CN116165202A - 一种材料纹理测量设备及图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种材料纹理测量设备及图像处理方法，包括光发生器、图像传感器、半反半透镜、透光板和旋转台。图像传感器用于感应光线图像；半反半透镜倾斜间隔设于图像传感器下方；透光板间隔设于半反半透镜下方；旋转台位于透光板下方，旋转台上放置有待测件，且待测件随旋转台控制转动，光发生器的单色线偏光照射至半反半透镜，通过半反半透镜的反射照射至透光板上，在透光板上，一部分发生反射的光线与另一部分光线透过透光板照射在待测件后被反射回至透光板的光线发生干涉，该干涉光透过半反半透镜后被图像传感器接收，以识别待测件表面的干涉光图片；其中，旋转台控制待测件均匀缓慢定点转动，以使图像传感器识别待测件每处的干涉图像。

Description

一种材料纹理测量设备及图像处理方法

技术领域

本发明涉及材料纹理测量的技术领域，尤其涉及一种材料纹理测量设备及图像处理方法。

背景技术

现有技术中，应实际设计及应用需求，需要快速测量并反映，待测物件表面，边缘及孔洞的纹理，如材料镀膜后，膜面厚薄及平整；金属抛光后，表面划痕数量及深浅检测；物件表面钻孔后，钻孔边缘检测。

常见的表面平整度测量方法，可用千分表沿着一维路径滑动，得到二维图像，再用多组测量的方式，得到材料表面三维图像。此方法测量周期长，难以测量1μm的平面跳动，且与材料存在应力接触，存在刮伤材料表面的风险。或者使用干涉仪或电子进行扫描，但其设备成本高昂，使用难度大，无法大面积使用。现有技术公开了申请号为CN 114440785A的一种基于光干涉原理的材料光致形变系数测量装置及方法，其中，公开干涉光源用于发射干涉光；激发光源用于发射诱导材料变形的激发光；半反半透镜设置在干涉光源的出射光路上；平面镜设置在半反半透镜的透射光路上；干涉光源发射光经过半反半透镜、待检测材料后，可在观测屏上形成干涉条纹的技术方案，但是，利用光干涉原理来测量材料的变形系数时，对仪器不仅精度要求高，对环境也有着严格的要求，如仪器在使用过程中，半反半透镜的局部处附着有空气的尘埃时，会影响该处对应材料的变形系数测量，从而影响检测结果的准确性，需要重复检测导致检测效率低；

因此，需要解决现有技术测量材料纹理时精确度低和效率慢的技术问题。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种材料纹理测量设备，旨在解决测量材料纹理时精确度低和效率慢的技术问题。

为解决上述技术问题，提供一种材料纹理测量设备，包括光发生器、图像传感器、半反半透镜、透光板和旋转台。所述光发光器制造稳定的单色线偏光，光线平行出射；所述图像传感器用于感应光线图像；所述半反半透镜倾斜间隔设于所述图像传感器下方；所述透光板间隔设于所述半反半透镜下方；所述旋转台位于所述透光板下方，旋转台上放置有待测件，且所述待测件随所述旋转台控制转动，所述光发生器的单色线偏光照射至所述半反半透镜，通过所述半反半透镜的反射照射至所述透光板上，在所述透光板上，一部分发生反射的光线与另一部分光线透过所述透光板照射在所述待测件后被反射回至所述透光板的光线发生干涉，该干涉光透过所述半反半透镜后被所述图像传感器接收，以识别所述待测件表面的干涉光图片；

其中，所述旋转台控制待测件均匀缓慢定点转动，以使所述图像传感器识别待测件每处的干涉图像。

进一步地，所述材料纹理测量设备还包括驱动源和编码器，所述驱动源用于驱动所述旋转台的转动，所述编码器与所述驱动源电连接，以控制所述旋转台的转动角度。

进一步地，所述编码器为时栅或光栅，所述旋转台转动角度的精度为-3″至+3″。

进一步地，所述材料纹理测量设备还包括升降台，所述升降台与所述透光板固定连接，当所述升降台升高所述透光板时，以使所述待测件可以取放于所述旋转台。

进一步地，所述升降台还包括第一驱动杆和第二驱动杆，所述第一驱动杆固定于所述透光板的一端，所述第二驱动杆固定于所述透光板的另一端，当所述第一驱动杆驱动所述透光板的距离与所述第二驱动杆驱动所述透光板的距离不同时，所述透光板相对所述旋转台形成夹角。

进一步地，所述图像传感器包括多个阵列排布的传感单元，每个所述传感单元用于感应所述待测件表面不同位置的干涉光图片。

进一步地，通过所述编码器，控制所述驱动源带动所述旋转台转动一定角度，直至所述旋转台转动一周或数周，每次所述旋转台转动后，所述图像传感器记录采集一次图片数据。

本发明的第二个目的在于提供一种图像处理方法，旨在解决显示材料纹理的精确度低和效率慢的技术问题。

为解决上述技术问题，提供一种图像处理方法，所述材料纹理测量设备还包括存储器和处理器，所述存储器用于存储如上所述的干涉光的图片数据，所述处理器根据所述存储器的图片数据合成干涉光总图。

进一步地，所述处理器根据所述存储器的图片数据合成干涉光总图包括：所述处理器提取所述存储器的图片数据，过滤掉因设备本身导致的畸形图片数据，得到数据组集，将所述数据组集比较合并得到所述待测件的干涉光总图。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

1、本实施例中的材料纹理测量设备，由于待测件放置在旋转台上可跟随旋转台转动，当光线在半反半透镜反射照射至透光板上，从而一部分发生反射的光线与另一部分光线透过透光板照射在待测件后被反射回至透光板的光线发生干涉，进而该干涉光透过半反半透镜后被图像传感器接收来识别待测物体表面的干涉光图片，克服现有技术中测量材料纹理时精确度低和效率慢的技术问题；

2、本实施例中的材料纹理测量设备，由于通过编码器的时栅或光栅来控制旋转台转动角度的精度为-3″至+3″之间，这样可以使得旋转台上的待测材料连续缓慢转动，使得图像传感器能检测到待测材料表面每个转动角度的纹理情况，提高测量材料纹理的精度和可靠性；

3、本实施例中的材料纹理测量设备，由于通过升降台将透光板进行升降，可以便于取放旋转台待测件，而且升降台左有两侧抬升透光板时可以使得透光板与旋转台形成微小夹角劈尖，从而实现光学干涉测量待测材料表面纹理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述的测量设备的结构示意图；

图2为本发明实施例所述透光板升高状态的测量设备的结构示意图；

图3为本发明实施例所述测量设备工作状态的结构示意图；

图4为本发明实施例所述的图像传感器的结构示意图。

其中：100、测量设备；110、光发生器；120、图像传感器；121、传感单元；130、半反半透镜；140、透光板；150、旋转台；160、待测件；170、驱动源；190、升降台；191、第一驱动杆；192、第二驱动杆。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以容许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

请参考图1-图3，本发明实施例提供了一种材料纹理测量设备100，包括光发生器110、图像传感器120、半反半透镜130、透光板140和旋转台150。光发光器制造稳定的单色线偏光，光线平行出射；图像传感器120用于感应光线图像；半反半透镜130倾斜间隔设于图像传感器120下方；透光板140间隔设于半反半透镜130下方；旋转台150位于透光板140下方，旋转台150上放置有待测件160，且待测件160随旋转台150控制转动，光发生器110的单色线偏光照射至半反半透镜130，通过半反半透镜130的反射照射至透光板140上，在透光板140上，一部分发生反射的光线与另一部分光线透过透光板140照射在待测件160后被反射回至透光板140的光线发生干涉，该干涉光透过半反半透镜130后被图像传感器120接收，以识别待测件160表面的干涉光图片。具体应用中，待测件160的表面可以进行镀膜、抛光或钻孔等加工，为了对这类待测件160的表面测量，常见的表面平整度测量方法，可用千分表沿着一维路径滑动，得到二维图像，再用多组测量的方式，得到材料表面三维图像，但此方法测量周期长，难以测量1μm的平面跳动，且与材料存在应力接触，存在刮伤材料表面的风险。因此，本材料纹理测量设备100，通过光发生器110制造出稳定的单色线偏光，光线平行出射至半反半透镜130，然后反射到透光板140，而透光板140上一部分发生反射的光线与另一部分光线透过透光板140照射在待测件160后被反射回到透光板140的光线发生干涉，该干涉光透光半反半透镜130后被图像传感接受识别出该待测件160表面的干涉光图片。其中，值得注意的，由于半反半透镜130或透光板140存在污渍，尘埃，凸起等引起的图像畸变，且该图像畸变位置相对固定，为了过滤掉材料纹理测量设备100本身所引入的影响，提高设备本身测量的可靠性和测量精度，通过旋转台150可以将待测件160旋转一定角度进行测量，从而过滤掉半反半透镜130或透光板140上的特殊位置处因为污渍、尘埃或凸起等情况引起的图像畸变问题。

在一种可能的实施方式中，材料纹理测量设备100还包括驱动源170和编码器(图未示，)驱动源170用于驱动旋转台150的转动，编码器与驱动源170电连接，以控制旋转台150的转动角度。具体应用中，为了控制待测件160转动的角度，编码器控制驱动源170输出转动角，从而使得旋转台150带动待测件160转过一定的角度，这样便于计算出待测件160表面的纹理特征，从而判断出待测件160在完成如镀膜、抛光和钻孔后是否合格。

在一种可能的实施方式中，材料纹理测量设备100的驱动源170设于旋转台150内，编码器设于驱动源170中。具体应用中，驱动源170设于旋转台150内可以使得材料纹理测量设备100体积小型化，另外，驱动源170设于旋转台150的下方，可以理解的，驱动源170可以设置在旋转台150的一侧，通过齿轮减少器与旋转台150连接，驱动源170可以选择伺服电机或步进电机，由于本案对电机控制旋转台150的转动精度有较高的要求，因此，作为优先的，考虑选择伺服电机进行驱动以保证电机转动的连续精度性。

在一种可能的实施方式中，编码器为时栅或光栅，旋转台150转动角度的精度为-3″至+3″。具体应用中，为了更精确的识别待测件160的表面纹理，需要控制待测件160转动的角度的精度，其中，编码器为时栅或光栅时，旋转台150的转动角度的精度可以控制在-3″至+3″之间，这样，可以实现更精密的分析待测件160表面的纹理，而不会导致待测件160表面的纹理测量出现断裂，影响测量的准确性。

在一种可能的实施方式中，材料纹理测量设备100还包括升降台190，升降台190与透光板140固定连接，当升降台190升高透光板140时，以使待测件160可以取放于旋转台150。具体应用中，为了便于待测件160可以从旋转台150取放，当升降台190上升时，可以使得透光板140上升一定距离，从而将待测件160取出或放入旋转台150中，当升降台190下降时，使得透光板140距离检测件具有一定的距离，这样可以避免在放置待测件160时意外刮花透光板140，从而影响待测件160检测的精确性。

在一种可能的实施方式中，升降台190还包括第一驱动杆191和第二驱动杆192，第一驱动杆191固定于透光板140的一端，第二驱动杆192固定于透光板140的另一端，当第一驱动杆191驱动透光板140的距离与第二驱动杆192驱动透光板140的距离不同时，透光板140相对旋转台150形成夹角。具体应用中，为了能使透光板140与旋转台150形成一个微小夹角劈尖，由于透光板140的一端固定在第一驱动杆191，透光板140的另一端固定在第二驱动杆192固定在第二驱动杆192，所以当第一驱动杆191驱动透光板140的距离与第二驱动杆192驱动透光板140的距离不同时，透光板140就会与旋转台150形成一个微小夹角劈尖，这样，可以调整材料纹理测量设备100测量待测件160表面干涉光的效果。

在一种可能的实施方式中，第一驱动杆191的驱动端与透光板140的一端卡接驱动，第二驱动杆192的驱动端与透光板140的另一端卡接驱动，其中，第一驱动杆191的驱动端具有第一延伸臂(图未示)，第二驱动杆192的驱动端具有第二延伸臂(图未示)。具体应用中，为了防止透光板140在升降过程中意外发生脱落，第一延伸臂抵接在透光板140一侧的下方，第二延伸臂抵接于透光板140另一侧的下方，同时，透光板140分别与第一延伸臂和第二延伸臂卡接，避免因为螺纹连接等方式对玻璃材质的透光板140造成损坏，另外，为了使得透光板140两侧的升降过程平稳，第一驱动杆191和第二驱动杆192分别使用丝杆电机进行驱动，值得说明的，由于第一驱动杆191、第二驱动杆192的升降和旋转台150的转动在一定程度上的位置关系具有对应性和相同的精度等级要求，因此，在本案可以预料：将驱动源170分别作为旋转台150、第一驱动杆191和第二驱动杆192的动力源，其中，驱动源170通过齿轮减速器分别调节旋转台150的转动、带动第一驱动杆191中的丝杆转动和第二驱动杆192的丝杆转动来实现透光板140的升降，从而使得材料纹理测量设备100可以简化设计，降低生产成本，同时，提高对待测件160的检测效率。

在一种可能的实施方式中，图像传感器120包括多个阵列排布的传感单元121，每个传感单元121用于感应待测件160表面不同位置的干涉光图片。具体应用中，为了快速测量待测件160每处的材料纹理，图像传感器120中包括多个阵列排布的传感单元121，照射到待测件160表面不同位置的光线，经过反射后透过透光板140，再透过半反半透镜130后被图像传感器120中的传感单元121接收，每个传感单元121用于感应待测件160表面不同位置的干涉光的图片，从而可以同时清晰识别待测件160上表面不同位置处的干涉光图片。

在一种可能的实施方式中，通过编码器，控制驱动源170带动旋转台150转动一定角度，直至旋转台150转动一周或数周，每次旋转台150转动后，图像传感器120记录采集一次图片数据。具体应用中，为了能准确识别出待测件160全部表面的纹理，编码器控制驱动源170带动旋转台150转动过一个角度，直至旋转台150带动待测件160转动一周或数周，而且每次旋转台150转动结束后，图像传感器120的传感单元121就记录采集一次图片的数据，这样可以避免因为透光板140存在污渍，尘埃，凸起等引起的图像畸变，另外，也可以过滤掉半反半透镜130处因为污渍、尘埃和凸起等引起的图像畸变，从而提高待测件160表面纹理的识别准备性。

实施例二

本实施例与实施例一所保护的主题不同，具体不同：

为解决上述技术问题，提供一种图像处理方法，材料纹理测量设备100还包括存储器(图未示)和处理器(图未示)，存储器用于存储如上的干涉光的图片数据，处理器根据存储器的图片数据合成干涉光总图。具体应用中，由于图像传感器120将待测件160表面纹理的干涉光图像通过多个阵列排布的传感单元121进行识别，存储器与传感单元121通讯连接，存储器200可以用于存储待测件160表面纹理干涉光的图片数据，然后处理器根据存储器的图片数据合成为干涉光的总图。

在一种可能的实施方式中，处理器根据存储器的图片数据合成干涉光总图包括：处理器提取存储器的图片数据，过滤掉因设备本身导致的畸形图片数据，得到数据组集，将数据组集比较合并得到待测件160的干涉光总图。具体应用中，为了能过滤去除材料纹理测量设备100本身导致的畸形图片数据，处理器首先提取存储器的图片数据，然后过滤掉设备产生的畸形图片数据，从而得到数据组集，将数据组集比较后进行合并得到待测件160的干涉光总图，另外材料纹理测量设备100还包括显示屏，显示屏与处理器电连接，从而将干涉光总图传送到显示屏供操作员观察待测件160的表面纹理。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种材料纹理测量设备，其特征在于，包括：

光发生器，所述光发光器制造稳定的单色线偏光，光线平行出射；

图像传感器，所述图像传感器用于感应光线图像；

半反半透镜，所述半反半透镜倾斜间隔设于所述图像传感器下方；

透光板，所述透光板间隔设于所述半反半透镜下方；

旋转台，所述旋转台位于所述透光板下方，旋转台上放置有待测件，且所述待测件随所述旋转台控制转动，所述光发生器的单色线偏光照射至所述半反半透镜，在所述半反半透镜的反射照射至所述透光板上，在所述透光板上，一部分发生反射的光线与另一部分光线透过所述透光板照射在所述待测件后被反射回至所述透光板的光线发生干涉，该干涉光透过所述半反半透镜后被所述图像传感器接收，以识别所述待测件表面的干涉光图片；

其中，所述旋转台控制待测件均匀定点转动，以使所述图像传感器识别待测件每处的干涉图像。

2.根据权利要求1所述的材料纹理测量设备，其特征在于，所述材料纹理测量设备还包括驱动源和编码器，所述驱动源用于驱动所述旋转台的转动，所述编码器与所述驱动源电连接，以控制所述旋转台的转动角度。

3.根据权利要求2所述的材料纹理测量设备，其特征在于，所述编码器为时栅或光栅，所述旋转台转动角度的精度为-3″至+3″。

4.根据权利要求1-3任一项所述的材料纹理测量设备，其特征在于，所述材料纹理测量设备还包括升降台，所述升降台与所述透光板固定连接，当所述升降台升高所述透光板时，以使所述待测件可以取放于所述旋转台。

5.根据权利要求4所述的材料纹理测量设备，其特征在于，所述升降台还包括第一驱动杆和第二驱动杆，所述第一驱动杆固定于所述透光板的一端，所述第二驱动杆固定于所述透光板的另一端，当所述第一驱动杆驱动所述透光板的距离与所述第二驱动杆驱动所述透光板的距离不同时，所述透光板相对所述旋转台形成夹角。

6.根据权利要求2所述的材料纹理测量设备，其特征在于，所述图像传感器包括多个阵列排布的传感单元，每个所述传感单元用于感应所述待测件表面不同位置的干涉光图片。

7.根据权利要求6所述的材料纹理测量设备，其特征在于，通过所述编码器，控制所述驱动源带动所述旋转台转动一定角度，直至所述旋转台转动一周或数周，每次所述旋转台转动后，所述图像传感器记录采集一次图片数据。

8.一种图像处理方法，其特征在于，所述材料纹理测量设备还包括存储器和处理器，所述存储器用于存储如权利要求1-7任一项所述的干涉光的图片数据，所述处理器根据所述存储器的图片数据合成干涉光总图。

9.根据权利要求8所述的图像处理方法，其特征在于，所述处理器根据所述存储器的图片数据合成干涉光总图包括：所述处理器提取所述存储器的图片数据，过滤掉因设备本身导致的畸形图片数据，得到数据组集，将所述数据组集比较合并得到所述待测件的干涉光总图。

Images