[发明专利]微小圆孔尺寸及圆度同时测量的装置与方法

说明书

技术领域

本发明公开一种微小圆孔尺寸及圆度同时测量的装置与方法，按国际专利分类表(IPC)划分属于微小圆孔测量技术领域。

背景技术

微小圆孔的尺寸（直径）和圆度是精密机械加工中非常关注的圆孔特征参数。现有微小圆孔的非接触测试装置或仪器，基于衍射法的，只能测试其尺寸，不能同时测量其圆度；基于显微投影法的，随着待测微小圆孔尺寸变小，投影出的光孔也会变小，从微孔中透过的光变弱，其尺寸和圆度的测量精度会变低。

中国文献CN 02137742.1涉及一种微孔自动测量方法及装置,方法步骤是:CCD摄像头将微孔通过显微镜放大后的图像输入计算机;用面积法对微孔图像进行滤波,找到最大象素数所对应的微孔;将微孔边界点坐标存入链表,计算得到微孔的中心点坐标,寻找0～180度方向上的孔径极大值,选取最大,最小值,得孔径平均值及圆度误差,然而，该测量方法无法找到中心点，且所用的光源为普通光源，而微孔尺寸极小，仅靠摄像头拍摄微孔并放大图像很难精确测量出微孔尺寸。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种微小圆孔尺寸及圆度同时测量的装置与方法，而且随着待测微小圆孔尺寸变小，其尺寸和圆度测量精度不会降低。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种微小圆孔尺寸及圆度同时测量的装置，包括He-Ne激光器、被测圆孔及夹持器、带标志毛玻璃接收屏、信息采集装置、信息处理装置，

其中的He-Ne激光器、被测圆孔及夹持器、带标志毛玻璃接收屏及信息采集装置由二维可调装置承载并置于光学平台上，其中夹持待测微小圆孔的为精密二维可调整装置，通过调整保证它们的中心基本在一条直线上，被测圆孔及夹持器及带标志毛玻璃接收屏表面平行并与上述直线垂直，数据采集前通过精密调整和判断，使He-Ne激光器发出的高准直度激光通过待测微孔所产生的衍射光斑中心与玻璃接收屏标志的中心一致达到对准和准直要求。

进一步，所述的精密二维可调整装置为精密二维调整台，它是通过螺旋测微器来调整水平竖直方向，所述的信息采集装置为CCD面阵摄像机，信息处理装置为计算机及相配套软件。

进一步，所述的带标志玻璃接收屏为衍射图样的接收屏，其为正方形毛玻璃片，四周包裹并与精密二维调整装置相连，接收屏上标志有3.0mm×3.0mm的不透光“十”字叉，该标识位于接收屏的中心使激光通过衍射孔的衍射图样的中心与“十”字叉交点重合。

进一步，所述的被测圆孔直径的测试量程为0.005mm~0.5mm。

一种微小圆孔尺寸及圆度同时测量方法，包括如下步骤：

（1）测试工序，反复调整He-Ne激光器、被测圆孔、带标志玻璃接收屏及信息采集装置，使所测微小圆孔衍射图样在衍射屏及信息处理机显示屏上第一暗环完整出现且对比度较好，开启He-Ne激光器，获得微小圆孔衍射的视屏图像；

（2）对衍射视屏图像进行灰度统计，找出图像灰度中值，以灰度中值为标准，对视屏图像作二值化处理，以（361,500）为旋转中心，在0°~180°内每隔15°旋转，求得衍射图样艾里斑不同位置实际直径值（即第一暗环不同实际直径值）D0、D1、D2、D3、……、D10、D11；

（3）把D0、D1、……、D10、D11带入衍射测量公式                                                中，可分别求得微小圆孔在不同位置对应的直径值d0、d1、……、d10、d11。

则微小圆孔：最大直径为

最小直径为

则微小圆孔的平均直径为

微小圆孔的圆度为：。

步骤（2）中，对视屏图像作二值化处理，作一条连接像素值分别为（0,500）和（721,500）两点的直线，再做一条过（361,500）点且垂直前面连线的直线，分别求出它们与第一暗纹二值化后暗环的交点像素坐标，然后求得水平线的两个像素点中点为A（x1,500）和B（x2,500），垂直线一个交点中点为C（361,y1）。运用三点确定一个圆的理论，可求得此位置衍射图样艾里斑第一级暗纹的半径与直径的像素值，将该值再乘以每一像素代表的实际尺寸就得到了衍射图样第一级暗环实际直径尺寸D0，以（361,500）为旋转中心，在0°~180°内每隔