Разработка методики измерения радиуса округления режущих кромок лезвий с помощью растрового электронного микроскопа, страница 4

Это обстоятельство следует учитывать при установке образца. Так уже при  величина радиуса будет на 1.7% больше его действительной величины.

Практическая реализация измерений может быть основана на анализе цифровых фотографий РК. В этом случае, рассматривая координату  в единицах длины точки изображения, величина r будет соответствовать тому количеству точек по ширине фотографии, где яркость в данном сечении изменяется более чем на  ( - среднее квадратическое отклонение) от ее средних значений у левого и правого краев этого изображения. Тогда, принимая во внимание формулу (2.3), можно записать:

, ,                        (2.5)

,                                 (2.6)

, ,                               (2.7)

,                                            (2.8)

где  - количество точек в строке изображения;  - участок гарантированной плоскости;  - участок гарантированной плоскости.

Следует иметь в виду, что практическое значение имеет и средняя величина радиуса округления вдоль РК на заданной ее длине в  точек. Для этого рассматриваемый участок РК приводим к единому сечению усреднением яркости точек по вертикали:

.                                                 (2.9)

В рассматриваемом случае обязательным требованием к изображению цифровой фотографии является вертикальность РК (рис. 2.3 ). Практика показывает, что механизмы позиционирования микроскопа не всегда позволяют обеспечить это требование с достаточно высокой точностью. В связи с этим необходимо перед определением величины r «выровнять» изображение по вертикали. Для практической реализации указанной процедуры воспользуемся тем, что граница между изображениями РК и столика самая яркая на фотографии и, как правило, четкая. Следовательно, увеличив контрастность изображения до 100%, можно добиться того, чтобы отличный от нуля уровень яркости имели только точки на указанной границе. Проводя через них прямую вида , где , с помощью метода наименьших квадратов определяем искомый угол поворота изображения . Применив известные соотношения для преобразования координат [], поворачиваем изображение на угол . После этого отсекаем некорректные границы полученного изображения с каждой из его сторон шириной: по вертикали - ; по горизонтали - .

2.2  Методика измерения радиуса округления режущей кромки

Основываясь на изложенных теоретических положениях, была разработана методика измерения радиуса округления РК на растровом электронном микроскопе РЭМ-100У, дополнительно оснащенном ЭВМ. Согласно этой методике для выполнения измерения радиуса округления РК с высокой точностью необходимо выполнить тщательную подготовку образца, правильно расположить его в рабочем пространстве микроскопа, получить качественное изображение РК, откорректировать его с целью устранения искажений и только после этого «измерить» ширину полосы с изменяющейся яркостью изображения (рис. 2.4). Рассмотрим все этапы подробнее.

2.2.1  Подготовка к измерениям

Измерение радиуса округления РК начинается с подготовки пластины, размещения и ориентации ее в рабочей зоне микроскопа, предварительной настройки микроскопа.

Перед установкой образцов в микроскопе их тщательно очищают от  пыли и грязи, промывают в спирте или эфире в соответствии с руководством по эксплуатации микроскопа.

В случае измерения r на твердосплавных неперетачиваемых пластинах их устанавливают в специальном приспособлении (рис. 2.5), обеспечивающем надежность закрепления и точность их позиционирования в рабочей зоне микроскопа. Приспособление позволяет одновременно размещать в камере микроскопа две пластины, что существенно повышает производительность измерительной процедуры.

Механизмы позиционирования РЭМ микроскопа обеспечивают точность позиционирования 0.01 мм. Поэтому для быстрого и точного перемещения в нужную позицию РК, координаты базовых точек приспособления определяют заранее. В этом случае получение в центре экрана ЭЛТ желаемой точки РК осуществляется простым перемещением образца вдоль осей X и Y с помощью ручек механизма позиционирования микроскопа в предварительно рассчитанные координаты. Поворотом ручек вертикального и горизонтального вращения образца добиваются перпендикулярности одной из плоскостей сканирующему пучку.  Все действия по установке образца выполняют на минимально возможном увеличении (x35 - x50).

Далее с помощью соответствующих регуляторов добиваются четкости изображения последовательно на увеличениях ´50, ´500 и ´2000 . Затем ручками механизма горизонтального вращения  ориентируют РК относительно детектора и добиваются ее вертикальности на экране ЭЛТ.

После этого устанавливают желаемую контрастность и яркость изображения и добиваются минимального соотношения между амплитудой меток кадра и амп­литудой сигнала. Контроль последнего параметра осуществляют по осциллографу.

Следует отметить, что режущая кромка пластины располагается в пространстве прибора так, чтобы рассмат­ри­ваемый участок ее кромки располагался вертикально со стороны детектора и на расстоянии приблизительно 1/3 - 1/4 части экрана от правого его края (требование п. 2.1). При этом режущая кромка должна занимать примерно 40 – 60% ширины экрана. Соблюдением этих условий достигается: 1) возможность определения границы режущей кромки           (см.  п. 2.1); 2) возможность коррекции положения режущей кромки без потери информации; 3) обеспечение оптимальной яркости и контрастности изображения РК, так как она будет занимать большую часть кадра; 4) повышение точности измерений, так как нелинейные искажения в центральной части экрана значительно меньше, чем по краям.

На рисунке рис. 2.6 представлена фотография РК, сориентированной согласно описанным требованиям. На этой и всех последующих фотографиях длина масштабного отрезка указана в миллиметрах. Видно, что слева располагается участок задней поверхности с равномерной яркостью  (участок 1), а в центре участок с возрастающей яркостью (участок 2) - РК. Участок 3 соответствует основанию предметного столика.