RU2768691C1 - Способ получения профиля вдоль линии сканирования и профиля поверхности по изображению, полученному с цифрового устройства - Google Patents
Способ получения профиля вдоль линии сканирования и профиля поверхности по изображению, полученному с цифрового устройства Download PDFInfo
- Publication number
- RU2768691C1 RU2768691C1 RU2021124515A RU2021124515A RU2768691C1 RU 2768691 C1 RU2768691 C1 RU 2768691C1 RU 2021124515 A RU2021124515 A RU 2021124515A RU 2021124515 A RU2021124515 A RU 2021124515A RU 2768691 C1 RU2768691 C1 RU 2768691C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- image
- digital
- obtaining
- digital device
- lens
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/93—Detection standards; Calibrating baseline adjustment, drift correction
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам неразрушающего исследования, контроля и диагностики состояния твердой поверхности, определения параметров рельефа и микрорельефа по фотоснимку, получаемому с помощью цифрового оптического устройства и анализируемого на персональном компьютере. Цифровое устройство для получения изображения поверхности оснащается матрицей светодиодов, расположенных вокруг объектива цифрового устройства на одинаковых расстояниях от центра объектива и друг от друга, обеспечивающих равномерное освящение поверхности монохроматическим светом с узкой шириной спектра излучения. Способ заключается в том, что исследуемая поверхность предварительно покрывается тонким, однотонным, матовым, однородным слоем из поверхностно-активного материала толщиной не более неоднородностей микрорельефа, для уменьшения влияния несущественных деталей рельефа, например небольшой шероховатости, съемку изображения поверхности производят в условиях расфокусировки оптической системы цифрового устройства, при этом величина расфокусировки определяется конкретным типом поверхности и поставленной задачей. Результатом является точный и достоверный профиль поверхности, полученный вдоль линии сканирования, и профилограмма поверхности в виде ее трехмерного изображения. 17 ил.
Description
Изобретение относится к способам неразрушающего исследования, контроля и диагностики состояния твердой поверхности, определения параметров рельефа и микрорельефа по фотоснимку, получаемому с помощью цифрового оптического устройства и анализируемого на персональном компьютере.
Известен способ исследования микрорельефа как проводящих, так и непроводящих поверхностей образцов твердых тел с помощью сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) (патент RU 2358352 С1; МПК H01J 37/285; 2007 год).
Способ заключается в получении проводящей реплики, сканирование этой реплики зондом и реконструкции реальной поверхности путем сравнения углов наклона касательных в соответствующих точках СТМ-профилограмм прямого и инвертированного обратного СТМ-изображений.
Известен способ изучения поверхности материалов с использованием атомно-силового сканирующего зондового микроскопа (патент RU 2563339 С1; МПК G01Q 60/24; G01N 29/24; 2014 год), техническим результатом которого является обеспечение возможности изучения динамики поведения квазичастиц на поверхности с нанометровым разрешением.
Общим недостатком обоих способов является необходимость предварительной пробоподготовки поверхности, ограниченный размер площади сканирования микрометровым и меньшим диапазоном, а также необходимости помещения объекта исследования в специальный держатель микроскопа.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ фотометрической диагностики структурного состояния материалов по данным анализа цифрового кодированного изображения их поверхности (патент RU 2387974 С2; МПК G01N 21/00; 2008 год), который относится к способам неразрушающего контроля и диагностики технического состояния объектов из конденсированных материалов по данным фотометрического анализа структурных изображений их поверхности, зафиксированных в цифровом коде с помощью оптического цифрового микроскопа. Способ основан на сравнении спектральной плотности яркости изображения фрагмента поверхности до и после воздействия на материал факторов вызывающих деградацию поверхности. Степень деградации материала на данном фрагменте определяют как отношение изменения спектральной плотности яркости изображения данного фрагмента к максимальному ее изменению для изображения фрагмента с предельной деградацией, соответствующей состоянию разрушения, и по степени деградации определяют значение параметра, характеризующего эксплуатационную пригодность материала.
Недостатком способа является необходимость предварительного разрушающего (деградирующего) воздействия на исследуемую поверхность, а также необходимость совместного анализа изображения поверхности до и после воздействия. Это подразумевает получение цифровых изображений одного и того же участка исследуемой поверхности до и после деградирующего воздействия на него. Это не является проблемой, если взаимное расположение микроскопа и образца неизменно в процессе эксперимента. Несоблюдение этого условия приводит к некорректным результатам сравнения спектров отражения видимого света, отснятых до и после внешнего воздействия на поверхность материала.
Для реализации предлагаемого способа используется измерительно-аналитический комплекс, который включает в себя следующие элементы: 1) средство для получения цифрового изображения поверхности (цифровой оптический микроскоп, цифровая фото- видео камера и др.); 2) персональный компьютер; 3) специализированные пакеты программ ЭВМ для получения и обработки цифрового изображения. Все элементы комплекса являются стандартными и многофункциональными.
Физической основой предлагаемого способа является способность поверхности отражать или поглощать электромагнитное излучение в оптическом диапазоне в зависимости от химического состава, структуры, рельефа и других особенностей поверхности. Интенсивность отраженного от поверхности света всецело зависит от указанных особенностей. В частности впадины на поверхности значительно поглощают свет, на выступах же преобладает отражение. Таким образом, яркостная картина изображения поверхности в отраженном свете будет нести информацию об особенностях ее рельефа.
Реализация изобретения основана на возможности представления изображения в цифровом коде, путем присвоения пикселям ПЗС матрицы цифрового устройства числа в соответствии с яркостью отраженного от поверхности монохроматического света падающего на соответствующий пиксель. Это дает возможность анализа полученного изображения с помощью специализированных компьютерных программ, которые позволяют построить график распределения интенсивности отраженного света, как функцию координаты вдоль линии сканирования (профилограмму). В качестве количественной меры профилограммы выступают интенсивность яркости пикселя в градациях серого - координата пикселя. Построение профилограмм по плоскости изображения поверхности дает трехмерную картину рельефа поверхности. Проведение такого анализа изображения стало возможным благодаря появлению в последнее время многофункциональных компьютерных программ - анализаторов цифровых изображений, например «ToupView», «Spip» и др.
Для осуществления предлагаемого способа получения фронтального изображения поверхности в отраженном свете используется цифровой оптический микроскоп (или цифровая камера) с функцией 2D измерения линейных координат (например, ASH-Omni). Для обеспечения равномерного освещения поверхности монохроматическим светом вокруг объектива цифрового устройства размещается светодиодный осветитель из матрицы светодиодов с узкой шириной спектра излучения, расположенные на одинаковых расстояниях от центра объектива и друг от друга (Фиг. 1).
В качестве примера реализации способа получения профилограммы поверхности вдоль линии сканирования и по плоскости изображения представлены результаты, полученные на модельном объекте с известной геометрией в виде лесенки наклеенных друг на друга полосок белой бумаги марки «SvetoCopy». Плоскости поверхности полосок перпендикулярны оптической оси используемого цифрового оптического микроскопа. Фиг. 2а иллюстрирует цифровое изображение модельного объекта и линию сканирования. Профилограмма вдоль этой линии (Фиг. 26) и всей поверхности в виде 3D-изображения (Фиг. 2в) отражают ступенчатую форму модельного объекта, особенности и детали его рельефа.
Для исключения влияния на формирование изображения поверхности в отраженном свете фазового состава, микроструктуры и др. особенностей поверхности в предлагаемом способе на исследуемой поверхности формируется тонкий, однотонный, матовый, однородный слой из поверхностно-активного материала толщиной не более неоднородностей микрорельефа. Матовый цвет поверхности так же обеспечивает исключение влияния на формируемое изображение эффекта связанного с отражением света от зеркальных поверхностей. В качестве иллюстрации на Фиг. 3а показано фронтальная цифровая фотография капли олова и ее инвентированное изображение с линией профилирования (Фиг. 3б). На представленном объекте явно прослеживается участок зеркального отражения, что проявляется на профилограмме, вдоль указанной линии профилирования, в виде провала профиля (Фиг. 3в). Нанесение на поверхность той же капли олова тонкого матового слоя (Фиг. 4а), мы использовали метод напыления, позволяет устранить этот недостаток, а вместе с тем и влияние химической неоднородности, фазового состава, микроструктуры и др. особенностей поверхности. При этом профиль (Фиг. 4б) вдоль линии сканирования, показанной на Фиг. 4а, дает полную информацию о рельефе поверхности вдоль указанной линии. Профилограмма поверхности капли (Фиг. 4а) в виде 3D изображения (Фиг. 4в) дает нам полную картину рельефа исследуемой поверхности со всеми ее особенностями.
Предлагаемый способ так же позволяет исключать из анализа формы поверхности несущественные для исследования особенности шероховатости. Это достигается путем получения цифрового изображения объекта в условиях некоторой расфокусировки оптической системы. Для иллюстрации этого способа в качестве примера показаны результаты профилирования модельного объекта в виде усеченного конуса с нанесенным, методом напыления, тонким матовым слоем (Фиг. 5а). Цифровое изображение объекта с линией сканирования (Фиг. 5б), получено при расположении плоскости основания перпендикулярно оптической оси микроскопа и в условиях расфокусировки. Наложение полученной профилограммы линии сканирования в масштабе реальных длины и высоты, на фотографию модельного объекта с бокового ракурса в том же масштабе (Фиг. 5в), показывает их полное соответствие. Это показывает точность и достоверной информации получаемой при использовании разработанного способа.
Предлагаемое изобретение имеет обширные области практического применения: 1) определение формы и структуры поверхности; 2) в качестве средства определения шероховатости; 3) исследование краевых областей; 4) исследование объектов поверхности которых образованы многослойными покрытиями; 5) углов смачивания; 6) неразрушающего контроля и технической диагностики поверхности; 7) обнаружение поверхностных дефектов; 8) оценки качества обработки поверхности и др.
В качестве конкретного примера реализации предлагаемого способа приведим исследование паяного соединения металлокерамического корпуса интегральной микросхемы (Фиг. 6). Фиг. 7а иллюстрирует цифровое изображение области паяного соединения в условиях расфокусировки микроскопа с положение линии сканирования, профиль которой показан на Фиг. 7б. Профилограмма поверхности паяного соединения в виде 3D-изображение иллюстрируется Фиг. 7в. Результаты позволяют, в частности, оценить наклон профилируемой линии на рассматриваемом участке, дают детальное трехмерное изображение всего участка, что, в совокупности дает возможность исследования и анализа галтели паяного соединения.
Claims (1)
- Способ получения профиля вдоль линии сканирования и профиля поверхности по изображению, полученному с цифрового устройства, заключается в получении и анализе полученного изображения с помощью специализированных компьютерных программ, которые позволяют построить график распределения интенсивности отраженного света как функцию координаты, отличается тем, что: 1) цифровое устройство для получения изображения поверхности оснащается матрицей светодиодов, расположенных вокруг объектива цифрового устройства на одинаковых расстояниях от центра объектива и друг от друга, обеспечивающих равномерное освящение поверхности монохроматическим светом с узкой шириной спектра излучения, 2) поверхность предварительно покрывается тонким, однотонным, матовым, однородным слоем из поверхностно-активного материала толщиной не более неоднородностей микрорельефа, 3) для уменьшения влияния несущественных деталей рельефа, например небольшой шероховатости, съемку изображения поверхности производят в условиях расфокусировки оптической системы цифрового устройства, при этом величина расфокусировки определяется конкретным типом поверхности и поставленной задачей.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021124515A RU2768691C1 (ru) | 2021-08-16 | 2021-08-16 | Способ получения профиля вдоль линии сканирования и профиля поверхности по изображению, полученному с цифрового устройства |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021124515A RU2768691C1 (ru) | 2021-08-16 | 2021-08-16 | Способ получения профиля вдоль линии сканирования и профиля поверхности по изображению, полученному с цифрового устройства |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2768691C1 true RU2768691C1 (ru) | 2022-03-24 |
Family
ID=80819486
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021124515A RU2768691C1 (ru) | 2021-08-16 | 2021-08-16 | Способ получения профиля вдоль линии сканирования и профиля поверхности по изображению, полученному с цифрового устройства |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2768691C1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2387974C2 (ru) * | 2008-06-27 | 2010-04-27 | Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (РАН) (Государственное учреждение) | Способ фотометрической диагностики структурного состояния материалов по данным анализа цифрового кодированного изображения их поверхности |
RU2726036C1 (ru) * | 2019-12-24 | 2020-07-08 | АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (АО "НИИ ОЭП") | Устройство для измерения пространственной индикатрисы рассеяния излучения |
RU2727913C1 (ru) * | 2016-07-12 | 2020-07-24 | Йосино Джипсум Ко., Лтд. | Способ контроля, способ контроля и передачи информации, способ изготовления, включающий способ контроля, устройство контроля и производственная установка |
-
2021
- 2021-08-16 RU RU2021124515A patent/RU2768691C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2387974C2 (ru) * | 2008-06-27 | 2010-04-27 | Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (РАН) (Государственное учреждение) | Способ фотометрической диагностики структурного состояния материалов по данным анализа цифрового кодированного изображения их поверхности |
RU2727913C1 (ru) * | 2016-07-12 | 2020-07-24 | Йосино Джипсум Ко., Лтд. | Способ контроля, способ контроля и передачи информации, способ изготовления, включающий способ контроля, устройство контроля и производственная установка |
RU2726036C1 (ru) * | 2019-12-24 | 2020-07-08 | АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (АО "НИИ ОЭП") | Устройство для измерения пространственной индикатрисы рассеяния излучения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8866891B2 (en) | Method for the non-destructive inspection of a mechanical part | |
US7135683B2 (en) | Infrared imaging for evaluation of corrosion test coupons | |
JPH109838A (ja) | 画像処理方法及び物体表面の欠陥検出方法 | |
JP5472096B2 (ja) | サンプルの平面の反射表面を検査する撮像光学検査装置及び方法 | |
JP2022522348A (ja) | 基板上の膜の検査のための装置及び方法 | |
CN108344751A (zh) | 基于多通道光源的材料板形缺陷检测***和方法 | |
TWI394946B (zh) | Method and device for measuring object defect | |
KR20080090452A (ko) | 광학적 측정 장치 | |
WO2022189250A1 (en) | Measuring apparatus and method for roughness and/or defect measurement on a surface | |
JP6624161B2 (ja) | 塗装金属板の塗膜膨れ幅測定装置および塗装金属板の塗膜膨れ幅の測定方法 | |
JP2006003372A (ja) | Ccdカメラによる正反射式表面性状測定方法及びその装置 | |
JP2001099632A (ja) | Ccdカメラによる正反射式表面性状測定方法及びその装置 | |
RU2768691C1 (ru) | Способ получения профиля вдоль линии сканирования и профиля поверхности по изображению, полученному с цифрового устройства | |
JP6782449B2 (ja) | 表面検査方法及びその装置 | |
JP2004004088A (ja) | 物体の表面形状を測定するための方法及び装置 | |
JP2019100753A (ja) | プリント基板検査装置及びプリント基板検査方法 | |
CN110402386A (zh) | 圆筒体表面检查装置及圆筒体表面检查方法 | |
KR100517868B1 (ko) | 시료 표면의 결함 측정 및 평가 방법 | |
JP2007085850A (ja) | コンクリート劣化因子検出方法及び検出装置 | |
EP3594665A1 (en) | Optical inspection device and method | |
TWI388817B (zh) | Method and device for measuring the defect of the CCD object by the critical angle method | |
CN114061907A (zh) | 光晕量化***及方法 | |
JP2001349714A (ja) | メッシュ状パターンの均一性評価方法 | |
US5745239A (en) | Multiple focal plane image comparison for defect detection and classification | |
KR20050057223A (ko) | 무영 3d/2d 측정장치 및 방법 |