本发明提供一种维氏硬度检测系统，该系统运行于计算机，该计算机与硬度检测机台相连接。该硬度检测机台通过工业光学镜头和电荷耦合装置采集待测材料表面的压痕图像，并将该压痕图像传送至计算机。该计算机利用所述维氏硬度检测系统分析得到压痕图像中两条压痕对角线的四个角点的位置，根据该四个角点计算两条压痕对角线的长度，再根据两条压痕对角线的长度计算出待测材料的维氏硬度，输出测试结果至与计算机相连接的显示装置。本发明还提供一种维氏硬度检测方法。利用本发明，可以准确地确定材料表面的压痕位置，提高硬度检测的精确度。
1.一种维氏硬度检测系统，运行于计算机，该计算机与硬度检测机台相连接，其特征在于，该系统包括：读取模块，用于读取硬度检测机台输出的压痕图像，该硬度检测机台通过工业光学镜头和电荷耦合装置采集待测材料表面的压痕图像；
判断模块，用于判断压痕图像中的两条压痕对角线是否分别为水平、垂直方向；
提示模块，用于当判断模块判断压痕图像中的两条压痕对角线不为水平、垂直方向时，提示用户调整工业光学镜头及电荷耦合装置，直到硬度检测机台输出的压痕图像中的两条压痕对角线分别为水平、垂直方向；
计算模块，用于根据两条压痕对角线的参考长度及该参考长度在所述压痕图像中所占的像素数目计算得到像素的参考解析度；及查找模块，用于分析压痕图像中像素的梯度值，并根据两条压痕对角线四个角点的坐标关系查找出两条压痕对角线的四个角点；及计算模块，还用于根据每一条压痕对角线的两个角点之间水平或垂直分布的像素数目及像素的参考解析度计算两条压痕对角线的长度，并根据两条压痕对角线的长度计算得到待测材料的维氏硬度。
2.如权利要求1所述的维氏硬度检测系统，其特征在于，该系统还包括初始化模块，用于初始化硬度检测机台的工业光学镜头及电荷耦合装置。
3.如权利要求1所述的维氏硬度检测系统，其特征在于，该系统还包括输出模块，用于输出测试结果至与计算机相连接的显示装置。
4.如权利要求3所述的维氏硬度检测系统，其特征在于，所述测试结果包括：待测材料名称、编号、每条压痕对角线的长度、两条压痕对角线的长度误差、产生当前硬度压痕的载荷及待测材料的维氏硬度。
5.一种维氏硬度检测方法，其特征在于，该方法包括：
(a)通过硬度检测机台的工业光学镜头和电荷耦合装置采集待测材料表面的压痕图像，并将该压痕图像传送至与硬度检测机台相连接的计算机；及(b)通过计算机分析得到压痕图像中两条压痕对角线的四个角点的位置，根据该四个角点计算两条压痕对角线的长度，再利用公式计算出待测材料的维氏硬度，输出测试结果至与计算机相连接的显示装置，包括：(b1)读取硬度检测机台输出的压痕图像；
(b2)判断压痕图像中的两条压痕对角线是否分别为水平、垂直方向；
(b3)当判断模块判断压痕图像中的两条压痕对角线不为水平、垂直方向时，提示用户调整工业光学镜头及电荷耦合装置，直到硬度检测机台输出的压痕图像中的两条压痕对角线分别为水平、垂直方向；
(b4)根据两条压痕对角线的参考长度及该参考长度在所述压痕图像中所占的像素数目计算得到像素的参考解析度；
(b5)分析压痕图像中像素的梯度值，并根据两条压痕对角线四个角点的坐标关系查找出两条压痕对角线的四个角点；及(b6)根据每一条压痕对角线的两个角点之间水平或垂直分布的像素数目及像素的参考解析度计算两条压痕对角线的长度，并根据两条压痕对角线的长度计算得到待测材料的维氏硬度。
6.如权利要求5所述的维氏硬度检测方法，其特征在于，其中步骤(b5)包括：(c1)计算该压痕图像中各个像素的梯度值；
(c2)筛选出梯度值大于一个第一预设值的所有像素，视这些像素为该压痕图像中的角点；
(c4)沿该第一角点的水平或垂直方向查找第二角点，该第二角点与第一角点的横坐标或纵坐标之差小于第二预设值；
(c5)判断是否找到与第一角点的横坐标或纵坐标之差小于第二预设值的第二角点，如果未找到与第一角点的横坐标或纵坐标之差小于第二预设值的第二角点，则返回步骤(c3)，如果找到与第一角点的横坐标或纵坐标之差小于第二预设值的第二角点，则进入步骤(c6)；
(c7)根据该中心点沿第一、第二角点连线的垂直方向查找第三、第四角点，该第三、第四角点的横坐标或纵坐标之差小于第二预设值；及(c8)判断是否找到横坐标或纵坐标之差小于第二预设值的第三、第四角点，如果未找到横坐标或纵坐标之差小于第二预设值的第三、第四角点，则返回步骤(c3)。
7.如权利要求6所述的维氏硬度检测方法，其特征在于，其中步骤(b5)还包括：(c9)提示用户手动调整查找得到的上述四个角点；
(c10)将用户选中的包括一个角点的局部图像放大到一定倍数显示于显示装置；及(c11)根据用户的手动调整结果重新确定上述四个角点的位置。
8.如权利要求5所述的维氏硬度检测方法，其特征在于，所述测试结果包括：待测材料名称、编号、每条压痕对角线的长度、两条压痕对角线的长度误差、产生当前硬度压痕的载荷及待测材料的维氏硬度。
维氏硬度检测系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种材料硬度检测系统及方法，尤其是关于一种维氏硬度检测系统及方法。
背景技术
[0002] 维氏硬度(Vickers-Hardness，VH)是表示材料硬度的一种标准。测量材料的维氏硬度通常是将相对面夹角为136°的方锥形金刚石压入材料表面，保持规定时间后，测量压痕对角线长度，再按公式来计算硬度的大小。
[0003] 目前，测试人员在使用维氏硬度检测机台测量材料的硬度时，是依靠目视确定压痕位置，再通过标尺测量读出压痕对角线的长度。目视会造成眼睛疲劳，导致测量得到的数据存在不确定性的问题。
发明内容
[0004] 鉴于以上内容，有必要提供一种维氏硬度检测系统，可以客观地确定压痕位置，提高维氏硬度检测的精确度。
[0005] 此外，还有必要提供一种维氏硬度检测方法，可以客观地确定压痕位置，提高维氏硬度检测的精确度。
[0006] 本发明提供一种维氏硬度检测系统，该系统运行于计算机，该计算机与硬度检测机台相连接。该硬度检测机台通过工业光学镜头和电荷耦合装置采集待测材料表面的压痕图像，并将该压痕图像传送至计算机。该计算机利用所述维氏硬度检测系统分析得到压痕图像中两条压痕对角线的四个角点的位置，根据该四个角点计算两条压痕对角线的长度，再根据两条压痕对角线的长度计算出待测材料的维氏硬度，输出测试结果至与计算机相连接的显示装置。
[0007] 本发明还提供一种维氏硬度检测方法该方法包括：(a)通过硬度检测机台的工业光学镜头和电荷耦合装置采集待测材料表面的压痕图像，并将该压痕图像传送至与硬度检测机台相连接的计算机；及(b)通过计算机分析得到压痕图像中两条压痕对角线的四个角点的位置，根据该四个角点计算两条压痕对角线的长度，再根据两条压痕对角线的长度计算出待测材料的维氏硬度，输出测试结果至与计算机相连接的显示装置。
[0008] 相较于现有技术，本发明提供的维氏硬度检测系统及方法可以准确地确定材料表面的压痕位置，提高硬度检测的精确度。
附图说明
[0009] 图1是本发明维氏硬度检测系统较佳实施例的功能模块图。
[0010] 图2是本发明维氏硬度检测方法较佳实施例的总流程图。
[0011] 图3是图2中步骤查找两条压痕对角线的四个角点的具体流程图。
[0012] 图4是压痕图像中两条压痕对角线的示意图。
[0013] 图5是图4的局部放大图。
具体实施方式
[0014] 为方便理解，对文中出现的部分术语作如下解释：
[0015] 角点：两条直线构成角时的交点。
[0016] 如图1所示，是本发明维氏硬度检测系统较佳实施例的功能模块图。硬度检测机台10与计算机20相连接，该计算机20还连接有一台显示装置30。所述维氏硬度检测系统40安装并运行于该计算机20。
[0017] 硬度检测机台10的Z轴上安装有一个电荷耦合装置(Charge Coupled Device，CCD)11，该CCD 11前方安装有一工业光学镜头(图中未示出)。所述硬度检测机台10将一个相对面夹角为136°的方锥形金刚石压入待测材料的表面，维持一定时间后从待测材料表面移除该金刚石，通过该工业光学镜头和该CCD 11采集待测材料表面的压痕图像，并将该压痕图像传送至计算机20。
[0018] 计算机20通过维氏硬度检测系统40分析得到压痕图像中两条压痕对角线的四个角点的位置，根据该四个角点计算两条压痕对角线的长度，再利用公式计算出待测材料的维氏硬度，输出测试结果至显示装置30。
[0019] 显示装置30用于显示硬度检测机台10获取的压痕图像及测试结果。该显示装置30可以为液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)或阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)显示器。
[0020] 维氏硬度检测系统40包括：初始化模块41、读取模块42、判断模块43、提示模块44、计算模块45、查找模块46及输出模块47。
[0021] 初始化模块41用于初始化硬度检测机台10，包括初始化CCD 11及所述工业光学镜头。
[0022] 读取模块42用于读取硬度检测机台10输出的待测材料表面的压痕图像。
[0023] 判断模块43用于判断压痕图像中的两条压痕对角线是否分别为水平、垂直方向。
[0024] 提示模块44用于当判断模块43判断压痕图像中的两条压痕对角线不为水平、垂直方向时，提示用户调整CCD 11及所述工业光学镜头，直到硬度检测机台10输出的压痕图像中的两条压痕对角线分别为水平、垂直方向。
[0025] 计算模块45用于根据两条压痕对角线的参考长度及该参考长度在所述压痕图像中所占的像素数目计算得到像素的参考解析度。在本实施例中，像素的解析度指的是一个像素在图像中水平或垂直方向所占的长度。参考长度指的是标准压痕对角线的长度。
[0026] 查找模块46用于分析压痕图像中像素的梯度值，并根据两条压痕对角线四个角点的坐标关系查找出两条压痕对角线的四个角点，如图4中所示的P1、P2、P3及P4。在本实施例中，如前所述，菱形的两条相互垂直的压痕对角线一条为水平方向、一条为垂直方向，从理论上讲，两条压痕对角线的四个角点的坐标值存在如下关系：水平压痕对角线两个角点的纵坐标相等，垂直压痕对角线两个角点的横坐标相等。查找模块46计算压痕图像中各个像素的梯度值，分析梯度值较大的像素，直到找到四个像素，该四个像素的坐标值近似满足两条压痕对角线的四个角点的坐标值的上述理论关系，即为两条压痕对角线的四个角点。像素的梯度值越大说明该像素越接近图像中的边界点。
[0027] 在实际测量中，由于材料表面不可能绝对光滑等影响因素，得到的压痕图像中除压痕对角线外还会存在其它杂点，所以找到的两条压痕对角线的四个角点不可能完全满足上述理论关系，存在一定误差。
[0028] 计算模块45还用于根据每一条压痕对角线的两个角点之间水平或垂直分布的像素数目及像素的参考解析度计算两条压痕对角线的长度，并将两条压痕对角线的长度应用到公式计算得到待测材料的维氏硬度。
[0029] 输出模块47用于输出测试结果至显示装置30。所述测试结果包括，但不限于，待测材料名称、编号、每条压痕对角线的长度、两条压痕对角线的长度误差、产生当前硬度压痕的载荷及待测材料的维氏硬度等信息。
[0030] 如图2所示，是本发明维氏硬度检测方法实施例的总流程图。
[0031] 步骤S101，给硬度检测机台10上电，初始化模块41初始化硬度检测机台10，包括初始化CCD 11及工业光学镜头。初始化完成后，硬度检测机台10以一定载荷(例如1千克力)将一个相对面夹角为136°的方锥形金刚石压入待测材料的表面，维持一定时间后从待测材料表面移除该金刚石。
[0032] 步骤S103，硬度检测机台10通过工业光学镜头和该CCD 11采集待测材料表面的压痕图像，读取模块42读取硬度检测机台10输出的待测材料表面的压痕图像。
[0033] 步骤S105，判断模块43判断压痕图像中的两条压痕对角线是否分别为水平、垂直方向。如果判断模块43判断压痕图像中的两条压痕对角线不为水平、垂直方向，则流程进入步骤S107。
[0034] 步骤S107，提示模块44提示用户调整CCD 11及所述工业光学镜头。之后，流程转入步骤S103，直到维氏硬度检测系统40采集的压痕图像中的两条压痕对角线分别为水平、垂直方向，流程进入步骤S109。
[0035] 步骤S109，计算模块45用于根据两条压痕对角线的参考长度及该参考长度在所述压痕图像中所占的像素数目计算得到像素的参考解析度。在本实施例中，像素的解析度指的是一个像素在图像中水平或垂直方向所占的长度。参考长度指的是标准压痕对角线的长度。例如，两条压痕对角线的参考长度均为100.75μm，该参考长度在所述压痕图像中所占的像素数目为307个，则像素的参考长度，即每个像素在压痕图像中水平或垂直方向所占的长度为100.75μm/307＝0.328175896μm。
[0036] 步骤S111，查找模块46分析压痕图像中像素的梯度值，并根据两条压痕对角线四个角点的坐标关系查找两条压痕对角线的四个角点(具体说明请参见图3)。如图4中所示的四个角点P1、P2、P3及P4。
[0037] 步骤S113，计算模块45根据每一条压痕对角线的两个角点之间水平或垂直分布的像素数目及像素的参考解析度计算两条压痕对角线的长度。例如，计算模块45根据垂直线段a1a3(或a2a4)分布的像素数目N及像素的参考解析度0.328175896μm计算压痕对角线P1P2的长度d1＝N*0.328175896μm。
[0038] 步骤S115，计算模块45将两条压痕对角线的长度应用到公式计算得到待测材料的维氏硬度。所述公式为HV＝1.8544*(2p/(d1+d2))，其中，p为载荷，d1、d2分别为两条压痕对角线P1P2、P3P4的长度。
[0039] 步骤S117，输出模块47输出测试结果至显示装置30。所述测试结果包括，但不限于，待测材料名称、编号、每条压痕对角线的长度、两条压痕对角线的长度误差、产生当前硬度压痕的载荷及待测材料的维氏硬度等信息。
[0040] 本实施例仅以一次检测过程为例说明本发明，为了提高检测的精度，进一步减小测量误差，可以对同一种待测材料多次以不同载荷产生硬度压痕进行维氏硬度检测。
[0041] 如图3所示，是图2中步骤S115的具体流程图。
[0042] 步骤S201，计算模块45计算该压痕图像中各个像素的梯度值。
[0043] 步骤S203，读取模块42筛选出梯度值大于一个第一预设值的所有像素，视这些像素为该压痕图像中的角点。用户可以根据需要适当设置该第一预设值，该第一预设值数值越大，读取模块42筛选出的角点数越少，反之，该第一预设值数值越小，读取模块42筛选出的角点数越多。
[0044] 步骤S205，读取模块42读取一个第一角点。
[0045] 步骤S207，查找模块46沿该第一角点的水平或垂直方向查找第二角点，该第二角点与第一角点的横坐标或纵坐标之差小于第二预设值。从理论上讲，两条压痕对角线的四个角点的坐标值存在如下关系：水平压痕对角线两个角点的纵坐标相等，垂直压痕对角线两个角点的横坐标相等。然而，在实际测量中，由于材料表面不可能绝对光滑等影响因素，得到的压痕图像中除压痕对角线外还会存在其它杂点，所以找到的两条压痕对角线的四个角点不可能完全满足上述理论关系，存在一定误差。所述第二预设值表示用户设置的允许的误差范围。
[0046] 步骤S209，判断模块43判断是否找到与第一角点的横坐标或纵坐标之差小于第二预设值的第二角点。如果判断模块43判断未找到与第一角点的横坐标或纵坐标之差小于第二预设值的第二角点，则流程返回步骤S205；如果判断模块43判断找到与第一角点的横坐标或纵坐标之差小于第二预设值的第二角点，则流程进入步骤S211。
[0047] 步骤S211，计算模块45计算该第一、第二角点的中心点。
[0048] 步骤S213，查找模块46根据该中心点沿第一、第二角点连线的垂直方向查找第三、第四角点，该第三、第四角点的横坐标或纵坐标之差小于第二预设值。
[0049] 步骤S215，判断模块43判断是否找到横坐标或纵坐标之差小于第二预设值的第三、第四角点。如果判断模块43判断未找到横坐标或纵坐标之差小于第二预设值的第三、第四角点，则流程返回步骤S205；如果判断模块43判断找到横坐标或纵坐标之差小于第二预设值的第三、第四角点，例如图4中的角点P1、P2、P3及P4，则流程进入步骤S217。
[0050] 步骤S217，提示模块44提示用户是否需要手动调整查找得到的上述四个角点。由于上述查找得到的两条压痕线的四个角点存在一定误差，为了进一步提高检测结果，用户可以在上述查找的基础上进行适当的手动调整。如图4所示，显示装置30上显示的a1a2、a3a4、a1a3、a2a4是查找两条压痕对角线四个角点过程中自动生成的四条水平或垂直的边框线，分别与两条压痕对角线相交。如果用户不需要手动调整查找得到的上述四个角点，则流程结束；如果用户需要手动调整查找得到的上述四个角点，则流程进入步骤S219。
[0051] 步骤S219，查找模块46将用户选中的包括一个角点的局部图像放大到一定倍数显示于显示装置30。例如，用户选中图4中的水平上边框线a1a2，查找模块46将包括第一角点P1及水平上边框线a1a2的局部图像放大500倍显示，如图5所示，放大后，水平上边框线a1a2与第一条压痕对角线的并不是相交于第一角点P1，而是相交于另外两个点，该两点与第一条压痕对角线实际的角点P1’形成一个三角区域Q，则用户可以手动调整水平上边框线a1a2至其于角点P1’相交，也就是调整第一角点P1为P1’。其它角点的手动调整过程类似，在此不再赘述。
[0052] 步骤S221，查找模块46根据用户的手动调整结果重新确定上述四个角点的位置。
[0053] 于其它实施例中，图3中也可以省略步骤S217至步骤S221。
[0054] 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
