CN209043708U - 一种球压试验压痕自动测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种球压试验压痕自动测量装置，包括：底座、立杆以及调焦座、USB数据线、COMS工业相机、变焦镜头或显微镜头、遮光罩、面光源、被测样品、PC机；本实用新型提供了一种球压试验压痕自动测量装置，以CMOS工业相机实时采集压痕图像，并将采集的图像通过USB数据线连接到PC机，从而使得在PC可以对图像进行处理。

Description

一种球压试验压痕自动测量装置

技术领域

本实用新型属于材料测试技术领域，尤其涉及一种球压试验压痕的自动测量装置。

背景技术

球压试验是许多产品安全标准中测试材料的耐热特性的重要试验，也是进行实验室能力验证中的常用实验。在高温条件下，非金属材料、绝缘材料的结构特性会发生本质的变化，出现材料变软甚至熔融的现象，使其机械强度急剧下降，直接影响电器产品的质量和使用安全。因此在国家强制性标准GB2099.1-2008，GB16915.1-2003等标准中，都对非金属材料、绝缘材料的耐热性能提出明确的要求，要求进行球压试验。

球压测试中最重要的一步就是压痕测量。在标准IEC 60695-10-2：2003中详细定义了球压试验的材料要求、步骤和测试条件，并且明确规定了压痕的测量是以钢球接触点为准。但是标准中没有对如何判定钢球接触点给出一个简单具体的操作方法。理论上，钢球与测试样品的接触点也就是钢球与样品上压痕凹面的几何相切点，压痕直径则是两切点的最大间距。而实际测量中的难点就是如何在压痕上找到切点的准确位置，这也是导致测量误差的主要因素。

在球压试验中，压痕直径的大小是判定材料是否合格的标准，因此如何精确测量压痕直径非常重要。一般来说，产品安全标准中允许的压痕直径必须小于2mm。对于如此小的样品尺寸，普通的切割很难在不破坏样品的情况下完整的得到压痕剖面。而采用投影或者三维数字显微镜等方法，在实际操作中压痕边界通常较为模糊，试验人员不能非常准确的判定压痕边界，在压痕数据的读取上，存在较大的人为误差，影响了测量结果。而且，在检测中，相当一部分材料的压痕直径就在临界值附近，这也对检测人员提出了更高的要求，因此，如何改进压痕直径的测量方法，减小试验人员主观性对试验结果的影响，也就成为球压试验测量方法的发展方向。

压痕直径的确定依赖于压痕边界的确定，目前已经有很多传统方法用于测量球压试验的压痕直径。其中，一种方法是通过测量钢球压入深度来计算得到压痕直径的。首先在试验前用外径千分尺测量钢球与样品的总高度，完成试验并将样品冷却后，再次测量钢球与样品的总高度，得到钢球的压入深度，进而求出压痕直径。另一种方法是将有色印油涂在压痕上显示出压痕边界，或者在样品压痕表面蒙一层薄纸，在纸上描出压痕边界轮廓，再用测量显微镜读出压痕直径的最大值和最小值，取中间值作为测量结果。

这些传统测量方法存在着测量精度低、误差较大、步骤繁琐、操作不方便、测量自动化程度低等问题。近年来，随着激光技术、精密计量光栅制造技术、计算机技术以及图像获取和处理技术的发展，出现了一些新的测量方法，为球压试验提供了更有利的分析手段。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本实用新型目的是提供一种球压试验压痕自动测量装置。

为实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种球压试验压痕自动测量装置，包括：底座、立杆以及调焦座、USB数据线、COMS工业相机、变焦镜头或显微镜头、遮光罩、面光源、被测样品、PC机；

所述立杆垂直固定在底座表面上，所述调焦座一端套装在立杆上；变焦镜头或显微镜头安装在CMOS工业相机的感光元件一侧，同时，变焦镜头或显微镜头调焦座的前端固定连接，所述变焦镜头或显微镜头的入射孔指向底座表面，并且其轴线方向始终保持垂直于底座表面；遮光罩罩在底座的外周及上方，变焦镜头或显微镜头的入射孔插入遮光罩内，被测样品水平固定在底座表面并位于变焦镜头或显微镜头入射孔的正下方，所述遮光罩遮光罩罩在底座的外周及上方，变焦镜头或显微镜头的入射孔插入遮光罩内，所述面光源安装在遮光罩的内壁上；所述CMOS工业相机通过USB数据线连接到PC机。

优选地，所述面光源为LED光源，其安装在被测样品的一侧，所述面光源的底部平面固定在遮光罩内侧，其与被测样品表面在高度上处于同一水平面。

优选地，所述面光源的出光孔处安装了漫反射板。

优选地，所述调焦座上设置有一个调焦旋钮，通过所述调焦旋钮将调焦座固定在所述立杆上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为，提供了一种球压试验压痕自动测量装置，以CMOS工业相机实时采集压痕图像，并将采集的图像通过USB数据线连接到PC机，从而使得在PC可以对图像进行处理。

附图说明

图1是球压试验压痕自动测量装置的硬件结构图；

图中，1.底座，2.立杆，3.调焦座，4.调焦旋钮，5.USB数据线，6.COMS工业相机，7.变焦镜头或显微镜头，8.遮光罩，9.面光源，10.被测样品。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

应当说明的是，本申请中所述的“连接”和用于表达“连接”的词语，如“相连接”、“相连”等，既包括某一部件与另一部件直接连接，也包括某一部件通过其他部件与另一部件相连接。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、部件或者模块、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本申请的目的是提供一种硬件装置，从而可以利用CMOS工业相机实时采集压痕图像，并将采集的图像通过USB数据线连接到PC机，从而使得PC机可以对图像进行处理。本申请不涉及计算机程序的改进。

实施例

如图1所示，本申请提供了一种球压试验压痕自动测量装置，包括底座(1)、立杆(2)以及调焦座(3)、调焦旋钮(4)、USB数据线(5)、COMS工业相机(6)、变焦镜头或显微镜头(7)、遮光罩(8)、面光源(9)、被测样品(10)。

其中，立杆(2)垂直固定在底座(1)表面上，调焦座(3)一端套装在立杆(2)上，调焦座(3)上同时设置有一个调焦旋钮(4)；变焦镜头或显微镜头(7)安装在CMOS工业相机(6)的感光元件一侧，同时变焦镜头或显微镜头(7)固定安装在调焦座(3)的前端，使变焦镜头或显微镜头(7)的入射孔指向底座(1)表面，并使其轴线方向始终保持垂直于底座(1)表面，调节调焦旋钮(4)可以微调调焦座(3)的垂直位置，松开调节旋钮(4)可以将调焦座(3)的位置进行调节，从而带动COMS工业相机(6)和变焦镜头或显微镜头(7)上下移动，获取清晰的样品图像；遮光罩(8)罩在底座(1)的外周及上方，变焦镜头或显微镜头(7)的入射孔插入遮光罩(8)内，被测样品(10)水平固定在底座(1)表面，面光源(9)以被测样品(10)的高度侧向安装在遮光罩(8)的内壁上，给测量装置提供侧向照明，遮光罩(8)则将底座(1)、被测样品(10)、面光源(9)、变焦镜头或显微镜头(7)的入射孔包含在内，以避免环境光对测量结果的干扰；CMOS工业相机(6)通过USB数据线(5)连接到PC机。

需要说明的食，CMOS工业相机(6)在测量系统中作为图像传感器，位于被测样品(10)上方，既可以采集静态图像，也可以采集动态图像，并且能够通过PC机控制拍摄。

变焦镜头或显微镜头(7)安装在CMOS工业相机(6)的感光元件一侧，用于将被测样品(10)表面清晰聚焦到CMOS感光元件上。变焦镜头的焦距可以在一定范围内调节，相应的视场角也会改变；在焦距较小时，变焦镜头的视场范围较大，对外部光源的要求也较低。当测量系统的焦距固定时，使用显微镜头可以获得更高分辨率的图像，同时也需要增加高质量的面光源。

PC机在线控制相机的参数设置以及图像获取，并利用图形化编程语言LabVIEW和图像处理模块IMAQ Vision进行图像处理和数据拟合，测量压痕的直径。PC机利用ActiveX控件调用CMOS工业相机(6)的参数配置窗口设置分辨率、曝光时间等参数，利用IMAQCreate.VI在内存中创建图像缓冲区，利用IMAQ Read.VI在窗口中实时显示图像，利用IMAQWrite.VI以指定格式保存图像到指定位置，利用IMAQ Read.VI对图像进行灰度转换，利用IMAQ Lowpass.VI对图像进行滤波，利用IMAQ Convolute.VI对图像进行锐化，利用IMAQThreshold.VI对图像进行二值化处理，利用IMAQ Spoke.VI在圆弧边界形成边缘搜索点，利用IMAQ Fit Circle.VI以“最小二乘法”拟合完整的圆形压痕边界。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种球压试验压痕自动测量装置，其特征在于，包括：底座(1)、立杆(2)以及调焦座(3)、USB数据线(5)、CMOS工业相机(6)、变焦镜头或显微镜头(7)、遮光罩(8)、面光源(9)、被测样品(10)、PC机；

所述立杆(2)垂直固定在底座(1)表面上，所述调焦座(3)一端套装在立杆(2)上；变焦镜头或显微镜头(7)安装在CMOS工业相机(6)的感光元件一侧，同时，变焦镜头或显微镜头(7)调焦座(3)的前端固定连接，所述变焦镜头或显微镜头(7)的入射孔指向底座(1)表面，并且其轴线方向始终保持垂直于底座(1)表面；遮光罩(8)罩在底座(1)的外周及上方，变焦镜头或显微镜头(7)的入射孔插入遮光罩(8)内，被测样品(10)水平固定在底座(1)表面并位于变焦镜头或显微镜头(7)入射孔的正下方，所述遮光罩(8)遮光罩(8)罩在底座(1)的外周及上方，变焦镜头或显微镜头(7)的入射孔插入遮光罩(8)内，所述面光源(9)安装在遮光罩(8)的内壁上；所述CMOS工业相机(6)通过USB数据线(5)连接到PC机。

2.根据权利要求1所述的球压试验压痕自动测量装置，其特征在于，所述面光源(9)为LED光源，其安装在被测样品(10)的一侧，所述面光源(9)的底部平面固定在遮光罩(8)内侧，其与被测样品(10)表面在高度上处于同一水平面。

3.根据权利要求2所述的球压试验压痕自动测量装置，其特征在于，所述面光源(9)的出光孔处安装了漫反射板。

4.根据权利要求1所述的球压试验压痕自动测量装置，其特征在于，所述调焦座(3)上设置有一个调焦旋钮(4)，通过所述调焦旋钮(4)将调焦座(3)固定在所述立杆(2)上。