一种基于光学成像的有机玻璃银纹最大深度测量方法

摘要

本发明涉及一种基于光学成像的有机玻璃银纹最大深度测量方法，包括以下步骤：（1）进行有机玻璃试件银纹最大深度测量试验的准备工作；（2）调整有机玻璃试件使其处于测定银纹深度的最佳位置；（3）利用工具显微镜测量有机玻璃试件银纹最大深度；（4）记录有机玻璃试件银纹最大深度的测量结果，以作为银纹对有机玻璃力学性能影响研究的基本数据。本发明基于银纹的光学特性，即银纹在光线照射下有银色光泽，而有机玻璃其他部分具有透光性，提出了一种利用工具显微镜进行有机玻璃银纹最大深度测量的方法，可以有效测量有机玻璃中银纹的最大深度，试验操作简便，易于实现，成本低廉，适用于工程应用中有机玻璃银纹最大深度的测量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于光学成像的有机玻璃银纹最大深度测量方法，应用工具显微镜对有 机玻璃进行观测，测量面内银纹的最大深度，属于试验测量方法技术领域，适用于工程应用 中各种类型的有机玻璃银纹最大深度测量。

背景技术

有机玻璃（PMMA）是甲基丙烯酸甲脂（MMA）的本体聚合物，是一种无色透明的热 塑性塑料，一直以来都是飞机座舱等透明件的主要材料。有机玻璃在性能上有许多有优点， 如透光率高、比重小、强度好、具有良好的热塑性和加工性能等，因而已广泛用于制作各型 飞机的座舱盖、风挡、观察窗等。由于生产工艺、成本以及对飞机的性能和用途的不同考虑， 对航空透明件的要求也相应的不同，因此出现了许多有机玻璃品种。当前在国产飞机上使用 的主要品种有增塑的浇铸有机玻璃板，如YB-2、YB-3；共聚的浇铸有机玻璃板，如YB-4； 增塑的定向有机玻璃板，如DYB-2；不增塑的定向有机玻璃板，如DYB-3、MDYB-3；共聚 的定向有机玻璃板，如DYB-4、MDYB-4。MDYB-3航空有机玻璃及研磨抛光3号定向航空 有机玻璃，具有优良的综合性能，是用于制造马赫数2.2以下的各型飞机的座舱盖，并且有 可能做到座舱盖与飞机同寿命使用，已在部分国产机型上使用。

相对于金属材料而言，有机玻璃力学性能薄弱，在长期以来的使用维护中问题较多，往 往成为影响飞机飞行的故障件，主要表现为故障多、安全性差、使用寿命短等缺点。有机玻 璃材料或零件表面受到较大的拉伸应力，或者受到溶剂或溶剂物质的侵蚀，或者材料加工过 程，或零部件制作装配过程中有所不当，均会导致银纹的产生。

银纹是一种出现在有机玻璃表面的细微的裂纹，在光照下呈现出银白色。银纹和裂纹极 相似，不同之处在于裂纹中间是空的，银纹中间的空洞中有银纹质相连。银纹发展变粗，银 纹质断裂，即成裂纹。银纹长度分散性很大，初始发生不足毫米，发展后，从几毫米至几厘 米，甚至几十厘米。较重的银纹还有一个特征是方向无序、相互交叉。银纹的上述特征与金 属构件的裂纹不同，是高分子聚合物特殊的微观结构形成的。

银纹对有机玻璃的力学性能有很大的影响。银纹的出现和发展，不但会降低有机玻璃的 透光率，严重影响观察，而且会降低材料的机械性能，导致强度和塑性下降。由银纹扩展成 的裂纹和槽孔裂纹，如果不能及时发现，在飞行中快速扩展，会导致舱盖玻璃空中爆破。为 了及时发现座舱盖玻璃故障，确保飞行安全，其中一项重要的维护工作就是及时掌握银纹的 深度参数，使其不超过使用规定。因此，需要对银纹的最大深度进行测量，进一步研究含银 纹有机玻璃的力学性能。

目前，在银纹对有机玻璃力学性能影响研究及工程应用中，银纹深度测量主要是利用电 子便携式银纹深度测定仪，通过表面探测，测定某一点的银纹深度。这种银纹深度测量方法 中测量点的选择具有随机性，无法保证测量结果的准确性及代表性，并且无法验证其准确性。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提供一种有机玻璃银纹最大深度的 测量方法，能够解决有机玻璃银纹力学性能测试中关键的银纹最大深度测量，并有利于进一 步分析银纹深度对有机玻璃力学性能的影响，适用于工程应用，操作简单，易于实现，且测 量精度较高。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种基于光学成像的有机玻璃银纹最大深 度测量方法，具体实现步骤如下：

步骤A：进行有机玻璃试件银纹最大深度测量试验的准备工作；

步骤B：调整有机玻璃试件使其处于测定银纹深度的最佳位置；

步骤C：利用工具显微镜测量有机玻璃试件银纹最大深度；

步骤D：记录有机玻璃试件银纹最大深度的测量结果，以作为银纹对有机玻璃力学性能 影响研究的数据。

所述步骤A中进行有机玻璃银纹最大深度测量的准备工作实现过程为：

（A1）检查工具显微镜测量系统的仪器设备，包括工具显微镜工作台；

（A2）打开工具显微镜测量系统，包括二维坐标测量软件及底部照明灯，并将底部照明 灯调节到适当亮度；

（A3）选择适当倍数的物镜。

所述步骤B中调整有机玻璃试件使其处于测定银纹深度的最佳位置实现过程为：

（B1）将有机玻璃试件安置在载物台上，待测平面朝向物镜，银纹深度方向与物镜轴线 方向垂直；

（B2）调整有机玻璃试件位置，使银纹深度方向垂直于工具显微镜的X向或Y向。

所述步骤C中利用工具显微镜测量有机玻璃试件银纹最大深度实现过程为：

（C1）调整物镜到有机玻璃试件表面的距离，使银纹在电脑上所成的像清晰；

（C2）根据亮度的差异，视野中较为明亮的带状区域为银纹区域，进而判别银纹沿深度 方向的两个边界；

（C3）移动载物台，使电脑屏幕上的十字叉丝与银纹成像的一个边界重合，记录该点坐 标，接着再移动载物台，使十字叉丝与银纹成像的另一个边界重合，记录第二点坐标；

（C4）利用工具显微镜的两点计算间距功能，输出两点间的距离，即银纹最大深度测量 值；

（C5）按上面的步骤测量三次，取其平均值作为银纹最大深度值。

本发明的优点在于：

（1）本发明基于光学成像的有机玻璃银纹最大深度测量方法，与现有的利用电子便携 式银纹深度测定仪测量方法相比，避免了测量点选取的随机性，可以准确地测量有机玻璃银 纹的最大深度，填补了银纹深度测量技术的空白，有利于进行银纹对有机玻璃力学性能影响 研究。

（2）本发明基于光学成像的有机玻璃银纹最大深度测量方法，使用工具显微镜测量系 统进行银纹最大深度测量，试验成本低廉，仪器设备操作简单，易于实现。

附图说明

图1是工具显微镜下的银纹区域成像；

图2是本发明的操作示意图；

图3是本发明获得的清晰银纹图像示意图；

图4为0.4mm划痕深度有机玻璃试件2的测量示意图，其中图4（a）为第一个捕获点， 图4（b）为第二个捕获点。

具体实施方式

如图2所示，本发明方法具体实现为：

1.进行有机玻璃试件银纹最大深度测量试验的准备工作；

检查工具显微镜测量系统的仪器设备，包括工具显微镜工作台等；打开工具显微镜测量 系统，包括二维坐标测量软件及底部照明灯，并将底部照明灯调节到适当亮度；选择适当倍 数的物镜。

2.调整有机玻璃试件使其处于测定银纹深度的最佳位置；

将有机玻璃试件安置在载物台上，待测平面朝向物镜，银纹深度方向与物镜轴线方向垂 直；调整有机玻璃试件位置，使银纹深度方向垂直于工具显微镜的X向或Y向，如图2所 示。

3.利用工具显微镜测量有机玻璃试件银纹最大深度；

调整物镜到有机玻璃试件上表面的距离，使银纹在电脑上所成的像清晰；根据亮度的差 异，视野中较为明亮的带状区域为银纹区域，进而判别银纹在深度方向上的两个边界；缓慢 移动载物台，使电脑屏幕上的十字叉丝与银纹成像的一个边界重合，记录该点坐标，接着再 移动载物台，使十字叉丝与银纹成像的另一个边界重合，记录第二点坐标；利用工具显微镜 的两点计算间距功能，输出两点间的距离，即银纹最大深度测量值；按同样的步骤测量三次， 取其平均值作为银纹最大深度值。

4.记录有机玻璃试件的银纹最大深度测量结果，以作为银纹对有机玻璃力学性能影响研 究的数据。

实施例1：有机玻璃划痕最大深度测量

由于目前有机玻璃银纹深度测量没有准确的方法，在此利用有机玻璃划痕深度测量来验 证本发明提出的测量方法的准确性。有机玻璃划痕是利用高精度的精雕机加工而出，其精度 为0.005mm。利用本发明提出的有机玻璃银纹最大深度测量方法也可以测量有机玻璃划痕最 大深度，并且其测量步骤完全相同，分别测量0.2mm,0.3mm及0.4mm划痕深度有机玻璃试 件的划痕深度，其测量结果如表1所示，其中A，B，C分别代表0.2mm，0.3mm及0.4mm 划痕深度有机玻璃试件，每种类型取三个试件进行测量。该测量结果表明本发明提出的有机 玻璃银纹最大深度测量方法可以准确地测量有机玻璃划痕最大深度，即就是能够准确地测量 有机玻璃银纹最大深度。

表1 划痕最大深度测量值

实施例2：有机玻璃银纹最大深度测量

在研究银纹对有机玻璃力学性能的影响时，都需要在有机玻璃试件表面进行人工制备银 纹。这里所说的银纹又称为应力溶剂银纹，是通过在承受拉应力的有机玻璃试件表面涂抹有 机溶剂（比如酒精）制得的。在银纹制备过程中，有机玻璃承受拉应力的表面始终与酒精接 触，通过设定银纹预制时间可以得到不同深度的银纹。

本实施例2中的A，B，C分别对应10min，18min及25min银纹预制时间的有机玻璃试 件，每种类型取5个试件进行测量，其银纹最大深度测量结果如表2所示。由最大深度测量 数据可知，在同样的银纹制备条件下，银纹最大深度值随着银纹预制时间的增加而变大，这 与理论分析是一致的。

表2 银纹最大深度测量值

本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。