База данных микроструктур металлов: классификация микроструктур и аппаратно-программное обеспечение

2. БАЗА ДАННЫХ МИКРОСТРУКТУР МЕТАЛЛОВ: КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРОСТРУКТУР И АППАРАТНО-ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Классический метод исследования или оценки качества металлов и сплавов по их микроструктуре, выполняемый с помощью светового микроскопа, давно стал обязательным в любой металловедческой лаборатории: исследовательской, учебной, заводской, цеховой. В заводской и цеховой лабораториях этот метод используется как для выходного (например на металлургических предприятиях), так и для входного (на машиностроительных предприятиях) контроля. Используется он и для текущей оценки состояния деталей и узлов при их эксплуатации, например для оценки состояния нефте-, газо- и паропроводов.

Во многих металловедческих лабораториях накоплен огромный архив фотографий микроструктур на фотобумаге, фотопленках и даже фотопластинках. Существуют классические атласы микроструктур, издаются и новые, как правило, специализированные атласы, обычно в составе монографий.

Появление цифровой фотографии достаточно высокого разрешения и компьютерных носителей информации большой емкости сделало актуальной задачу перевода традиционных фотоизображений в цифровой формат. Требуются обоснованные методики применения цифровых фотокамер для фотографирования микроструктур.

В связи с этим возникает задача разработки системы хранения, поиска, отбора, группировки (фильтрации) микроструктур по различным критериям. К таким критериям относятся такие очевидные признаки, как химический состав сплава, его термическая обработка, нужные эксплуатационные свойства, место отбора пробы, условия подготовки шлифа, условия наблюдения и т. д. Все эти задачи являются типичными для баз данных (БД). В соответствующую базу данных должны быть внесены нужные сведения в поля, предусмотренные при ее проектировании. В то же время возникает необходимость в классификации самих изображений микроструктур по некоторым признакам с целью создания групп однотипных структур.

Однако задача осложняется тем, что сам перечень нормируемых или эксплуатационных свойств различен для сплавов разных типов и применения. Не существует общепринятых норм даже для порядка перечисления компонентов сплава. Отсутствуют точные и хотя бы относительно универсальные признаки описания изображения микроструктур. Даже существующая, традиционно сложившаяся терминология описания микроструктур для сплавов одного типа слабо или вообще никак не связана с аналогичной терминологией для сплавов другого типа.

Критерии выбора цифровой фотокамеры и ее стыковка с микроскопом

Выбор цифровой фотокамеры основан на двух основных критериях: разрешение фотокамеры и удобство ее стыковки с микроскопом.

Разрешение фотокамеры должно быть не ниже разрешения микроскопа. При обычной оценке максимального разрешения «идеального» микроскопа с апертурой А = 1 («Х/2А, где X — длина волны света, равная =0,5 мкм) и размере (диаметре) поля зрения микроскопа (<0,5 мм) на сторону фотографии должно приходиться 2000 пикселей и, следовательно, всего фотокамера должна иметь от 4 действительных мегапикселей. Однако использование дорогих фотокамер с более высоким разрешением явно нерационально, так как «лишние» пиксели не будут нести полезной информации.

Наилучшая стыковка фотокамеры с микроскопом с оптической точки зрения обеспечивается при использовании камеры без объектива, роль которого в этом случае выполняет проекционный окуляр микроскопа, дающий изображение непосредственно на матрице камеры. Но такие фотокамеры не выпускаются серийно и поэтому очень дорогие.

Альтернативным и более дешевым решением является закрепление на объективе фотокамеры (например, с помощью резьбового соединения) окуляра Гюйгенса диаметром 23,2 мм. Такой окуляр совместим с любым микроскопом, имеющим окулярный тубус с соответствующим внутренним диаметром, в том числе с большинством микроскопов производства ЛОМО, Karl Zeiss и др. При этом фотокамера должна иметь неподвижный объектив, а оптический «зумм» должен выполняться за счет передвижения линз внутри самого объектива.

Цифровой «зумм» использовать не рекомендуется, так как он дает лишь проекционное увеличение, не сопровождающееся ростом разрешения, и затрудняет определение масштаба фотографии. При необходимости проведения кадрирования изображения следует использовать программы обработки изображений, например Photoshop.

Для определения масштаба фотографии следует провести съемки объекта- микрометра со всеми объективами, которые предполагается использовать, при фиксированном значении величины оптического «зумма».

Характеристики изображения микроструктуры

Традиционно, со времен выполнения фотографий на фотопластинках с последующим тиражированием изображений методом контактной печати, в качестве основной характеристики изображения используется увеличение микроскопа. В дальнейшем при типографском тиражировании размер изображения менялся в широких пределах, при этом данные об увеличении фотографии теряли смысл. Лишь изредка в литературе приводятся сведения отдельно о полезном и проекционном увеличении (уменьшении). В появившейся позднее растровой электронной микроскопии уже указывается не увеличение, а приводится масштабная линейка.

Очевидно, что и в оптической микроскопии следует использовать аналогичный метод: приводить масштабную линейку (фотографию объекта-микрометра) или сведения о размере изображения.

Характеристики изображения микроструктуры, получаемого с помощь цифровой фотокамеры и визуализируемого устройствами вывода на экран монитора или принтер, зависят также от характеристик устройств вывода.