布氏硬度壓痕計(jì)算機(jī)測(cè)量系統(tǒng)

第五婷婷

摘要：文章從傳統(tǒng)布氏硬度檢測(cè)方法入手，對(duì)目前存在的布氏硬度檢測(cè)方法進(jìn)行介紹與說(shuō)明，分析傳統(tǒng)方法的弊端，從而引入該行業(yè)目前推廣的新型檢測(cè)方法—基于計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別技術(shù)的布氏硬度壓痕測(cè)量方法，該種新型測(cè)量方法能夠?qū)崿F(xiàn)受檢產(chǎn)品布氏硬度測(cè)量的自動(dòng)化、高精度、高重復(fù)性、可溯源性，達(dá)到實(shí)用化目的，最終實(shí)際應(yīng)用于質(zhì)量檢驗(yàn)工作。

關(guān)鍵詞：布氏硬度 壓痕 CCD 計(jì)算機(jī)測(cè)量系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TG115.51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）11-0048-01

布氏硬度測(cè)量是所有硬度試驗(yàn)中壓痕最大的一種試驗(yàn)方法，試驗(yàn)力最大可達(dá)3000kgf，壓痕不受試樣顯微組織偏析、晶粒粗大及成分不均勻的影響，能綜合反映出材料的硬度性能，能最準(zhǔn)確地反映出鑄鐵、鑄鋼、鍛件等粗大晶粒材料的真實(shí)硬度，是一種通用的高精度的硬度試驗(yàn)方法，在冶金、鍛造、鑄造、未經(jīng)淬火鋼及有色金屬等工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。

目前國(guó)內(nèi)外布氏硬度測(cè)量通常使用的方法有3種：

1 傳統(tǒng)方法

通過(guò)光學(xué)顯微鏡，人工讀數(shù)，然后查表或計(jì)算得出布氏硬度測(cè)試值。目前，國(guó)內(nèi)大約70%-80%還是采用此種比較落后的方法。該方法最大弊端是將個(gè)人主觀判斷誤差引入測(cè)量結(jié)果，因此，不同的操作員對(duì)同一壓痕會(huì)得出不同測(cè)量結(jié)果，甚至同一操作員對(duì)同一壓痕多次測(cè)量時(shí)測(cè)量結(jié)果也不相同。精度低，重復(fù)性差，工作過(guò)程檢驗(yàn)員易視疲勞，效率低是該種傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是成本低，經(jīng)濟(jì)節(jié)約，適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等要求不高的場(chǎng)合。

2 測(cè)深法

隨著傳感器技術(shù)的革新和精度提高，近十年來(lái)，率先在國(guó)外出現(xiàn)測(cè)深法。該方法的原理是通過(guò)測(cè)量壓頭壓入被測(cè)材料的深度，換算面積，從而換算布氏硬度值；或者通過(guò)軟件擬合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，直接由測(cè)量深度與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)出布氏硬度值。該方法具有顯著優(yōu)點(diǎn)：快速，直接數(shù)顯，測(cè)試效率極高。但是，同時(shí)也存在很大的缺陷：非布氏原理測(cè)量，不具備溯源性，測(cè)量誤差相對(duì)較大，這一缺點(diǎn)限制了它的實(shí)際應(yīng)用。因此，該方法只能用于一些要求快速測(cè)量，而對(duì)精度和溯源性要求不高的場(chǎng)合。在國(guó)外大約使用率約3%-8%，在國(guó)內(nèi)不足1%。由于其不具備溯源性，軍工、質(zhì)檢、研究院所根本不考慮。該技術(shù)大多數(shù)為國(guó)外企業(yè)掌握，產(chǎn)品價(jià)格昂貴，也限制了在普通用戶中的推廣應(yīng)用。

3 計(jì)算機(jī)圖像分析系統(tǒng)

該方法是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展而出現(xiàn)的新技術(shù)，也是國(guó)內(nèi)外競(jìng)相積極投入研發(fā)的焦點(diǎn)。它克服了第二種方法不可溯源的本身缺陷，完全按照布氏硬度測(cè)量原理進(jìn)行，可靠性、測(cè)量精度、測(cè)試效率都得到很大提高和改善。目前，國(guó)內(nèi)也有部分研究和應(yīng)用，但是仍然存在一些問(wèn)題：目前國(guó)內(nèi)普遍采用的都是CMOS成像，通過(guò)軟件放大，然后分析測(cè)量，不是真正的按照光學(xué)分辨率要求放大，實(shí)際分辨率不足則導(dǎo)致測(cè)量精度低，重復(fù)性差。CMOS成像也比CCD成像模糊，像素清晰度亮度較低；目前的軟件系統(tǒng)也穩(wěn)定性不好，溯源性標(biāo)定功能差。

也就是說(shuō)，布氏硬度壓痕計(jì)算機(jī)測(cè)量系統(tǒng)已在該技術(shù)領(lǐng)域有所發(fā)展，但仍然存在一定的缺陷，并且應(yīng)用范圍領(lǐng)域還不夠廣泛。綜上所述，以上3種布氏硬度測(cè)量方法均存在一些弊端，隨著新技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，為避免以上弊端，在該行業(yè)領(lǐng)域已出現(xiàn)了高分辨率、高精度的布氏硬度壓痕計(jì)算機(jī)測(cè)量系統(tǒng)，具體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作流程為：通過(guò)軟件編程，實(shí)現(xiàn)圖像的采集、動(dòng)態(tài)顯示、靜態(tài)抓拍、像素分析、硬度測(cè)量、運(yùn)算、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、試驗(yàn)報(bào)告、壓痕圖像存檔、數(shù)據(jù)輸出等。具體流程圖見(jiàn)圖1。

該自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)是在原硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上通過(guò)計(jì)算機(jī)編程來(lái)搭建軟件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)主要完成以下功能：

（1）攝像頭圖像動(dòng)態(tài)輸出。打開(kāi)攝像頭，攝像機(jī)動(dòng)態(tài)畫(huà)面可以實(shí)時(shí)顯示在測(cè)量界面上，測(cè)量者可以根據(jù)動(dòng)態(tài)顯示畫(huà)面移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)塊或被測(cè)工件，將壓痕區(qū)域圖像清晰地顯示在測(cè)量系統(tǒng)界面。

（2）攝像頭捕獲靜態(tài)顯示。系統(tǒng)可以根據(jù)測(cè)量者的操作，捕獲任意時(shí)段及任意位置圖像，對(duì)壓痕圖像提取效果將靜態(tài)顯示。

（3）像素尺寸標(biāo)定。像素尺寸標(biāo)定的目的是獲得每個(gè)像素的實(shí)際物理長(zhǎng)度，系統(tǒng)可以自動(dòng)提取刻線尺的刻度線，根據(jù)操作者輸入的刻度線間距，系統(tǒng)可自動(dòng)計(jì)算出單位像素實(shí)際物理長(zhǎng)度。

（4）壓痕邊緣自動(dòng)識(shí)別。測(cè)量過(guò)程中，系統(tǒng)自動(dòng)搜索壓痕圓形邊緣，并獲得壓痕的縱向和橫向像素寬度。

（5）壓痕邊緣手動(dòng)干預(yù)。試樣表面千差萬(wàn)別，需要人工進(jìn)行干預(yù)，操作者可以用鼠標(biāo)拖動(dòng)標(biāo)尺線，系統(tǒng)會(huì)隨著操作者的拖動(dòng)實(shí)時(shí)同步自動(dòng)計(jì)算壓痕直徑和硬度值，確保高精度。

（6）測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算、顯示、管理。無(wú)論是標(biāo)定和還是硬度測(cè)量，系統(tǒng)都可根據(jù)已有的參數(shù)和檢測(cè)條件計(jì)算出相應(yīng)的結(jié)果并顯示在指定區(qū)域上，測(cè)量者可以根據(jù)實(shí)際的擬合或者檢測(cè)效果圖來(lái)判斷本次計(jì)算結(jié)果是否可以作為最終結(jié)果的參照，如果不行，可以直接刪除本次測(cè)量數(shù)據(jù)，重新進(jìn)行檢測(cè)。所有測(cè)試結(jié)果自動(dòng)存檔，以供隨時(shí)查閱，甚至可以調(diào)出重新測(cè)量。

測(cè)量軟件所具有的功能如圖2所示。

因此，通過(guò)CCD對(duì)壓痕系統(tǒng)高分辨率成像，利用計(jì)算機(jī)程序識(shí)別布氏硬度壓痕圖像的高精度測(cè)量系統(tǒng)，能夠完成硬度測(cè)量與運(yùn)算，準(zhǔn)確、快速、可靠，排除傳統(tǒng)方式人眼光學(xué)顯微鏡讀數(shù)及查表計(jì)算帶來(lái)的疲勞、易錯(cuò)、重復(fù)性差的弊端，是國(guó)際上布氏硬度測(cè)量的最新技術(shù)、最高水平和未來(lái)的發(fā)展必然趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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