准深度样块，该标准深度样块为合金试块，所述标准深度样块各棱边上设有若干个不同微米等级深度的凹陷缺口；
步骤2、通过金相显微镜1测量上述若干凹陷缺口的深度并记录对应金相显微镜调焦旋钮的调焦刻度差，具体测量方法如下：确定标准深度样块的待测凹陷缺口，该凹陷缺口位于棱边的两相邻面，确定该凹陷缺口深度参考平面，将标准深度样块放置在金相显微镜1的载物台4，将该凹陷缺口的另一面放置在金相显微镜1载物台4的正面，放大显微镜倍数，通过金相显微镜1自带的标尺测量该面的水平距离h，并将其手动输入到计算机3中存储，利用横向距离等于纵向距离，该水平距离h即为该凹陷缺口参考平面的深度；保持该放大显微镜倍数，然后旋转标准深度样块，将该凹陷缺口深度参考平面放置在金相显微镜1的载物台4上，并将金相显微镜1的调焦旋钮2归零，调节金相显微镜的调焦旋钮2，观察该凹陷缺口参考平面的弧度，当该参考平面的凹陷缺口弧线轮廓清晰，记录该调焦旋钮的调焦刻度J1，然后再次调节显微镜调焦旋钮2，观察该凹陷缺口的底部，当该凹陷缺口的底部轮廓与弧线轮廓同等清晰，记录该调焦旋钮2的调焦刻度J2，调焦旋钮2的调焦刻度差J2-J1对应显微镜焦距的变化距离，又因焦距的变化距离又与所测凹陷缺口的深度对应，角度传感器将调焦旋钮2的调焦刻度J1 、J2传递到计算机中，通过计算机计算出调焦旋钮2的调焦刻度差J2-J1 ，并存储在金相显微镜1的计算机3内；即得出测量的水平距离h与调焦旋钮2的调焦刻度差J2-J1对应。
步骤3、统计步骤2中测得的该标准深度样块上的各凹陷缺口深度和对应的调焦刻度差J2-J1，制作成标准深度样块刻度参照表，该参照表中统计所有微米级深度，该微米级的范围为1～999微米；
步骤4、将待测部件5的凹坑参考平面放置在显微镜上，通过调节金相显微镜1的调焦旋钮2，当凹坑参考平面的弧线轮廓清晰，记录该调焦旋钮2的调焦刻度J1，然后再次调节金相显微镜1的调焦旋钮2，当该凹坑的底部轮廓与弧线轮廓同等清晰，记录该调焦旋钮2的调焦刻度J2，得到该凹坑的调焦刻度差J2-J1 ,最后通过对照标准深度样块刻度参照表，查找出该待测部件的深度。
下面以检测标准深度合金样块中d凹陷缺口为例， 
参见图2所示，制备标准深度合金样块，在标准深度合金样块的A、B两面处设置d点凹陷缺口；现以标准深度合金样块的B面为参考平面，测量d点凹陷缺口的深度，利用横向距离等于纵向距离，当从A面观察d点凹陷缺口，A面测量的水平距离即转变为B面观察的d点凹陷缺口深度，即两者其实是一个距离，只是观察方向不一样而已，因此测量A面的水平距离即是以参考平面B面观察d凹陷缺口的深度。首先将标准深度合金样块的A面置于金相显微镜1的载物台4上，将焦距对准A面，调节显微镜的放大倍数保证图像观察清晰，即A面的半球形弧线尽可能充满视野，用金相显微镜自带的标尺功能进行定标，测量A面半球形弧线的水平距离h，该水平距离h即为参考平面B面观察d凹陷缺口的深度；保持A面确定的显微镜倍数不变，然后旋转标准深度合金样块，将标准深度合金样块B面置于金相显微镜1的载物台4上，使凹陷缺口在相同倍数下进行测量，保证了测量结果的准确性；通过调焦旋钮2调整焦距，先对B面的半球弧线进行对焦，直至观察到B面的半球弧线轮廓图像清晰，此时通过角度传感器记录调焦旋钮2刻度，记录为J1，然后通过调焦旋钮2继续调焦直至B面凹陷缺口的底部轮廓的图像与刚才B面弧线图像同等清晰，此时通过角度传感器调焦旋钮记录为J2，调焦旋钮2的调焦刻度差为J2-J1，因焦距和调焦旋钮具有一一对应关系，所以调焦旋钮2的刻度差可以转化为焦距的变化距离，调焦刻度差即为焦距差，又因焦距差与测量深度呈正比例关系，焦距的变化距离等于所测深度，所以焦距差与深度h对应，此时可以认为调焦刻度差J2-J1的差值与水平距离h对应。
根据该方法统计标准深度合金样块上的若干个不同微米等级深度的凹陷缺口的计调焦刻度差J2-J1的差值与水平距离h，从而制作成如下所示的标准深度样块刻度参照表1。
 标准深度样块刻度参照表1
调焦刻度差/mm 1 2 3 4 5 6 7 8 …… J2-J1
深度/μm 3 5 8 10 12 14 17 20 …… h
因焦距的变化为深度距离，且与调焦器的调焦刻度差（旋转幅度）一一对应，所以通过记录调焦器的调焦刻度差即可知道该焦距对应的深度距离。 
根据步骤4测得待测部件5凹坑的调焦刻度差J2-J1，即为待测部件5的焦距变化值，通过查找标准深度样块刻度参照表中对应的调焦刻度差，得到待测部件的深度。整个深度测量过程通过金相显微镜的摄像头纪录。
本发明通过容易测得的平面距离来得到标准试块深度距离，利用了计算机的数字图像成像技术，结合光学显微镜的浅景深特点，利用焦距进行测量微小深度，且该方法不直接接触部件，对部件无任何破坏隐患，并且通过摄像头记录下形象可见的照片，大大提高其数据的准确度和可追溯性。
具体实施例2：
本实施例的特点是：根据步骤1和步骤2，采集标准深度样块上的部分凹陷缺口深度及对应的调焦刻度差J2-J1，步骤3统计部分标准深度样块上的各凹陷缺口深度及对应的调焦刻度差J2-J1，制作成如下所示的标准深度样块刻度参照表2；
标准深度样块刻度参照表2
调焦刻度差/mm 2 3 5 8
深度/μm 5 8 12 20
    步骤4中，将待测部件的凹坑参考平面放置在金相显微镜1上，通过调节金相显微镜1的调焦旋钮2，当凹坑参考平面的弧线轮廓清晰，记录该调焦旋钮的调焦刻度J1，然后再次调节金相显微镜1的调焦旋钮2，当该凹坑的底部轮廓与弧线轮廓同等清晰，记录该调焦旋钮2的调焦刻度J2，得到待测部件凹坑的调焦刻度差J2-J1,待测部件凹坑的调焦刻度差J2- J1，即为待测部件的焦距变化值，根据标准深度样块刻度参照表和内插法推算出待测部件凹坑的深度。其他特点与具体实施例1相同。
具体实施例3：
本实施例的特点是：所述调焦旋钮2的调焦刻度J1 、J2采用手动录入计算机，金相显微镜1通过自带的标尺测量凹陷缺口的水平距离h，并将其手动输入到计算机3中存储，其他特点与具体实施例1和具体实施例2相同。

Claims (7)

1.一种测量部件凹坑微米级深度的方法，其特征在于：
步骤1、制作呈立方体的标准深度样块，所述标准深度样块的棱边设有若干个不同微米等级深度的凹陷缺口；
步骤2、通过显微镜测量上述若干凹陷缺口的深度并记录对应显微镜调焦旋钮的调焦刻度差，具体测量方法如下：确定标准深度样块的待测凹陷缺口，该凹陷缺口位于棱边的两相邻面，确定该凹陷缺口深度参考平面，将该凹陷缺口的另一面放置在显微镜的载物台上，通过放大显微镜倍数测量该面的水平距离h，该水平距离h即为该凹陷缺口参考平面的深度，然后旋转标准深度样块，将该凹陷缺口深度参考平面放置在显微镜的载物台上，并将显微镜的调焦旋钮归零，调节显微镜的调焦旋钮，当该参考平面的凹陷缺口弧线轮廓清晰，记录该调焦旋钮的调焦刻度J1，然后再次调节显微镜调焦旋钮，当该凹陷缺口的底部轮廓与弧线轮廓同等清晰，记录该调焦旋钮的调焦刻度J2，调焦旋钮的调焦刻度差J2-J1对应显微镜焦距的变化距离，焦距的变化距离又与所测凹陷缺口的深度对应，得出测量的水平距离h与调焦旋钮的调焦刻度差J2-J1对应；
步骤3、统计步骤2中测得的该标准深度样块上的各凹陷缺口深度和对应的调焦刻度差J2-J1，制作成标准深度样块刻度参照表；
步骤4、将待测部件的凹坑参考平面放置在显微镜上，通过调节显微镜的调焦旋钮，当凹坑参考平面的弧线轮廓清晰，记录该调焦旋钮的调焦刻度J1，然后再次调节显微镜调焦旋钮，当该凹坑的底部轮廓与弧线轮廓同等清晰，记录该调焦旋钮的调焦刻度J2，得到该凹坑的调焦刻度差J2-J1 ,最后通过对照标准深度样块刻度参照表，查找出该待测部件的深度。
2.根据权利要求1所述的测量部件凹坑微米级深度的方法，其特征在于：所述显微镜为金相显微镜。
3.根据权利要求2所述的测量部件凹坑微米级深度的方法，其特征在于：所述步骤2中，调焦旋钮的调焦刻度J1 、J2通过角度传感器采集，角度传感器设置在金相显微镜上，角度传感器与金相显微镜的计算机相连，角度传感器将采集的刻度变化信息发送到金相显微镜的计算机中记录存储，通过金相显微镜自带的标尺测量凹陷缺口的水平距离h，手动输入计算机中存储。
4.根据权利要求2所述的测量部件凹坑微米级深度的方法，其特征在于：所述步骤2中，调焦旋钮的调焦刻度J1 、J2手动录入计算机，通过金相显微镜自带的标尺测量凹陷缺口的水平距离h，手动输入计算机中存储。
5.根据权利要求1或2所述的测量部件凹坑微米级深度的方法，其特征在于：所述标准深度样块的各条棱边上均设有凹陷缺口。
6.根据权利要求1或2所述的测量部件凹坑微米级深度的方法，其特征在于：所述步骤4中，得到待测部件凹坑的调焦刻度差J2-J1后,根据标准深度样块刻度参照表，采用内插法推算出待测部件凹坑的深度。
7.根据权利要求1或2所述的测量部件凹坑微米级深度的方法，其特征在于：所述步骤2中采用浅景深金相显微镜观察该凹陷缺口参考平面的弧度和凹陷缺口的底部轮廓。
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