本發(fā)明屬于濾膜厚度檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到顆粒物采集濾膜厚度的檢測裝置及其檢測方法。

背景技術(shù)：

濾膜的主要作用是截留氣溶膠或者溶液中的顆粒物，起到物質(zhì)分離的作用。顆粒物的截留與透過會受濾膜厚度的直接影響，但目前在濾膜材質(zhì)、工藝水平和制備能力的影響下，種類和廠家繁多的濾膜之間存在較大差異，而且我國至今還沒有一套完整的濾膜性能評價技術(shù)規(guī)范，目前測量濾膜厚度常用的方法有螺旋測微器、掃描電子顯微鏡、光度法。螺旋測微器的優(yōu)點是可以直接測量和讀數(shù)并且價格較低，但是誤差較大。運用掃描電子顯微鏡測量精度高，但要破壞濾膜的完整性并且儀器價格昂貴。對于光度法至今沒有一種能夠表征數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上通過收集大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合以前的研究成果，設(shè)計研發(fā)此裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提出一種濾膜厚度的檢測方法及其檢測裝置，利用光電檢測原理，可以精確檢測濾膜的厚度，方便檢測人員進行質(zhì)量管理和控制，進一步提高濾膜產(chǎn)品質(zhì)量。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種濾膜厚度的檢測方法,包括:

(1)采用紅、綠、藍三基色光分別作為測試光源；

(2)在三基色其中之一的測試光源下，得到該測試光源的無濾膜的初始曝光圖像，并計算得到圖像的灰度值；

(3)使用厚度已知的標(biāo)準(zhǔn)采集濾膜，在該測試光源下，得到透過濾膜的光源曝光圖像，并計算得到圖像的灰度值；

(4)根據(jù)兩幅圖像灰度值的比值可以得到所述標(biāo)準(zhǔn)采集濾膜的透光率；

(5)選用若干厚度不同的標(biāo)準(zhǔn)采集濾膜，重復(fù)步驟(3)和(4)，得到各標(biāo)準(zhǔn)采集濾膜的透光率，進一步得到在該測試光源下所述標(biāo)準(zhǔn)采集濾膜厚度與透光率之間的關(guān)系；

(6)分別采用三基色測試光源的另外兩色，重復(fù)步驟(2)-(5)，得到各測試光源下所述標(biāo)準(zhǔn)采集濾膜厚度與透光率之間的關(guān)系；

(7)選擇效果最佳的測試光源作為檢測光源，對未知厚度的濾膜進行檢測，得到透過該濾膜的光源曝光圖像，并計算得到圖像的灰度值，從而得到該濾膜的透光率，根據(jù)該光源下標(biāo)準(zhǔn)采集濾膜厚度與透光率之間的關(guān)系，得到該濾膜厚度。

進一步的，步驟(1)所述測試光源的獲得方法為：通過可調(diào)穩(wěn)壓電源和LED控制器調(diào)節(jié)發(fā)光二極管的色彩分別顯示紅、綠、藍三種顏色。

進一步的，步驟(2)的具體實現(xiàn)方法為：使測試光源與CCD圖像傳感器完全接觸，CCD圖像傳感器進行曝光處理，得到該測試光源的無濾膜的初始曝光圖像，并將圖像信息輸送至計算機，通過計算機LabVIEW軟件對獲得的圖像進行灰度處理，得到圖像的灰度值。

進一步的，步驟(3)和步驟(7)中得到圖像灰度值的具體實現(xiàn)方法為：使測試光源與CCD圖像傳感器夾緊所述標(biāo)準(zhǔn)采集濾膜，CCD圖像傳感器對濾膜表面進行曝光處理，得到透過所述濾膜的初始曝光圖像，并將圖像信息輸送至計算機，通過計算機LabVIEW軟件對獲得的圖像進行灰度處理，得到圖像的灰度值。

進一步的，步驟(5)的具體方法為：選取一定數(shù)量的濾膜,采用螺旋測微器和掃描電鏡兩種方法分別對濾膜厚度進行測量,得到濾膜的厚度范圍；保持當(dāng)前測試光源的入射光強一定,測定光源下不同濾膜厚度對應(yīng)的透光率，以濾膜厚度與濾膜透光率為橫縱坐標(biāo)擬合得到所述標(biāo)準(zhǔn)采集濾膜厚度與透光率之間的關(guān)系式。

進一步的，步驟(7)所述效果最佳的測試光源的選擇方法為：根據(jù)步驟(5)所得到的各測試光源下的標(biāo)準(zhǔn)采集濾膜厚度與透光率之間的關(guān)系，在濾膜厚度范圍一定時，選擇透光率跨度越大的測試光源，測量精度較高；即在濾膜厚度范圍內(nèi),濾膜厚度與透光率擬合曲線斜率變化越大，測量精度較高。

本發(fā)明的另一方面，一種濾膜厚度的檢測裝置，包括光源控制系統(tǒng)、濾膜厚度檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；

所述光源控制系統(tǒng)包括可調(diào)穩(wěn)壓電源和LED控制器，用于調(diào)節(jié)控制光源裝置產(chǎn)生紅、綠、藍三基色光分別作為測試光源；

所述濾膜厚度檢測系統(tǒng)設(shè)置在避光室內(nèi)，用于在測試光源下得到該測試光源的無濾膜的初始曝光圖像、透過標(biāo)準(zhǔn)采集濾膜的光源曝光圖像、待測未知厚度濾膜的光源曝光圖像；包括光源裝置、CCD圖像傳感器、濾膜固定支架、步進移動裝置，所述濾膜固定支架設(shè)置在避光室頂部，位于光源裝置和CCD圖像傳感器之間；所述光源裝置連接所述光源控制系統(tǒng)；所述光源裝置和CCD圖像傳感器都設(shè)置于步進移動裝置上，通過步進移動裝置調(diào)節(jié)位置；

所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括圖像采集卡和計算機，CCD圖像傳感器和步進移動裝置分別通過數(shù)據(jù)線與圖像采集卡相連，圖像采集卡與計算機相連。

進一步的，所述濾膜固定支架通過水平支架設(shè)置在避光室頂部，所述濾膜固定支架可沿水平支架垂直旋轉(zhuǎn)。

進一步的，所述步進移動裝置包括步進電機a、步進電機b、步進電機導(dǎo)軌、步進電機驅(qū)動器、步進電機控制器，所述步進電機導(dǎo)軌兩端固定在避光室箱體上，步進電機a和步進電機b分別在步進電機導(dǎo)軌滑動配合并進行水平左右移動，步進電機a和步進電機b分別通過導(dǎo)線與步進電機驅(qū)動器連接，步進電機驅(qū)動器與步進電機控制器連接；所述光源裝置通過光源固定支架設(shè)置在步進電機a上，所述CCD圖像傳感器通過CCD圖像傳感器支架固定在步進電機b上；所述步進電機控制器通過RS232接口與圖像采集卡連接。

更進一步的，所述光源固定支架和CCD圖像傳感器支架上都設(shè)有微位移調(diào)節(jié)裝置，所述微位移調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)光源裝置與CCD圖像傳感器在水平方向的位置并確保光源裝置與CCD圖像傳感器在同一水平方向上同心同軸。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的一種濾膜厚度的檢測方法及其檢測裝置，主要有以下優(yōu)勢：該檢測方法和裝置利用光電檢測原理，可以方便精確檢測出濾膜厚度，方便質(zhì)檢人員進行質(zhì)量管理和控制，進一步提高濾膜產(chǎn)品質(zhì)量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例的濾膜厚度與透光率關(guān)系圖。

其中：

1.可調(diào)穩(wěn)壓電源；2.LED控制器；3.LED控制器數(shù)據(jù)輸出接口；

4.LED信號線；5.水平支架；6.光源裝置；

7.手?jǐn)Q螺絲；8.濾膜固定支架；9.CCD圖像傳感器；

10.數(shù)據(jù)線；11.圖像采集卡接口Ⅰ；12.計算機；

13.圖像采集卡；14.圖像采集卡接口Ⅱ；15.RS232連接線；

16.避光室接口Ⅱ；17.步進電機b；18.RS232接口；

19.微位移調(diào)節(jié)裝置；20.光源固定支架；21.CCD圖像傳感器支架；

22.步進電機驅(qū)動器；23.步進電機控制器；24.步進電機a；

25.步進電機導(dǎo)軌；26.避光室；27.避光室接口Ⅰ；

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

下面將結(jié)合實施例以及附圖來詳細說明本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明提出了一種濾膜厚度的檢測裝置，包括光源控制系統(tǒng)、濾膜厚度檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

光源控制系統(tǒng)由可調(diào)穩(wěn)壓電源1和LED控制器2組成，發(fā)光二極管的色彩利用LED控制器2調(diào)節(jié)。

濾膜厚度檢測系統(tǒng)由光源裝置6、光源固定支架20、微位移調(diào)節(jié)裝置19、CCD圖像傳感器9、CCD圖像傳感器支架21、濾膜固定支架8、水平支架5、步進電機a24、步進電機b17、步進電機導(dǎo)軌25、步進電機驅(qū)動器22、步進電機控制器23組成，并且全部設(shè)置于避光室26內(nèi)。

避光室26設(shè)有避光室接口Ⅰ27和避光室接口Ⅱ16，所述避光室接口Ⅱ16通過LED信號線4把LED控制器數(shù)據(jù)輸出接口3和光源裝置4連接起來，避光室接口Ⅰ27連接RS232連接線15。

光源裝置由共陰四角5mm三色發(fā)光二極管、反光套筒和組成，反光套筒采用厚度為0.4mm的反光片做成，直徑6mm，長度為10mm。濾膜固定支架8由兩塊尺寸為20mm×20mm×2mm的不銹鋼板組成，中心開有直徑為7mm的孔，濾膜被兩塊不銹鋼板夾緊固定。濾膜固定支架8上焊接有直徑10mm的不銹鋼管，壁厚0.5mm，長度為15mm，不銹鋼管上方開孔，孔直徑為2mm。水平支架5由直徑為9mm的實心不銹鋼圓棒組成，長度為400mm，中間與不銹鋼管對應(yīng)地方開孔，直徑為2mm，水平支架兩端通過側(cè)裝法蘭水平固定在避光室箱體上。整個濾膜固定支架8可以沿著實心不銹鋼圓棒垂直旋轉(zhuǎn)，并可通過開孔中的手?jǐn)Q螺絲7進行固定，為了防止濾膜固定支架8水平運動，在不銹鋼管端部實心不銹鋼圓棒上安裝兩個定位螺絲。光源固定支架20、CCD圖像傳感器支架21分別與步進電機a24和步進電機b17連接，步進電機導(dǎo)軌25兩端通過側(cè)裝法蘭水平固定在避光室箱體上，步進電機a24和步進電機b17分別在步進電機導(dǎo)軌25滑動配合并進行水平左右移動，步進電機a24和步進電機b17分別通過導(dǎo)線與步進電機驅(qū)動器22連接，步進電機驅(qū)動器22與步進電機控制器23連接，步進電機控制器23通過RS232接口18與圖像采集卡13連接。微位移調(diào)節(jié)裝置19分別固定在光源固定支架20和CCD圖像傳感器支架21上，微位移調(diào)節(jié)裝置19調(diào)節(jié)光源6與CCD圖像傳感器9在水平方向的位置并確保光源6與CCD圖像傳感器9在同一水平方向上同心同軸。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括圖像采集卡13和計算機12，CCD圖像傳感器9輸出的信號和濾膜厚度檢測系統(tǒng)的RS232接口18分別通過數(shù)據(jù)線10與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的圖像采集卡端口11和14相連，圖像采集卡13與計算機12相連，計算機12設(shè)有LabVIEW控制軟件，利用LabVIEW控制軟件完成圖像信息的采集、處理和存儲，以及對步進電機a24和步進電機b17的控制。

本發(fā)明的檢測方法，步驟如下：

1)通過手動調(diào)節(jié)LED控制器2調(diào)節(jié)發(fā)光二極管的色彩分別顯示紅、綠、藍三種顏色；

2)當(dāng)二極管的色彩為紅色時，手動調(diào)節(jié)微位移調(diào)節(jié)裝置19使光源裝置6與CCD圖像傳感器9在同一水平方向上同心同軸；

3)利用計算機LabVIEW軟件驅(qū)動步進電機精確步進移動，步進電機a24沿步進電機導(dǎo)軌25在水平方向向左移動至左端初始位置，步進電機b17沿步進電機導(dǎo)軌25在水平方向向右移動至右端初始位置，步進電機a24水平方向的移動范圍為-50～0mm，步進電機b17水平方向的移動范圍為0～50mm，移動步長均為0.3～5μm。

首先測量濾膜固定支架8未夾持濾膜的情況，開始步進電機a24沿步進電機導(dǎo)軌25在水平方向向右移動，步進電機b17沿步進電機導(dǎo)軌25在水平方向向左移動，直至光源裝置6與CCD圖像傳感器9恰好完全接觸，此時CCD圖像傳感器9進行曝光處理并將圖像信息通過數(shù)據(jù)線輸出至采集系統(tǒng)的圖像采集卡13，圖像采集卡13與計算機12相連，計算機12設(shè)有LabVIEW控制軟件，利用LabVIEW控制軟件完成圖像信息的采集、處理和存儲。之后步進電機a24沿步進電機導(dǎo)軌25在水平方向向左移動，步進電機b17沿步進電機導(dǎo)軌25在水平方向向右移動，將厚度已知的濾膜夾持在濾膜固定支架8上，再利用計算機12的LabVIEW軟件驅(qū)動步進電機精確步進移動，步進電機a24沿步進電機導(dǎo)軌25在水平方向向右移動，步進電機b17沿步進電機導(dǎo)軌25在水平方向向左移動，直至光源裝置6與CCD圖像傳感器9恰好夾緊采集濾膜，此時CCD圖像傳感器9對整個濾膜表面進行再次曝光處理并將圖像信息通過數(shù)據(jù)線輸出至采集系統(tǒng)的圖像采集卡13，圖像采集卡13與計算機12相連，計算機12設(shè)有LabVIEW控制軟件，利用LabVIEW控制軟件完成圖像信息的采集、處理和存儲。通過計算機LabVIEW軟件對獲得的圖像進行灰度處理，得到圖像的灰度值，進一步分析可以得到濾膜厚度與透光率的關(guān)系。

4)重新調(diào)節(jié)發(fā)光二極管的色彩重復(fù)3)中的步驟。

5)利用計算機LabVIEW軟件處理采集到的圖像信息，選擇效果最佳的發(fā)光二極管的色彩，計算出濾膜厚度與透光率之間的關(guān)系，之后可以依此關(guān)系判斷其它未知濾膜的厚度。

依照上述方法，首先選取某公司生產(chǎn)的特氟龍濾膜80張進行電鏡掃描，掃描結(jié)果顯示Teflon濾膜厚度范圍為22.19～33.00μm，通過對濾膜厚度范圍在22.19～33.00μm的Teflon濾膜透光率測試，結(jié)果顯示濾膜透光率與濾膜厚度存在較好的非線性關(guān)系，如圖2所示，擬合公式為：y＝-0.0188x²+0.1426x+99.983，R²＝0.9974。98％的Teflon濾膜厚度范圍在27.5±2.5μm之間，透光率范圍在89.52±2.34％之間，當(dāng)厚度或者透光率低于或超過這個范圍則認(rèn)定該濾膜的厚度不均勻。

將以上的篩選條件通過LabVIEW編程得到，將一未知厚度的Teflon濾膜利用濾膜厚度檢測裝置進行檢測，檢測結(jié)果顯示，整個濾膜透光率范圍在88.16～91.07％之間。判定該濾膜厚度均勻性在允許范圍內(nèi)。對應(yīng)透光率為88.16％出的厚度為29.15μm，其他各個點位的厚度都可以根據(jù)透光率大小得出。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。