基于图像传感的测量固体材料热膨胀系数的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于图像传感的测量固体材料热膨胀系数的装置和方法，装置由长工作距离显微系统、调节装置、照明和指示光源、高低温箱、标定板和测量控制系统组成；长工作距离显微系统用于测量不同长度的待测对象；调节装置用于固定长工作距离显微系统和调节长工作距离显微系统的高低、水平方向上的位置以及俯仰角；照明和指示光源用于测量时的照明和调节时的指示；高低温箱用于调节箱内温度；标定板用于计算图像上像素长度与实际物理长度的换算关系；测量控制系统用于开启和关闭照明光源，自动控制高低温箱的温度，显示和保存通过长工作距离显微系统拍摄到的图像，并能自动计算热膨胀系数和保存测量数据。本发明专利技术测量条件的限制较小，可用于不同大小材料的测量。

【技术实现步骤摘要】
基于图像传感的测量固体材料热膨胀系数的装置和方法
本专利技术涉及固体材料热膨胀系数测量技术，特别是一种基于图像传感的测量固体材料热膨胀系数的装置和方法。
技术介绍
在自然界中，物体的热膨胀现象普遍存在，这给人们的生活、工业制造等带来了诸多不便。尤其是在制造精密仪器、精密机械和测试技术中，温度的改变会使得被加工和被测量的某些物体产生热变形。材料线膨胀系数是物质的基本热物理参数之一，是表征材料性质的重要特征量。一般来说，衡量一个物体热变形的主要参数被称之为组成这个物体材料的“热膨胀系数”。对于一般的固体材料，通常所说的热膨胀系数指的是固体材料的线膨胀系数。准确测量材料热膨胀系数，对于基础科学研究、技术创新、工程应用都具有重要的意义。将被测物体标准温度下的长度尺寸设为L，将相对于标准温度的温度变化量(测定时的温度-标准温度)设为ΔT，将使被测物体的温度相对于标准温度变化了ΔT时的长度尺寸的变化量(热膨胀量)设为ΔL，通过下式求出热膨胀系数α常见的测量固体热膨胀系数的方法有顶杆法、干涉法、光声法等，顶杆法涵盖了低温、中温和高温范围，测量范围相对较广；凡是利用激光技术的方法，精度都很高，但由于测量装置本身的限制，测量范围受到限制。这些测量方法的实验装置比较复杂，根据装置的不同，需要将被测的材料做成圆杆或方杆，不能直接测量已加工完成的材料，不利于实际的工业测量。同时，有些材料在温度改变后，需要比较长的时间才能使得材料热膨胀充分完成，这使得测量时间较长。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种新的测量固体材料热膨胀系数的装置和方法，解决固体热膨胀系数测量中测量条件限制大、长时间测量无法自动完成的问题。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于图像传感的测量固体材料热膨胀系数的装置，包括长工作距离显微系统、调节装置、照明和指示光源、高低温箱、标定板和测量控制系统；所述长工作距离显微系统由三组光路组成，用于测量不同长度的待测对象；所述调节装置用于固定所述长工作距离显微系统和调节所述长工作距离显微系统的高低、水平方向上的位置以及俯仰角；所述照明和指示光源由LED灯和面激光器组成，用于测量时的照明和调节时的指示；所述高低温箱用于调节箱内温度，侧面设有透明窗口，用于长工作距离显微系统观察被测物体的变化；所述标定板用于计算图像上像素长度与实际物理长度的换算关系；所述测量控制系统用于开启和关闭照明光源，自动控制高低温箱的温度，显示和保存通过长工作距离显微系统拍摄到的图像，自动计算热膨胀系数和保存测量数据。进一步的，所述长工作距离显微系统的每一组光路均相同，每一组光路由三片透镜组成，包括两片双胶合消色差正透镜和一片双凹负透镜。进一步的，所述调节装置由底座、平台、平移台、旋转台和摆角器组成；平台安装在底座上，平移台安装于底座上，用于调节长工作距离显微系统相对于被测物体的位置；旋转台安装于平移台上，用于调节长工作距离显微系统的方向；摆角器安装于升降台上，用于调节长工作距离显微系统的俯仰角度。进一步的，所述照明和指示光源由一个LED灯和两个面激光器组成，LED灯在测量期间开启，使得长工作距离显微系统可以采集到被测物体的图像；面激光器在调节时开启，便于将被测物体调节到能使得长工作距离显微系统清晰成像的位置。进一步的，所述高低温箱的侧面安装有四层透明玻璃的窗口，窗口用于高低温箱内与外部环境隔热，并使得长工作距离显微系统透过窗口能观察到被测物体的变化。进一步的，所述标定板为刻有已知间隔直线的金属板，长工作距离显微系统通过标定板上的直线计算出图像上像素长度与实际物理长度的换算关系。进一步的，所述测量控制系统为工业控制计算机，在调节和测量过程中工业控制计算机采集并显示实时图像、控制高低温箱内的温度、开启和关闭照明光源，在工业控制计算机上设置好测量温度范围、温度间隔和其他参数后，自动完成整个测量过程。本还提供一种基于图像传感的测量固体材料热膨胀系数的方法，包括如下步骤：将长工作距离显微系统使用调节平台调节到使得被测物体清晰成像的位置，并使用两个面激光器的交线定位；使用标定板计算长工作距离显微系统采集到的图像上像素长度与实际物理长度的换算关系；在测量控制系统中设置好参数后，采集并显示实时图像、控制照明光源、控制高低温箱内温度、计算热膨胀系数并保存测量数据，完成测量过程。与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：本专利技术测量条件的限制比较小，可以用于不同大小材料的测量；在设置好测量温度范围、温度间隔和其他参数后，本专利技术可以自动完成长时间的测量过程，并自动计算热膨胀系数和保存测量数据。附图说明图1是本专利技术测量固体材料热膨胀系数的装置示意图。图2是装置整体结构示意图。图3是底座和平台示意图。图4是调整装置、照明和指示光源示意图。图5(a)是长工作距离显微系统示意图。图5(b)是长工作距离显微系统内部示意图。图6是标定板示意图。图7是面激光器工作示意图。图8为标定板上被检测到的直线示意图。图9是长工作距离显微系统采集的铝合金板的图像。图10是两组图像检测和匹配到的特征点示意图。具体实施方式如图1、图2，一种基于图像传感的测量固体材料热膨胀系数的装置，包括长工作距离显微系统100、调节装置200、照明和指示光源300、高低温箱400、标定板和测量控制系统500；首先需要将被测物体调整到使得长工作距离显微系统100清晰成像的位置，由于长工作距离显微系统100的景深较浅，所以调整比较困难。如图7所示，将面激光器安装在长工作距离显微系统100的两侧，并将两个面激光器302所发射激光的交线调整到使得长工作距离显微系统100清晰成像的位置。因此在后续的使用过程中，只需要将被测物体调整到两个面激光器302所发射激光的交线位置即可清晰成像。在使用前，需要进行标定，即获得图像上像素长度与实际物理长度的换算光关系。将标定板按上述方法调整方法放置于使得长工作距离显微系统100清晰成像的位置，由测量控制系统500可计算出换算关系。长工作距离显微系统的光路的工作距离为414.5mm，分辨率可达到10μm。图5(a)、图5(b)是长工作距离显微系统及内部示意图，三组光路101用于测量不同长度的待测对象。在调整的过程中，LED灯301和面激光器302保持开启，以使得长工作距离显微系统100能够有足够的亮度拍摄到高低温箱400内的被测物体；在测量过程中，面激光器302关闭，LED灯301只在需要采集图像时才开启，在改变温度和等待被测物体充分膨胀时保持关闭。调整装置200如图3和图4所示，包括底座201、平台202、平移台203、旋转台204和摆角器205。平台202安装在底座201上，用于安放长工作距离显微系统100、平移台203、旋转台204和摆角器205，保证装置的稳定性。平移台203安装在平台202本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于图像传感的测量固体材料热膨胀系数的装置，其特征在于，包括长工作距离显微系统、调节装置、照明和指示光源、高低温箱、标定板和测量控制系统；/n所述长工作距离显微系统由三组光路组成，用于测量不同长度的待测对象；/n所述调节装置用于固定所述长工作距离显微系统和调节所述长工作距离显微系统的高低、水平方向上的位置以及俯仰角；/n所述照明和指示光源由LED灯和面激光器组成，用于测量时的照明和调节时的指示；/n所述高低温箱用于调节箱内温度，侧面设有透明窗口，用于长工作距离显微系统观察被测物体的变化；/n所述标定板用于计算图像上像素长度与实际物理长度的换算关系；/n所述测量控制系统用于开启和关闭照明光源，自动控制高低温箱的温度，显示和保存通过长工作距离显微系统拍摄到的图像，自动计算热膨胀系数和保存测量数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于图像传感的测量固体材料热膨胀系数的装置，其特征在于，包括长工作距离显微系统、调节装置、照明和指示光源、高低温箱、标定板和测量控制系统；
所述长工作距离显微系统由三组光路组成，用于测量不同长度的待测对象；
所述调节装置用于固定所述长工作距离显微系统和调节所述长工作距离显微系统的高低、水平方向上的位置以及俯仰角；
所述照明和指示光源由LED灯和面激光器组成，用于测量时的照明和调节时的指示；
所述高低温箱用于调节箱内温度，侧面设有透明窗口，用于长工作距离显微系统观察被测物体的变化；
所述标定板用于计算图像上像素长度与实际物理长度的换算关系；
所述测量控制系统用于开启和关闭照明光源，自动控制高低温箱的温度，显示和保存通过长工作距离显微系统拍摄到的图像，自动计算热膨胀系数和保存测量数据。


2.根据权利要求1所述的基于图像传感的测量固体材料热膨胀系数的装置，其特征在于，所述长工作距离显微系统的每一组光路均相同，每一组光路由三片透镜组成，包括两片双胶合消色差正透镜和一片双凹负透镜。


3.根据权利要求1所述的基于图像传感的测量固体材料热膨胀系数的装置，其特征在于，所述调节装置由底座、平台、平移台、旋转台和摆角器组成；平台安装在底座上，平移台安装于底座上，用于调节长工作距离显微系统相对于被测物体的位置；旋转台安装于平移台上，用于调节长工作距离显微系统的方向；摆角器安装于升降台上，用于调节长工作距离显微系统的俯仰角度。


4.根据权利要求1所述的基于图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡华俊，宋旸，刘梦涵，施雨清，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32