定量性应力应变偏光测定机转让专利
申请号 : CN200710060368.7
文献号 : CN101464255B
文献日 : 2011-02-16
发明人 : 林瑞璋 , 王永成 , 何祥裕
申请人 : 林瑞璋 , 王永成 , 何祥裕
摘要 :
一种定量性应力应变偏光测定机，包含有一平台、一应力偏光仪及一检测系统，该应力偏光仪是设于平台上且设有一偏光组及一光源，该检测系统是用以接收应力偏光仪的影像且设有一数字摄影机、一电脑及一检测组，该数字摄影机是设于平台上且与光源相对，而电脑是与该数字摄影机相连接借以接收影像，检测组是与电脑相结合并对于所接收的影像进行分析且设有一影像撷取程序介面装置及一应力分析程序介面装置，并依照光弹理论及影像处理的方式即可得到每个坐标位置相对的应力值，借以提供一定量性检测、准确分析、可视化及快速检测，并实现定量性应力应变偏光测定。
权利要求 :
1.一种定量性应力应变偏光测定机，其特征在于包括：一平台、一应力偏光仪及一检测系统，其中：
该平台于顶面设有一可相对平台移动的移动板及一用以驱动移动板的马达控制器；
该应力偏光仪是设于平台上且设有一偏光组及一位于偏光组下方的光源；
该检测系统是用以接收应力偏光仪的影像，其设有一数字摄影机、一电脑及一检测组，其中该数字摄影机是设于平台上且与光源相对，而电脑是与该数字摄影机相连接以接收影像，且该电脑另与平台的马达控制器相连接以控制移动板的动作；
检测组是与电脑相结合并对于所接收的影像进行分析且设有一影像撷取程序介面装置及一应力分析程序介面装置，其中该影像撷取程序介面装置是可对于所撷取的影像进行影像定位及影像旋转，并对于相邻像素的红、绿、蓝三原色(RGB)进行平滑化以消除影像中的杂讯，进而建立出光弹条纹与RGB值的关系数据，而应力分析程序介面装置是将经影像撷取程序介面装置处理后的影像区域，依照光弹条纹及RGB值的关系数据经由线性内插法及光弹理论即可得到每个坐标位置相对的应力值，并以3D图形分布的方式来呈现其应力值的分布；
其中光弹条纹与RGB值的关系数据的建立是通过在光行进的路径中加入一个相位补偿器，利用相位补偿器的反向的讯号，当该反向讯号是与光弹反应的讯号等量时，两讯号会相互抵消，此时在光行进路径上将不会产生双折射的现象，而会产生一条级次为零的等色线，利用此一平衡关系即可读取相位补偿器上的读数，该读数为该坐标位置上的光弹条纹值，并测量该坐标位置的RGB值，从而建立光弹条纹与RGB值的关系数据。
2.根据权利要求1所述的定量性应力应变偏光测定机，其特征在于：所述平台于移动板的两侧跨设有一U形梁架，该梁架的中段部向下垂设有一与数字摄影机相结合的结合架。
3.根据权利要求2所述的定量性应力应变偏光测定机，其特征在于：所述偏光组是设于平台的移动板上且位于结合架下方并由两平行设置的偏振片所组成，两偏振片的偏光轴互相垂直，而光源是设于该偏光组的下方，其中靠近光源的偏振片称为偏光镜，而在待测物另一侧的偏振片则称为检光镜。
4.根据权利要求3所述的定量性应力应变偏光测定机，其特征在于：所述偏光组于两偏振片间设有两个四分之一波片，进而组成一反射式圆偏光器。
5.根据权利要求4所述的定量性应力应变偏光测定机，其特征在于：所述数字摄影机为一互补金属氧化物导体的数字摄影机，且所述数字摄影机设有一影像撷取卡。
说明书 :
定量性应力应变偏光测定机
技术领域
[0001] 本发明涉及一种定量性应力应变偏光测定机。
背景技术
[0002] 在现今发展的精密工业中，对于质量及生产力相当注重及讲求，而如何提升生产力及改善质量，就必须正确地掌握住质量的检验方式，其中在对于塑胶射出件的应力进行检测的仪器中，是以定性的方法进行检测，其主要是借由一适当的光源与两片偏振片，并将待测物置于两偏振片之间的偏振光场中，由于偏振光通过光弹材料(待测物)所产生的干涉现象，而形成色彩分布的光弹条纹(光弹条纹代表待测物应力分布的情形)，再借由人眼观察条纹的颜色分布，以判断应力的分布情况，其中当条纹越集中的位置即代表应力越大。 [0003] 然而，此种经由人眼来判断应力大小的方式，由于每个人对颜色的判断都不同，所以容易造成视觉上的误差，加上使用此种定性方式来进行检测，其检验速度慢且无法确切地得知应力最大值与位置，因此若要以某一应力值作为产品好坏的依据，则无法明确的进行区别，容易造成产品质量管理上无法落实进而使产品的良率下降，诚有加以改进的处。 [0004] 本发明有鉴于现有应力检测主要是以定性的方法进行检测，容易造成视觉上的误差，加上其检验速度慢且无法确切地得知应力最大值与位置，无法落实质量的管制的缺点，特经过不断的试验与研究，终于发展出一种能改进现有缺点的本发明。 发明内容
[0005] 本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种定量性应力应变偏光测定机，其是以定量方式有效地检测出待测物的应力分布，以提供一可快速准确检测及达到降低成本的目的。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007] 一种定量性应力应变偏光测定机，其特征在于包括：一平台、一应力偏光仪及一检测系统，其中：该平台于顶面设有一可相对平台移动的移动板及一用以驱动移动板的马达控制器；该应力偏光仪是设于平台上且设有一偏光组及一位于偏光组下方的光源；该检测系统是用以接收应力偏光仪的影像，其设有一数字摄影机、一电脑及一检测组，其中该数字摄影机是设于平台上且与光源相对，而电脑是与该数字摄影机相连接以接收影像，且该电脑另与平台的马达控制器相连接以控制移动板的动作；检测组是与电脑相结合并对于所接收的影像进行分析且设有一影像撷取程序介面装置及一应力分析程序介面装置，其中该影像撷取程序介面装置是可对于所撷取的影像进行影像定位及影像旋转，并对于相邻像素的红、绿、蓝三原色(RGB)进行平滑化以消除影像中的杂讯，进而建立出光弹条纹与RGB值的关系数据，而应力分析程序介面装置是将经影像撷取程序介面装置处理后的影像区域，依照光弹条纹及RGB值的关系数据经由线性内插法及光弹理论即可得到每个坐标位置相对的应力值，并以3D图形分布的方式来呈现其应力值的分布。
[0008] 前述的定量性应力应变偏光测定机，其中在光行进的路径中加入一个相位补偿器，利用相位补偿器的反向的讯号，当该反向讯号是与光弹反应的讯号等量时，两讯号会相互抵消，此时在光行进路径上将不会产生双折射的现象，而会产生一条级次为零的等色线(Isochromatic)，利用此一平衡关系即可读取相位补偿器上的读数，该读数为该坐标位置上的光弹条纹值，并测量该坐标位置的RGB(Red、Green、Blue)值，进而建立光弹条纹与RGB值的关系数据。
[0009] 前述的定量性应力应变偏光测定机，其中应力分析程序介面装置可将所得的图形放大、缩小及旋转夹角来显示，进而搜寻最大应力值的相对坐标。
[0010] 前述的定量性应力应变偏光测定机，其中应力分析程序介面装置可搜寻最大应力值的相对坐标，首先是设定一初始预设值并与每个坐标的应力值做比较及取代，即可取得最大应力值的相对坐标位置。
[0011] 前述的定量性应力应变偏光测定机，其中应力分析程序介面装置可由使用者设定应力上限值，撷取影像中的应力最大值，当应力最大值超过此上限值时，该应力分析程序介面装置会显示不良品等的提示，使电脑可自动对于待测物进行质量优劣的判断。 [0012] 前述的定量性应力应变偏光测定机，其中平台于移动板的两侧跨设有一U形梁架，该梁架的中段部向下垂设有一与数字摄影机相结合的结合架。
[0013] 前述的定量性应力应变偏光测定机，其中偏光组是设于平台的移动板上且位于结合架下方并由两平行设置的偏振片所组成，两偏振片的偏光轴互相垂直，而光源是设于该偏光组的下方，其中靠近光源的偏振片称为偏光镜(Polarizer)，而在待测物另一侧的偏振片则称为检光镜(Analyzer)。
[0014] 前述的定量性应力应变偏光测定机，其中偏光组于两偏振片间设有两个四分之一波片(Quarter-wave Plate)，进而组成一反射式圆偏光器(Circular Polariscope)。 [0015] 前述的定量性应力应变偏光测定机，其中数字摄影机为一互补金属氧化物导体的数字摄影机(Complementary Metal-Oxide SemiconductorCamera；CMOS Camera)，且所述数字摄影机设有一影像撷取卡。
[0016] 前述的定量性应力应变偏光测定机，其中检测组是使用VisualBasic程序语言软件来撰写。
[0017] 借由上述的技术手段，本发明定量性应力应变偏光测定机可对于移动镜进行角度补偿及位移测量，使移动镜经角度补偿后可准确地与固定镜间保持平行，有效产生对比度高的干涉条纹进行检测，大幅提高检测的准确度。
[0018] 借由上述的技术手段，本发明定量性应力应变偏光测定机至少具有以下的优点及功效：
[0019] 一、定量化检测：本发明定量性应力应变偏光测定机，可将影像中所撷取到的光弹条纹，利用光弹理论与数字影像处理原理，将待测物的应力作定量化并以3D分布图形来呈现。
[0020] 二、准确分析：本发明定量性应力应变偏光测定机，是具备有自动搜寻待测的物件应力最大值与相对应的坐标位置，并将每个位置的应力值以3D分布图形来呈现，且可将3D图形作角度旋转、放大缩小、储存等功能。
[0021] 三、快速检测：本发明定量性应力应变偏光测定机，不需再借由人眼来判断应力的大小，仅需借由检测系统即可对于待测物的应力进行分析及检测，且不受物品摆放方向及仅能检验应力较大部位的限制，大幅缩短检验所需的时间及提高检测的准确性。 [0022] 四、分类检测：本发明定量性应力应变偏光测定机，可在应力分析程序介面装置中设定一应力上限值，借由电脑自动对于待测物的质量进行判断及分类，有效提升产品的质量及良率。
附图说明
[0023] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0024] 图1是本发明的外观立体示意图。
[0025] 图2是本发明应力偏光仪的侧视示意图。
[0026] 图3是本发明建立应力与影像条纹关系的实验流程图。
[0027] 图4是本发明最大应力值的相对坐标的搜寻流程图。
[0028] 图中标号说明：
[0029] 10平台 11移动板
[0030] 12梁架 121结合架
[0031] 13马控制器
[0032] 20应力偏光仪
[0033] 21偏光组 211偏振片
[0034] 22光源
[0035] 30检测系统
[0036] 31数字摄影机
[0037] 32电脑
具体实施方式
[0038] 为能详细了解本发明的技术特征及实用功效，并可依照说明书的内 容来实施，兹进一步以附图所示的较佳实施例，详细说明如后，请参阅如图1及图2所示，本发明定量性应力应变偏光测定机，主要是利用光弹理论(该理论为一现有技术，故不阐述)及数字影像处理方式，进而将待测物的应变定量化，该定量性应力应变偏光测定机主要包含有一平台10、一应力偏光仪20及一检测系统30，其中：
[0039] 该平台10于顶面设有一可相对平台10移动的移动板11，另平台10于移动板11的两侧跨设有一U形梁架12，该梁架12的中段部是向下垂设有一结合架121，且该平台10设有一用以驱动移动板11的马达控制器13；
[0040] 该应力偏光仪(Polariscope)20设于平台10上且设有一偏光组21及一光源22，该偏光组21是设于平台10的移动板11上且位于结合架121下方并由两平行设置的偏振片211所组成，两偏振片211的偏光轴是互相垂直，而光源22设于该偏光组21的下方，其中靠近光源22的偏振片211是称为偏光镜(Polarizer)，而在待测物40另一侧的偏振片211则称为检光镜(Analyzer)，较佳地，该偏光组21于两偏振片211间设有两个四分之一波片(Quarter-wave Plate)，进而组构成一反射式圆偏光器(CircularPolariscope)； [0041] 该检测系统30是用以接收应力偏光仪20的影像，其设有一数字摄影机31、一电脑
32及一检测组，其中该数字摄影机31设于平台10的结合架121上且与光源22相对，较佳地，该数字摄影机31设有一影像撷取卡，且数字摄影机31为一互补金属氧化物导体的数字摄影机(Complementary Metal-Oxide Semiconductor Camera；CMOSCamera)，而电脑32是与该数字摄影机31相连接借以接收影像，且该电脑32另与平台10的马达控制器13相连接借以控制移动板11的动作；
32及一检测组，其中该数字摄影机31设于平台10的结合架121上且与光源22相对，较佳地，该数字摄影机31设有一影像撷取卡，且数字摄影机31为一互补金属氧化物导体的数字摄影机(Complementary Metal-Oxide Semiconductor Camera；CMOSCamera)，而电脑32是与该数字摄影机31相连接借以接收影像，且该电脑32另与平台10的马达控制器13相连接借以控制移动板11的动作；
[0042] 而检测组是与电脑32相结合并对于所接收的影像进行分析，该检测组是使用Visual Basic程序语言软件来撰写且设有一影像撷取程序介面装置及一应力分析程序介面装置，其中该影像撷取介面是可对于所撷 取的影像进行影像定位及影像旋转，并对于相邻像素的红、绿、蓝三原色(RGB)进行平滑化以消除影像中的杂讯，而经现有光弹理论得知光弹条纹级次(N)是与主应力差值呈一线性关系，如图3所示借由实验在光行进路径中，加入一个相位补偿器，利用相位补偿器的反向的讯号，当该反向讯号与光弹反应的讯号等量时，两讯号会相互抵消，此时在光行进路径上将不会产生双折射的现象，而会产生一条级次为零的等色线(Isochromatic)，利用此一平衡关系即可读取相位补偿器上的读数，该读数为该坐标位置上的光弹条纹值，并测量该坐标位置的RGB(Red、Green、Blue)值，进而建立如表1所示光弹条纹与RGB值的关系数据表：
[0043] 表1：
[0044]条纹级次(N值) R G B
0.00 139 135 132
0.25 225 225 223
0.50 247 240 222
0.75 245 210 128
1.00 204 116 192
1.25 100 230 228
1.50 217 239 184
1.67 245 223 124
0.00 139 135 132
0.25 225 225 223
0.50 247 240 222
0.75 245 210 128
1.00 204 116 192
1.25 100 230 228
1.50 217 239 184
1.67 245 223 124
[0045] 而应力分析程序介面装置是将经影像撷取程序介面装置程序处理后的影像区域，依照光弹条纹及RGB值的关系数据经由线性内插法及光弹理论即可得到每个坐标位置相对的应力值，并以3D图形分布的方式来呈现其应力值的分布，较佳地，可将该图形放大、缩小及旋转夹角来显示，进而搜寻最大应力值的相对坐标；
[0046] 关于最大应力值的相对坐标的搜寻流程是如图5所示，首先是设定一初始预设值并与每个坐标的应力值做比较及取代，即可取得最大应力值的相对坐标位置，另可由使用者设定应力上限值，撷取影像中的应力最大值，当应力最大值超过此上限值时，该应力分析程序介面装置会显示不良品等的提示，使电脑32可自动对于待测物进行质量优劣的判断，加快产品检测所需的时间。
[0047] 本发明定量性应力应变偏光测定机于操作时，主要是将待测物40放入偏光组21的两偏振片211之间，通过光源22的照射后使待测物40因应力而产生光弹效应的折射，并经由数字摄影机31将影像撷取至电脑32中，通过检测组对于影像进行影像条纹与应力间关系的分析，即可得到待测物的应力分布情形。
[0048] 借由上述的技术手段，本发明定量性应力应变偏光测定机主要是利用光弹理论与数字影像处理原理，不仅可有效地对于所撷取的影像进行应力的定量化，清楚且明确地呈现待测物40各部位的应力值，大幅改善现有检测是以人工肉眼定性观察光弹条纹所造成的误差，且可加快检测的速度并以3D分布图形来呈现，另可借由电脑32自动对于待测物40的质量进行判断及分类，有效提升产品的质量及良率。
[0049] 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，凡是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。