[发明专利]微小圆孔尺寸及圆度同时测量的装置与方法

权利要求书

1.一种微小圆孔尺寸及圆度同时测量的装置，其特征在于：包括He-Ne激光器、被测圆孔及夹持器、带标志玻璃接收屏、信息采集装置、信息处理装置，

其中的He-Ne激光器、被测圆孔及夹持器、带标志玻璃接收屏及信息采集装置由二维可调装置承载并置于光学平台上，其中夹持待测微小圆孔的为精密二维可调整装置，通过调整保证它们的中心基本在一条直线上，被测圆孔及夹持器及带标志玻璃接收屏表面平行并与上述直线垂直，数据采集前通过精密调整和判断，使He-Ne激光器发出的高准直度激光通过待测微孔所产生的衍射光斑中心与玻璃接收屏标志的中心一致达到对准和准直要求。

2.根据权利要求1微小圆孔尺寸及圆度同时测量的装置，其特征在于：所述的所述的精密二维可调整装置为精密二维调整台，它是通过螺旋测微器来调整水平竖直方向，所述的信息采集装置为CCD面阵摄像机，信息处理装置为计算机及相配套软件。

3.根据权利要求1微小圆孔尺寸及圆度同时测量的装置，其特征在于：所述的带标志玻璃接收屏为衍射图样的接收屏，其为正方形毛玻璃片，四周包裹并与精密二维调整装置相连，接收屏上标志有3.0mm×3.0mm的不透光“十”字叉，该标识位于接收屏的中心使激光通过衍射孔的衍射图样的中心与“十”字叉交点重合。

4.根据权利要求1微小圆孔尺寸及圆度同时测量的装置，其特征在于：所述的被测圆孔直径的测试量程为0.005mm~0.5mm。

5.一种微小圆孔尺寸及圆度同时测量方法，包括如下步骤：

（1）测试工序，反复调整He-Ne激光器、被测圆孔、带标志玻璃接收屏及信息采集装置，使所测微小圆孔衍射图样在衍射屏及信息处理机显示屏上第一暗环完整出现且对比度较好，开启He-Ne激光器，获得微小圆孔衍射的视屏图像；

（2）计算机的信息处理软件对衍射视屏图像进行灰度统计，找出图像灰度中值，以灰度中值为标准，对视屏图像作二值化处理，以（361,500）为旋转中心，在0°~180°内每隔15°旋转，求得衍射斑第一级暗纹实际直径D0、D1、D2、D3、……、D10、D11；

（3）把D0、D1、……、D10、D11带入衍射测量公式                                                中，可分别求得微小圆孔在不同位置对应的直径值d0、d1、……、d10、d11，

则微小圆孔：最大直径为

最小直径为

则微小圆孔的平均直径为

微小圆孔的圆度为：。

6.根据权利要求5微小圆孔尺寸及圆度同时测量方法，其特征在于：步骤（2）中，对视屏图像作二值化处理，作一条连接像素值分别为（0,500）和（721,500）两点的直线，再做一条过（361,500）点且垂直前面连线的直线，分别求出它们与第一暗纹二值化后暗环的交点像素坐标，然后求得水平线的两个像素点中点为A（x1,500）和B（x2,500），垂直线一个交点中点为C（361,y1）,运用三点确定一个圆的理论，可求得此位置衍射斑第一级暗纹的半径与直径的像素值，将该值再乘以每一像素代表的实际尺寸就得到了衍射斑第一级暗纹实际直径尺寸D0，以（361,500）为旋转中心，在0°~180°内每隔15°旋转上述两条直线并依据需要延长，按前面方法求它们与第一暗纹二值化后暗环交点的三个中点值，可分别求得对应位置衍射斑第一级暗纹直径的像素值，将该值再乘以每一像素代表的实际尺寸，就得到了衍射斑第一级暗纹实际直径D1、D2、D3、……、D10、D11。

7.根据权利要求5微小圆孔尺寸及圆度同时测量方法，其特征在于：步骤（1）测试工序中，在调整整个装置后，关闭He-Ne激光器得到显示屏上一个像素所对应的实际物理尺寸，即定标工作。

8.根据权利要求5微小圆孔尺寸及圆度同时测量方法，其特征在于：所述的信息采集装置为CCD信息获取系统，通过二维精密调整CCD信息获取系统，目测信息处理装置显示屏上“十”字叉的形状时，认为“—”线和“|”线大致相等时，由信息处理装置上的软件读取“—”线和“|”线所对应的显示屏上的像素数，反复二维精密调整CCD信息获取系统，直至“—”线和“|”线所对应的显示屏上的像素数相等或只差一个像素时，所述的带“十”字叉的衍射屏已与CCD信息获取系统实现了对准和准直的要求。

9.根据权利要求5微小圆孔尺寸及圆度同时测量方法，其特征在于：计算机的信息处理软件编制时，保证衍射视屏图像位于软件界面一个大小恰当的正方形区域内，像素大小为721×721，由于“十”字叉的物理尺寸在刻划时已知为3.0mm×3.0mm，当“—”线和“|”线所对应的显示屏上的像素数相等，像素数设为q，则显示屏上每一像素对应的尺寸大小为3000.0/qμm；当“—”线和“|”线所对应的显示屏上的像素数相差一个时，设大像素数为q，那小像素数就为q-1，则显示屏上每一像素对应的尺寸大小为（6000.0q-3000.0）/2q(q-1)μm，算出了一个像素对应衍射屏所对应的实际尺寸，从而完成定标工作。