锚夹片专用维氏硬度光电检测仪的设计与实现

摘要

锚夹片是预应力结构中的关键基础部件之一,在桥梁、大跨度结构工程中得到广泛的应用,锚夹片表面硬度是重要技术性能指标。目前生产企业对锚夹片硬度的检测主要靠人工操作硬度计形成硬度压痕,再用配套的显微镜目视检测。这种人工操作的方式检测效率比较低且劳动强度大,容易造成误判。本论文是对锚夹片的硬度检测手段的改进,选用维氏硬度检测法,用光电检测装置代替传统维氏硬度计观察显微镜目视观测,使锚夹片硬度的检测达到自动化。本课题设计了维氏硬度光电检测系统,原理是用高倍平场半复消色差显微物镜和工业数字相机采集锚夹片表面的维氏硬度正四棱锥压痕图像,并利用图像处理软件测量压痕对角线长度从而达到检测锚夹片硬度的目的。基于这一原理设计制造了融光机电算于一体的新型计量仪器——锚夹片硬度光电检测仪样机。锚夹片硬度检测仪器的研发能为广西“千亿元产业重大科技攻关”项目之一“新型预应力锚具、起重设备、建筑设备及控制系统关键技术的研究开发”的技术进步添砖加瓦,为广西地方经济发展做出应有的贡献。
　　本文主要研究工作如下:
　　(1)根据维氏硬度计国家试验标准对维氏硬度检测的要求和锚夹片的特征,设计了专用于锚夹片硬度检测的维氏硬度计主机。
　　(2)为了实现检测自动化,设计制造了维氏硬度光电检测装置代替传统维氏硬度计中的观察显微镜。
　　(3)锚夹片表面压痕小且检测精度要求高,为此设计制造了63×无穷远像距平场半复消色差显微物镜,并根据与图像传感器接口的需要设计制造了适合的辅助物镜。
　　(4)以图像处理理论为基础,研究图像处理算法包括锚夹片表面压痕的识别、提取、直线拟合和顶点扫描等算法,并设计定标系统以确定系统的实际放大率,由此计算出压痕的实际长度和锚夹片硬度值。最后据此开发了图像测量软件。
　　本论文创新地把先进的显微镜技术和图像传感技术及计算机图像测量技术运用在锚夹片的硬度检测中,研制出自动维氏硬度检测仪样机。实验数据验证了本检测仪设计的合理性。本仪器能很好的用于锚夹片的硬度检测,本课题圆满的完成了课题研究任务。

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第一章 绪论

§1.1 课题背景及检测对象

§1.2 锚夹片硬度检测现状及维氏硬度检测法的确定

§1.3 维氏硬度检测法的发展及现状

§1.4 本课题研究的意义、内容及创新点

§1.5 本论文的组织结构及主要内容

第二章 维氏硬度光电检测系统的开发与维氏硬度计主机设计

§2.1系统的组成及检测方案

§2.2 维氏硬度光电检测系统设计及实现

§2.3 维氏硬度计主机结构设计

§2.4本章总结

第三章 成像光学系统设计

§3.1无穷远像距光学系统及其一般设计方法

§3.2光学系统及其主要性能参数的确定

§3.3 无穷远光学系统的设计

§3.4 本章总结

第四章 维氏硬度压痕测量算法研究及软件开发

§4.1 数字图像处理的基本概念和描述形式

§4.2 图像处理算法过程

§4.3 系统定标

§4.4 软件的开发

§4.5本章总结

第五章 实验验证

§5.1 实验条件

§5.2 实验方案及结果

§5.3 误差分析

第六章 总结与展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间主要研究成果

致谢