Разработка методики измерения радиуса округления режущих кромок лезвий с помощью растрового электронного микроскопа, страница 5

2.2.2  Ввод изображения в ЭВМ, его предварительная обработка и расчет радиуса округления РК

Для реализации методики необходимо получение цифровой фотографии РК. Для этого используются специальные устройства на основе высокопроизводительных АЦП. Качество изображения введенного  кадра зависит не только от параметров строчной и кадровой развертки микроскопа, напряжения на ФЭУ и режима предусилителя, но и от частоты дискретизации АЦП и коэффициента усиления его предварительного усилителя. Кроме этого, для повышения точности измерения РК необходимо выровнять средние по кадру уровни яркости и контрастности. Обычно все указанные настройки и коррекции выполняются автоматически на основе специальных алгоритмов, рассмотрение которых не является целью данной работы.

Вместе с тем, следует обратить внимание на определение действительного разрешения изображения и действительного размера его точки . Так, для 14’’ мониторов следует принять разрешение  dpi, и рассчитывать  по формуле

,                                              (2.10)

где   - текущее увеличение; - базовое увеличение;  - действительный размер тест объекта;  - измеренный размер тест объекта,  - получаемое число точек в строке;  - базовое число точек в строке.

Величина радиуса округления определяется по выражениям и методике, изложенной в п. 2.1. Следует отметить, что перед выполнением этих процедур полученное изображение фильтруется цифровыми фильтрами с целью устранения шумов в канале видеоизображения микроскопа, а также подвергается обработке с помощью алгоритма улучшения контурной резкости.

2.3  Описание программы

Описанная последовательность действий и процедур для определения радиуса округления РК по ее цифровой фотографии были реализованы в специальной программе, разработанной на языке математического программирования MATLAB. Текст программы приведен в приложении А. Исходными данными являются цифровая фотография РК в формате Windows BitMap и увеличение, при котором она была получена. В результате работы программы получаем откорректированное изображение РК, график распределения средней яркости и величину радиуса округления РК. Программа предусматривает визуальный контроль правильности автоматического определения r и в случае ошибки имеется возможность внести исправления в интерактивном режиме.

2.4  Апробация методики и оценка точности измерений

Апробация методики проводилась на базе модернизированного растрового электронного микроскопа РЭМ-100У, оснащенного аппаратурой оцифровки изображения (рис. 2.7). Среди основных технических характеристик микроскопа следует выделить []:

- разрешающая способность во вторичных электронах, нм    10

- диапазон регулирования увеличения, крат ................................. 20 … 200 000

- ускоряющее напряжение, кВ .......................................................... 5, 15, 30, 40

- нестабильность за 10 мин ................................................................ 2х10 ^–5

- глубина фокуса при увеличении х1000 , мкм ............................... 20

- размер объекта ................................................................................. 20 ´ 25 ´ 5 мм

- перемещение объектов: а) по оси X±10 мм; б) по оси Y ±12,5 мм; в) по оси Z 25 мм

- наклон относительно оси ................................................................ Y от -5° до 45°

- вращение вокруг оси .......................................................................   Z 360°

- система развертки:

длительность строки .................................................................. 0,625 – 200 мс

число строк в кадре .................................................................... 125, 250, 500, 1000.

Ввод и предварительная обработка изображения осуществляются с помощью устройства и программы для ЭВМ, специально разработанных для микроскопов этой модели, при выполнении данной работы. Программа позволяет сократить процедуру получения твердой копии изображения до 5 минут, подобрать оптимальные режимы записи изображения для получения его наивысшего качества, откорректировать яркость, контрастность, устранить нелинейные искажения и сохранить кадр в любом из графических форматов для дальнейшей обработки. Для случая применения этой системы ввода действительный размер точки получаемой цифровой фотографии может быть вычислен по формуле

.                                              (2.11)

В работе в качестве объектов исследования использовались твердосплавные неперетачиваемые пластины SNLM100408F.

В результате проведенных опытов при тестировании установки, было установлено, что наилучшее качество изображения обеспечивается режимом развертки микроскопа: 500 строк по 40 мс. При длительностях строки менее 20 мс и более 80 мс качество изображения ухудшается.

Оценка точности предложенной методики выполнялась сравнением результатов измерения радиуса округления РК твердосплавной пластины ВК8 с покрытием TiN (рис. 2.8) с результатами измерений, выполненными по другим методикам. Для сравнения использовались методы, основанные на получении отпечатка РК (см. п. 1.2.2). Отпечаток получали на алюминиевой пластине и медной проволоке Æ0.15 мм (рис. 2.9) и Æ0.8мм (рис. 2.10). Для анализа отпечатков и измерения радиуса использовался двойной микроскоп МИС-11 и РЭМ 100У.