微通道板平面度的检测装置及检测方法

摘要

本发明是关于一种微通道板平面度的检测装置及检测方法。该检测装置包括：固定机构、图像采集机构、投影机构、光源和处理机构。使用该检测装置对微通道板平面度进行检测的方法，包括：将微通道板固定于所述固定机构上；打开光源，将所述投影机构正投影在所述微通道板的待测量平面上，形成第一投影和第二投影；通过所述图像采集机构采集所述第一投影和所述第二投影的图像，形成图像数据；将所述图像数据传输到所述处理机构，对所述图像数据进行处理，并与预存的数据库进行比较，获得微通道板平面度。本发明微通道板平面度的检测装置可实现自动检测，该自动检测方法的测量精度高。

说明书

技术领域

本发明涉及微形变检测领域，特别涉及一种微通道板平面度的检测装置及检测方法。

背景技术

微通道板(Micro-channel plate,MCP)是一种具有二维空芯玻璃管阵列结构的电子倍增元件，现已被广泛地应用于夜视、航天、电子等领域之中。然而，微通道板在生产、加工与使用的过程中会受到热压、研磨抛光、酸碱腐蚀、氢高温还原和镀膜等理化作用的影响，造成其板面形貌发生变化。虽然此形变量较小，但是足以严重影响微通道板二维电子像的分辨率和均匀性、机械强度等方面的性能。在夜视微光像管中，微米尺度的平面度超差即可影响近贴式像增强器光阴极与微通道板的近贴距离。现有研究表明，当微通道板与阳极微通道板平面度的检测方法材料的间隙增加0.1mm时，其耦合效率会降低10～20％，图像分辨力也会降低20％以上。因此，必须在微通道板生产与加工过程中对其进行无损形貌监测与检测，分类或剔除形变超差品以保障其生产效率和各类器件与装备的安全使用。

目前用于微通道板的平面度检测方法主要有扫描电镜法(SEM)、光干涉测量法、图像对焦法等等。然而受技术原理和监测条件限制，以上方法在实际应用中存在无法解决的问题：扫描电镜法可以实现高精度测量，但是该类检测只能以线扫描的方式进行，无法快速获得全场的形貌特征数据；光干涉测量法虽能实现全场形变检测，但是该方法需要的实验光路较为复杂，且对温度、振动等监测环境要求较高，不适合于工业环境下的形貌测量；图像对焦法往往需要几千帧甚至上万帧图像才能实现微通道板的形貌复原，不适合快速检测。除此之外，若要保证测量精度，以上方法所需仪器的价格均较为昂贵，因此，寻找一种快速、高效、简易且低成本的平面度检测方法是微通道板以及其他光纤材料研究领域的迫切需求。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种微通道板平面度的检测装置及检测方法，所要解决的技术问题是针对当下微通道板平面度的检测方法存在检测时间过长和仪器昂贵的问题，提供一种快速、精度高且低成本的检测装置及方法。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种微通道板平面度的检测装置，包括：

固定机构、图像采集机构、投影机构、光源和处理机构；其中，所述固定机构、图像采集机构、投影机构和光源依次设置；

所述固定机构用于固定待测的微通道板；

所述投影机构包括垂直相交的第一杆件和第二杆件，所述第一杆件的直径为0.05-1mm，所述第二杆件的直径为0.05-1mm，所述第一杆件和所述第二杆件所形成的平面平行于所述微通道板的待测量平面；

所述光源使所述投影机构正投影在所述待测量平面上，所述第一杆件和所述第二杆件在所述待测量平面上的投影分别为第一投影和第二投影；

所述图像采集机构位于所述待测量平面和所述投影机构的之间，用于采集所述第一投影和第二投影的图像，形成图像数据；

所述处理机构与所述图像采集机构连接，可接收所述图像数据，并处理所述的图像数据，获得所述微通道板的待测量平面的平面度。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的微通道板平面度的检测装置，其中所述图像采集机构包括摄像头，用于采集所述第一投影和第二投影的图像；

所述摄像头的中心与所述第一杆件和所述第二杆件的相交点的连线垂直于所述待测量平面。

优选的，前述的微通道板平面度的检测装置，其中所述光源的投射线平行且垂直于所述待测量平面。

优选的，前述的微通道板平面度的检测装置，其中所述处理机构包括处理设备，用于处理所述图像数据，并与预存的数据库进行比较，获得所述微通道板的待测量平面的平面度。

优选的，前述的微通道板平面度的检测装置，其中所述处理机构还包括显示设备。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种微通道板平面度的检测方法，使用前述任一项所述的微通道板平面度的检测装置，包括：将微通道板固定于所述固定机构上；打开光源，将所述投影机构正投影在所述微通道板的待测量平面上，形成第一投影和第二投影；通过所述图像采集机构采集所述第一投影和所述第二投影的图像，形成图像数据；将所述图像数据传输到所述处理机构，对所述图像数据进行处理，并与预存的数据库进行比较，获得所述微通道板的待测量平面的平面度。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的微通道板平面度的检测方法，其中所述处理包括：选取合适的阈值，对所述图像数据进行二值化处理，同时采用边缘检测算法，保留图像中两条垂直直线的图像信息，并计算出两条直线图像的中轴线；分别在两条直线的中轴线上选取两个点构成两条直线的中轴线向量，利用两向量的乘积获得所述图像的两直线的夹角。

优选的，前述的微通道板平面度的检测方法，其中所述预存的数据库为指定的夹角和平面度的关系。

优选的，前述的微通道板平面度的检测方法，其中所述指定的夹角和平面度的关系的标准通过电子扫描显微镜得到。

优选的，前述的微通道板平面度的检测方法，其中所述指定的夹角和平面度的关系的标准为：当夹角为85°时，平面度为12.16μm；当夹角为83°时，平面度为15.35μm；当夹角为80°时，平面度为16.96μm；当夹角为75°时，平面度为25.26μm；当夹角为70°时，平面度为43.39μm；当夹角为60°时，平面度为56.57μm；当夹角为50°时，平面度为79.77μm。

借由上述技术方案，本发明提出的微通道板平面度的检测装置及检测方法至少具有下列优点：

1、本发明提出的微通道板平面度的检测装置包括固定机构、图像采集机构、投影机构、光源和处理机构；其中，所述固定机构、图像采集机构、投影机构和光源依次设置；本发明的投影机构包括垂直相交的第一杆件和第二杆件，通过光源，将所述投影机构正投影在所述待测量平面上，形成第一投影和第二投影，通过图像采集机构采集所述第一投影和第二投影的图像，所述处理机构可接收所述图像，并处理所述的图像数据，得到微通道板平面度。本发明的检测装置具有结构简单、造价低廉、操作方便、自动化程度较高的优点。

2、本发明提出的微通道板平面度的检测方法，通过正投影法将垂直相交的第一杆件和第二杆件投影在所述微通道板的待测量平面上，形成第一投影和第二投影；通过对投影进行采集和处理，得到第一投影和第二投影的夹角，并与预存的数据库进行比较，获得微通道板平面度。

当一片微通道板检测完毕后，只需换一片微通道板即可实现自动检测，由于更换微通道板后环境光不变，所以检测全程无需再设定阈值，可以直接得到微通道板平面度数据。

本发明的检测方法具有简单、快速、精度高和自动化程度高的优点，该自动检测方法的角度测量精度可达千分之一度以上，比目测法的测量精度要高得多。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明一个实施例的微通道板平面度的检测装置的示意图；

图2为本发明指定的夹角和平面度的关系的标准图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的微通道板平面度的检测装置及检测方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

如图1所示，本发明提供了一种微通道板平面度的检测装置，其包括：

固定机构400、图像采集机构300、投影机构200、光源100和处理机构500；其中，所述固定机构400、图像采集机构300、投影机构200和光源100依次设置；

所述固定机构400用于固定待测的微通道板600；

所述投影机构200包括垂直相交的第一杆件201和第二杆件202，所述第一杆件201的直径为0.05-1mm，所述第二杆件202的直径为0.05-1mm，所述第一杆件201和所述第二杆件201所形成的平面平行于所述微通道板600的待测量平面601；

所述光源100使所述投影机构200正投影在所述待测量平面601上，所述第一杆件201和所述第二杆件202在所述待测量平面601上的投影分别为第一投影2011和第二投影2021，第一投影2011和第二投影2021相交形成夹角；

所述图像采集机构300位于所述待测量平面601和所述投影机构200的之间，用于采集所述第一投影2011和第二投影的图像2021，形成图像数据；

所述处理机构500与所述图像采集机构300连接，可接收所述图像数据，并处理所述的图像数据，得到微通道板平面度。

本发明的投影机构包括垂直相交的第一杆件和第二杆件，通过光源，将所述投影机构正投影在所述待测量平面上，形成第一投影和第二投影，通过图像采集机构采集所述第一投影和第二投影的图像，所述处理机构可接收所述图像，并处理所述的图像数据，获得所述微通道板的待测量平面的平面度。

通过测量投影机构在微通道板的待测量平面所成像的夹角度来确定微通道板的平面度。本发明的检测装置具有结构简单、造价低廉、操作方便、自动化程度较高的优点。

本发明实施例中，固定机构用于固定微通道板，防止微通道板在测量的过程中产生晃动，可选用相应的卡具，将微通道板置于卡具中防止其晃动。

本发明实施例中，投影机构包括垂直相交的第一杆件和第二杆件，并且第一杆件和第二杆件所形成的平面平行于微通道板的待测量平面，保证其形成的投影的图像更精确；原则上第一杆件和第二杆件的细度越细越好，第一杆件和第二杆件的细度越细，其在所述待测量平面上形成的第一投影和第二投影所形成的角度就越精确，得到的平面度就越准确。因此，第一杆件的直径为0.05-1mm，优选，0.1-0.8mm，更优选0.5mm；第二杆件202的直径为0.05-1mm，优选，0.1-0.8mm，更优选0.5mm。

本发明实施例中，光源使投影机构正投影在待测量平面上，正投影是保证投影机构在投影时，不会因为光线的原因，使投影机构在微通道板的待测量平面上的所形成的投影发生偏转，保证投影的图像更精确。本发明不限制光源的类型和形状，优选与微通道板形状相似的光源形状，使光源的入射线能够垂直于投影机构和微通道板的待测量平面，以得到更全面、更准确的投影的图像信息。

本发明实施例中，图像采集机构位于微通道板的待测量平面和投影机构的之间，为了保证投影及图像采集的精确度，光源的光线垂直于投影机构形成的平面，垂直采集待测量平面上所形成的投影的图像。可在微通道板正上方10cm处放置一个摄像头，可用支架固定，使摄像头刚好能完全拍摄到投影机构在微通道板的待测量平面上反射所成的像。拍摄时尽可能保证垂直拍摄，保证拍摄角度不大于5°。

作为优选实施例，所述图像采集机构300包括摄像头302，用于采集所述第一投影2011和第二投影2021的图像；

所述摄像头302的中心与所述第一杆件201和所述第二杆件202的相交点的连线垂直于所述待测量平面601。

摄像头的中心、第一杆件和所述第二杆件的交点的连线垂直于待测量平面，也是为了保证投影及图像采集的精确度。

作为优选实施例，所述光源100的投射线101平行且垂直于所述待测量平面601。

光源的投射线平行且垂直于待测量平面，保证投影机构能够正投影到待测量平面上，保证投影的精确度。

作为优选实施例，所述处理机构500包括处理设备501，用于处理所述图像数据，并与预存的数据库进行比较，获得所述微通道板600的待测量平面601的平面度。

本发明实施例中，处理机构采用Matlab 2016a版软件中的Image Acquisition模块可以直接调用相机拍摄投影机构在微通道板的待测量平面上的图像，直接获得图像的矩阵，然后在使用处理设备将获得的数字图像信息进行处理。

作为优选实施例，所述处理机构500还包括显示设备502。

设置显示设备，可以将处理的过程以图像或文字的形式直观的显示出来。

如图1所示，本发明还提出一种微通道板平面度的检测方法，该检测方法使用前述的微通道板平面度的检测装置，其包括以下步骤:

(1)将微通道板固定于所述固定机构400上；

(2)打开光源100，将所述投影机构200正投影在所述微通道板600的待测量平面601上，形成第一投影2011和第二投影2021；

(3)通过所述图像采集机构300采集所述第一投影2011和所述第二投影2021的图像，形成图像数据；

(4)将所述图像数据传输到所述处理机构500，对所述图像数据进行处理，并与预存的数据库进行比较，获得所述微通道板600的待测量平面601的平面度。

本发明提出的微通道板平面度的检测方法，通过正投影法将垂直相交的第一杆件和第二杆件投影在所述微通道板的待测量平面上，形成第一投影和第二投影；通过对投影进行采集和处理，得到第一投影和第二投影的夹角，并与预存的数据库进行比较，获得微通道板平面度。

当一片微通道板检测完毕后，只需换一片微通道板即可实现自动检测，由于更换微通道板后环境光不变，所以检测全程无需再设定阈值，可以直接得到微通道板平面度数据。

本发明的检测方法具有简单、快速、精度高和自动化程度高的优点，该自动检测方法的角度测量精度可达千分之一度以上，比目测法的测量精度要高得多。

作为优选实施例，所述处理包括：选取合适的阈值，对所述图像数据进行二值化处理，同时采用边缘检测算法，保留图像中两条垂直直线的图像信息，并计算出两条直线图像的中轴线；分别在两条直线的中轴线上选取两个点构成两条直线的中轴线向量，利用两向量的乘积获得所述图像的两直线的夹角。

作为优选实施例，所述预存的数据库为指定的夹角和平面度的关系。

作为优选实施例，所述指定的夹角和平面度的关系的标准通过电子扫描显微镜得到。

作为优选实施例，所述指定的夹角和平面度的关系的标准为：

当夹角为85°时，平面度为12.16μm；

当夹角为83°时，平面度为15.35μm；

当夹角为80°时，平面度为16.96μm；

当夹角为75°时，平面度为25.26μm；

当夹角为70°时，平面度为43.39μm；

当夹角为60°时，平面度为56.57μm；

当夹角为50°时，平面度为79.77μm。

当微通道板发生形变时，直线在板面上所成的像会发生扭转，形变后的微通道板平面度越大，像的扭曲角度越大。为了实现定量测量，采用电子扫描显微镜对产生形变的100片微通道板的平面度与单直线在板面所成像的偏转角度做了测量，结果表明直线所成像的偏转角度与微通道板的平面度是成线性关系的，得到指定的夹角和平面度的关系的标准图，如图2所示。并根据该数据制定了平面度与投影的夹角关系表，见表1。

表1平面度与投影的夹角的关系

投影的夹角平面度85°12.16μm83°15.35μm80°16.96μm75°25.26μm70°43.39μm60°56.57μm50°79.77μm

本发明根据表1中列出平面度与投影的夹角的关系，通过测量投影机构在微通道板的待测量平面上的投影的夹角的变化量来得到微通道板的平面度，并根据国家标准确定该微通道板平面度是否超差(平面度超差就是不合格)。

当两条垂直直线在微通道板上的偏转角度超过40°时，则认为该板为不合格品；当偏转角度小于7°时，则被认为符合国军标中的平面度标准。

根据国军标的规定，我国夜视仪中使用的微通道板的平面度应小于15μm。部分客户对于微通道板的需求较低，只要不大于80μm即可。因此，运用双线平面度检测法的检测标准为：当两条垂直直线在微通道板上的偏转角度超过40°时则认为该板为不合格品；当偏转角度小于7°时则被认为符合国军标中的平面度标准。

下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例

本发明实施例提供了一种微通道板平面度的检测方法，其包括以下步骤：

(1)将微通道板放置在两条垂直的线下方20cm处的卡具内固定，两条垂直的线的宽度不大于1mm；

(2)在微通道板上方10cm处放置一部工业相机，用支架固定，使工业相机刚好能完全拍摄到垂直直线在微通道板上反射所成的像，拍摄时尽可能保证垂直拍摄(拍摄角度不大于5°)；

(3)采用Matlab 2016a版软件中的Image Acquisition模块调用相机拍摄垂直直线在微通道板上的像，直接获得图像的矩阵；

(4)选取合适的阈值，将图像用Matlab软件做二值化处理，同时采用边缘检测算法只保留图像中两条垂直直线的图像信息并计算出两条直线图像的中轴线；

(5)用Matlab软件分别在两条直线的中轴线上选取两个点构成两条直线的中轴线向量，利用两向量的乘积获得扭曲后两直线的夹角，与预存的数据库进行比较，即可在电脑中自动显示微通道板平面度。

当一片微通道板检测完毕后，只需在卡具内换一片微通道板即可实现自动检测，由于更换微通道板后环境光不变，所以检测全程无需再设定阈值，可以直接得到微通道板平面度数据

该检测方法的测量过程十分简单，所需装置价格低廉，适合工业生产与加工的检测环境。该检测方法具有较高的自动化程度和较高的精度。

在发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“水平”、“垂直”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方法或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

此外，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。