[发明专利]基于显微照相矩阵的跨尺度夹杂物快速分析仪器及方法

说明书

本发明涉及一种基于显微照相矩阵的跨尺度全自动夹杂物快速分析仪器及方法。该分析仪器包括显微照相矩阵系统、高精密三维数控工作台、计算工作群以及控制和数据处理系统；待测样品为大尺寸金属构件，显微照相矩阵系统可上下移动地固定在高精密三维数控工作台的Z轴上，计算工作群通过控制和数据处理系统控制高精密三维数控工作台的位移，逐步移动待测样品的位置，使得显微照相矩阵系统遍历所有待测样品的待测表面，实现对待测样品的全尺度显微照相，进行夹杂物搜索、面积计算、定位、形貌分级放大以及统计分布分析。本发明将显微照相矩阵和高速运算相结合，样品扫描尺寸大、精度高、速度快，显著提高大尺度样品夹杂物分析效率。

技术领域

本发明属于材料表面高通量显微表征技术领域，特别涉及一种基于显微照相矩阵的跨尺度全自动夹杂物快速分析仪器及方法。

背景技术

重大工程关键核心部件通常为大尺度金属构件。大尺度金属构件夹杂物是航空、高铁等行业关键部件失效的重要因素。目前，国内外没有直接快速测量大尺度金属构件夹杂物的自动化检测手段。采用常规的光学显微镜金相方法只能检测10mm×10mm以内大小的金属构件表面夹杂物，需要把大尺度样品切割成适合普通金相分析大小的样品，加工费时费力、效率低且部分表面的参数可能因为切割处理失真。因此，普通金相显微技术只能处理小尺寸样品，无法得到跨尺度样品的夹杂物等金相信息。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于显微照相矩阵的跨尺度全自动夹杂物快速分析仪器及方法。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种基于显微照相矩阵的跨尺度夹杂物快速分析仪器，该分析仪器包括显微照相矩阵系统1、高精密三维数控工作台2、计算工作群以及控制和数据处理系统；待测样品10为大尺寸金属构件，其中：

该高精密三维数控工作台2包括在水平X轴和Y轴方向精密移动用于固定待测样品10的水平样品台8和垂直于X轴Y轴平面的Z轴9。

所述显微照相矩阵系统1能够上下移动地固定在高精密三维数控工作台2的Z轴9上，位于水平样品台8上的待测样品10的上方；显微照相矩阵系统1包括多个阵列布置的显微照相单元。

所述计算工作群包括一台服务器3、网络交换器4和多台工作站5；所述服务器3与高精密三维数控工作台2连接，服务器3通过网络交换器4分别与多台工作站5连接，每台工作站5均与显微照相矩阵系统1中的多个显微照相单元连接。

计算工作群通过控制和数据处理系统控制高精密三维数控工作台2的工作，逐步移动待测样品10的位置，使得显微照相矩阵系统1遍历所有待测样品10的待测表面，并由工作站5完成所对应的显微照相单元采集图像的拼接，再由服务器3将各工作站5的拼接图像拼接成一张完整的待测样品10的金相图像，实现对待测样品10的全尺度显微照相，进行夹杂物搜索、面积计算、定位、形貌分级放大以及统计分布分析。

该分析仪器对样品的分析尺度为从毫米级至米级。

显微照相矩阵系统1遍历待测样品10的待测表面的过程中，显微照相矩阵系统1中的各显微照相单元所拍摄的待测样品10的待测表面的图像不重叠。

待测样品10固定在水平样品台8上，且待测样品10的待测表面平行于水平面。

所述显微照相矩阵系统1通过矩阵固定架能够上下移动地固接在高精密三维数控工作台2的Z轴9上，其中：每个显微照相单元的系统光轴垂直于待测样品10的待测表面，每个显微照相单元均包括上下依次布置的显微相机6和大视场显微镜7。

所述高精密三维数控工作台2的位移精度为微米级。

显微照相单元的数量依据待测样品10的大小设定；工作站5的数量依据显微照相单元的数量设定。

所述计算工作群采用图形处理器GPU。