專利名稱：橡膠基材料中短纖維細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的識(shí)別方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及密封技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種橡膠基材料中短纖維細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù) 的識(shí)別方法及裝置。
背景技術(shù)：
短纖維增強(qiáng)橡膠基密封材料的研發(fā)是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。國(guó)際上 一些著名密封材料生產(chǎn)企業(yè)，對(duì)這些新材料進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和應(yīng)用研究，并 獲得了大量研究成果，從而為正確評(píng)定和推廣應(yīng)用這些新型材料奠定了一定的 理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。
短纖維細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括短纖維的長(zhǎng)徑比、取向、材料孔隙率等，目 前對(duì)短纖維細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的測(cè)試與表征研究主要集中在短纖維的長(zhǎng)徑比和取 向兩個(gè)方面。
目前試驗(yàn)測(cè)定復(fù)合材料中短纖維長(zhǎng)度的方法一般采用分離測(cè)定法。如對(duì)于
玻璃短纖維塑料基復(fù)合材料大多采用焚燒、分離、測(cè)定的方法；對(duì)于短纖維增 強(qiáng)橡膠基復(fù)合材料， 一般采用有機(jī)溶劑溶解橡膠基體從而分離出增強(qiáng)短纖維。 取一小塊短纖維增強(qiáng)橡膠基復(fù)合材料，用有機(jī)溶劑反復(fù)溶解。待溶劑自然揮發(fā) 后，在顯微鏡下依次對(duì)各短纖維長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)計(jì)。經(jīng)驗(yàn)證，按順序統(tǒng)計(jì)600 根短纖維的長(zhǎng)度就可以得到短纖維長(zhǎng)度的分布規(guī)律。采用分離測(cè)定的方法確定復(fù)合材料中短纖維的長(zhǎng)徑比，雖然測(cè)試結(jié)果較為準(zhǔn)確，但試驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)工作十分 費(fèi)時(shí)，且受顯微鏡放大倍數(shù)的限制，不能同時(shí)測(cè)量短纖維長(zhǎng)度和直徑，故而不 能通過(guò)一次測(cè)試確定短纖維的長(zhǎng)徑比。測(cè)試短纖維長(zhǎng)徑比的傳統(tǒng)方法為采用刻 度尺測(cè)量短纖維的長(zhǎng)度，再采用照相法或其他測(cè)量方法確定短纖維的直徑，然 后計(jì)算短纖維的長(zhǎng)徑比，效率低且精度不高。采用傳統(tǒng)的最大互相關(guān)算法進(jìn)行 全搜索圖像匹配，運(yùn)算量非常大。
短纖維長(zhǎng)徑比的變化對(duì)復(fù)合材料的應(yīng)力傳遞、彈性模量以及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 有顯著影響。準(zhǔn)確高效地測(cè)定復(fù)合材料中短纖維的長(zhǎng)徑比及其分布規(guī)律，對(duì)于 預(yù)測(cè)復(fù)合材料的力學(xué)性能、優(yōu)化復(fù)合材料的制備工藝有著極其重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)方法對(duì)橡膠基材料中短纖維長(zhǎng)徑比和取向的
識(shí)別效率較低或采用掃描電子顯微鏡(SEM)等技術(shù)設(shè)備投入太高的缺點(diǎn)，構(gòu) 建易于實(shí)施且精度較高的短纖維長(zhǎng)徑比和取向識(shí)別的裝置，提供一種橡膠基材 料中短纖維細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的識(shí)別方法及裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種橡膠基材料中短纖維細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的識(shí)別方法，包括測(cè)試短纖維長(zhǎng)徑 比的分布規(guī)律以及測(cè)試短纖維取向的分布規(guī)律，其特征在于所述測(cè)試短纖維長(zhǎng)
徑比的分布規(guī)律包括以下步驟
用有機(jī)溶劑溶解橡膠基材料中的橡膠基體從而分離出短纖維個(gè)體； 對(duì)上述短纖維個(gè)體進(jìn)行照相，得到短纖維個(gè)體的圖像； 對(duì)短纖維個(gè)體的圖像進(jìn)行二值化、邊緣化、分割處理并得到單根短纖維的輪廓；
由上述短纖維輪廓分析出其長(zhǎng)度和直徑，計(jì)算后得到短纖維的長(zhǎng)徑比。 對(duì)由上述步驟得到的眾多短纖維的長(zhǎng)徑比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲得短纖維的長(zhǎng) 徑比的分布規(guī)律。
所述測(cè)試短纖維取向的分布規(guī)律包括以下步驟 對(duì)橡膠基材料進(jìn)行切片；
對(duì)橡膠基材料的切片進(jìn)行照相，得到橡膠基材料的切片圖像； 對(duì)橡膠基材料的切片圖像進(jìn)行二值化、邊緣化處理并得到短纖維截面的橢 圓形輪廓；
由上述短纖維截面的橢圓輪廓的幾何參數(shù)判定短纖維在基體中的取向。 對(duì)由上述步驟得到的眾多短纖維的取向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲得短纖維的取向 的分布規(guī)律。
所述測(cè)試短纖維取向的分布規(guī)律還包括以下步驟
對(duì)同一橡膠基材料進(jìn)行兩次切片并拍攝照片，得到兩幅相關(guān)圖像；
分別對(duì)上述兩幅相關(guān)圖像進(jìn)行邊緣化和分割操作；
對(duì)進(jìn)行邊緣化和分割操作后的兩幅相關(guān)圖像進(jìn)行互相關(guān)分析，由該兩幅相 關(guān)圖像中對(duì)應(yīng)的短纖維的輪廓確定該短纖維的取向。
一種橡膠基材料中短纖維細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的識(shí)別裝置，包括深冷轉(zhuǎn)輪切片 機(jī)、光學(xué)顯微鏡、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼相機(jī)信號(hào)轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)工作站，其特征在 于所述數(shù)碼相機(jī)的成像器件與光學(xué)顯微鏡的影像輸出端接駁，數(shù)碼相機(jī)的信號(hào) 輸出端與數(shù)碼相機(jī)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入端連接，數(shù)碼相機(jī)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的信號(hào) 輸出端與計(jì)算機(jī)工作站的圖像采集端連接。所述深冷轉(zhuǎn)輪切片機(jī)的切片厚度為0.1微米至1微米，使用的制冷劑為液氮。
所述光學(xué)顯微鏡為熒光散落式生物顯微鏡，放大倍率為400倍至2000倍， 照射光源為熒光。
所述數(shù)碼相機(jī)的成像器件為高速CCD。 本發(fā)明的有益效果是
(1) 可一次拍攝多根短纖維，采用圖像分析軟件自動(dòng)從圖像中分辨出短 纖維個(gè)體，并進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分析，顯著提高了測(cè)試效率。
(2) 采用低溫深冷切片機(jī)對(duì)材料進(jìn)行切片。切片在冷凍環(huán)境(一150'C) 中進(jìn)行，以保證切片時(shí)試樣中短纖維不被拔出，保持體系中短纖維原有取向， 并保證切出的橫斷面平整光滑。該方法僅需配備一臺(tái)低溫深冷切片機(jī)，其切割 效果大大優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)械切割方法和表面溶解方法。
(3) 用IOOO倍的顯微鏡結(jié)合分辨率為1600x1200象素的數(shù)碼相機(jī)拍攝短 纖維照片。普通的低倍顯微鏡只適用于觀察，而觀察者無(wú)法將觀察到的圖像永 久記錄并做二次處理。本發(fā)明采用最高放大倍數(shù)為1000倍的生物顯微鏡，配 有CCD數(shù)碼接口，因此數(shù)碼相機(jī)與顯微鏡的駁接非常方便，且能做到所見(jiàn)即 所得，即從顯微鏡的目鏡觀察到的景象可完全被數(shù)碼相機(jī)記錄下來(lái)。數(shù)碼相機(jī) 經(jīng)過(guò)中間轉(zhuǎn)換器由計(jì)算機(jī)工作站進(jìn)行控制，可以通過(guò)觀察計(jì)算機(jī)屏幕對(duì)顯微鏡 進(jìn)行調(diào)節(jié)。數(shù)碼相機(jī)的各操作指令均通過(guò)所述的控制軟件Micro Vec 2.0進(jìn)行， 操作十分方便。
(4) 采用圖像分析程序的預(yù)處理功能可對(duì)拍攝的圖像進(jìn)行色調(diào)轉(zhuǎn)換，修 補(bǔ)，擦除等，從而提高了短纖維的識(shí)別精度。本發(fā)明分別對(duì)兩幅相關(guān)圖像進(jìn)行邊緣化和分割操作后再進(jìn)行互相關(guān)分析，大大減小了數(shù)據(jù)處理量和計(jì)算機(jī)運(yùn)行 機(jī)時(shí)，且匹配精度高。
(5)采用掃描電子顯微鏡(SEM)、 X射線照相技術(shù)、超聲技術(shù)等測(cè)試短 纖維的取向需要花費(fèi)昂貴的設(shè)備成本。而采用本發(fā)明的設(shè)備投入少，效果好。


圖1是本發(fā)明的短纖維切斷面分析法原理圖。
圖2是本發(fā)明的測(cè)試短纖維長(zhǎng)徑比的分布規(guī)律的流程圖。
圖3是本發(fā)明的刻度尺示意圖。
圖4是本發(fā)明的短纖維個(gè)體的圖像的數(shù)字化處理示意圖。 圖5是本發(fā)明的橡膠基材料的切片圖像。 圖6是本發(fā)明的橡膠基材料的切片圖像的數(shù)字化處理示意圖。 圖7是采用直方圖法表征得到的短纖維長(zhǎng)徑比的分布規(guī)律圖。 圖8是采用直方圖法表征得到的短纖維取向角分布規(guī)律圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。 實(shí)施例一。
測(cè)試短纖維長(zhǎng)徑比原理為分離得到的單根短纖維的輪廓是封閉的，且由 兩條長(zhǎng)曲線和兩條短曲線首尾連接而成。將短纖維的輪廓轉(zhuǎn)化為像素點(diǎn)的二維 坐標(biāo)，后續(xù)分析均以這些像素坐標(biāo)為基礎(chǔ)。根據(jù)拍攝的標(biāo)尺圖像的刻度數(shù)與對(duì) 應(yīng)的像素?cái)?shù)確定一個(gè)像素代表的實(shí)際尺寸。統(tǒng)計(jì)短纖維輪廓所有像素點(diǎn)數(shù)并進(jìn)行像素一實(shí)際尺寸換算，則可得到短纖維輪廓的總長(zhǎng)度。根據(jù)圖像上短纖維呈 縱向排列的特點(diǎn)，在左側(cè)輪廓的中間位置取一點(diǎn)，找出右側(cè)輪廓上與左側(cè)選定 點(diǎn)距離最近的一點(diǎn)，用這兩點(diǎn)之間的距離確定短纖維的直徑。將短纖維輪廓的
總長(zhǎng)度減去2倍的短纖維直徑，取結(jié)果的二分之一，即為短纖維的長(zhǎng)度。經(jīng)計(jì) 算可得短纖維長(zhǎng)度和直徑的比值，即短纖維長(zhǎng)徑比。
測(cè)試短纖維長(zhǎng)徑比的分布規(guī)律包括以下步驟
用有機(jī)溶劑溶解橡膠基材料中的橡膠基體從而分離出短纖維個(gè)體； 對(duì)短纖維個(gè)體進(jìn)行照相，得到短纖維個(gè)體的圖像；
對(duì)短纖維個(gè)體的圖像進(jìn)行二值化、邊緣化、分割處理并得到單根短纖維的 輪廓；
由上述短纖維的輪廓分析出其長(zhǎng)度和直徑，計(jì)算后得到短纖維的長(zhǎng)徑比； 對(duì)由上述步驟得到的眾多短纖維的長(zhǎng)徑比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲得短纖維的長(zhǎng) 徑比的分布規(guī)律。
測(cè)試短纖維長(zhǎng)徑比的分布規(guī)律具體實(shí)施步驟如下
(1) 采用有機(jī)溶劑甲苯對(duì)橡膠基復(fù)合材料的橡膠基體進(jìn)行反復(fù)溶解，直至 上層的溶液變?yōu)槌吻鍨橹?不含短纖維)，去除上層澄清液后，把剩下的溶液 移至培養(yǎng)皿中，待溶劑自然揮發(fā)；
(2) 拍攝微米刻度尺圖像。根據(jù)所拍攝的標(biāo)尺刻度數(shù)與刻度方向的象素?cái)?shù) 確定每個(gè)象素所表示的實(shí)際尺寸，用以對(duì)短纖維個(gè)體的圖像進(jìn)行實(shí)際尺寸標(biāo) 定；
(3) 將干燥的短纖維個(gè)體按一定間隔縱向排列，保證短纖維個(gè)體不交叉， 基本呈平行排列。在光學(xué)顯微鏡下觀察分離出的短纖維個(gè)體，并用數(shù)碼相機(jī)拍攝短纖維群體的數(shù)碼照片；
(4) 采用圖像分析程序?qū)Ω鞫汤w維個(gè)體的長(zhǎng)度和半徑進(jìn)行識(shí)別統(tǒng)計(jì)，計(jì)算 其長(zhǎng)徑比。首先讀取圖像像素值，若為彩色圖像，則將其轉(zhuǎn)化為灰度圖像。其 次，對(duì)灰度圖進(jìn)行二值化處理，將256級(jí)灰度的單色圖像轉(zhuǎn)化成黑白二值圖像， 通過(guò)基于閾值的二值化處理將短纖維和基體區(qū)別開(kāi)來(lái)。再次，采用八鄰域法對(duì) 二值化圖進(jìn)行邊緣化處理。經(jīng)過(guò)上述算法處理后，圖像保留下的點(diǎn)即是圖像的 輪廓。進(jìn)而對(duì)圖像進(jìn)行分割，即對(duì)屬于不同短纖維的象素標(biāo)記不同的編號(hào)。標(biāo) 號(hào)完畢，就相當(dāng)于識(shí)別出了圖像上的各個(gè)短纖維截面輪廓，并分割成塊。由軟 件自動(dòng)識(shí)別各根短纖維的長(zhǎng)徑比；
(5) 按順序統(tǒng)計(jì)500 1000根短纖維個(gè)體的長(zhǎng)徑比，并通過(guò)軟件的數(shù)據(jù)接 口，將分析結(jié)果輸出至"Origin"接口進(jìn)一步處理，從而得到整個(gè)材料中短纖 維長(zhǎng)徑比的大小及其分布規(guī)律。對(duì)于短纖維長(zhǎng)徑比分布較為集中的材料，采用 平均長(zhǎng)徑比法(數(shù)均法和重均法)進(jìn)行表征；對(duì)于短纖維長(zhǎng)徑比分布比較分散 的材料，采用分布函數(shù)法進(jìn)行表征；直方圖法均適用于這兩種情況。
對(duì)眾多短纖維的長(zhǎng)徑比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最終獲得短纖維長(zhǎng)徑比的分布規(guī) 律。圖7所示分別為短纖維含量占5%時(shí)短纖維的長(zhǎng)徑比分布規(guī)律以及短纖維 含量占10%時(shí)短纖維的長(zhǎng)徑比分布規(guī)律。
實(shí)施例二。
測(cè)試短纖維的取向的原理為當(dāng)短纖維垂直于切斷面時(shí)，其截面形狀應(yīng)為 正圓；如果短纖維與斷面成一定夾角，則短纖維截面輪廓呈橢圓，如圖1所示。 將短纖維輪廓上距離最遠(yuǎn)的兩點(diǎn)之間的連線作為橢圓的長(zhǎng)軸，其長(zhǎng)度為"2，經(jīng) 過(guò)該長(zhǎng)軸的中點(diǎn)做垂線，該垂線與短纖維輪廓存在兩個(gè)交點(diǎn)，這兩個(gè)交點(diǎn)之間的連線為短軸，其長(zhǎng)度為"M于是短纖維與斷面法向的夾角為肌COS"/"2)，即 得到了短纖維的取向角。
當(dāng)短纖維斷面輪廓為非理想橢圓時(shí)，短纖維取向無(wú)法采用切斷面分析法識(shí) 別。此時(shí)，可對(duì)同一橡膠基材料進(jìn)行兩次切片并拍攝照片，然后對(duì)這兩張圖片 進(jìn)行互相關(guān)分析，由兩張圖像中對(duì)應(yīng)的短纖維輪廓確定該短纖維的取向。分別 對(duì)兩幅相關(guān)圖像進(jìn)行邊緣化和分割操作后再進(jìn)行互相關(guān)分析，實(shí)施時(shí)，先從第 一幅圖像中確定搜索區(qū)域的大小，然后直接從第二幅圖像中的分割得到的各區(qū) 域中尋找最匹配的圖像。由兩塊匹配的圖像的中心點(diǎn)之間的距離及切片的厚度 可確定短纖維的取向。
測(cè)試短纖維取向的分布規(guī)律包括以下步驟-
對(duì)橡膠基材料進(jìn)行切片；
對(duì)橡膠基材料的切片進(jìn)行照相，得到橡膠基材料的切片圖像； 對(duì)橡膠基材料的切片圖像進(jìn)行二值化、邊緣化處理并得到短纖維截面的橢 圓形輪廓；
由上述短纖維截面的橢圓輪廓的幾何參數(shù)判定短纖維在基體中的取向； 對(duì)由上述步驟得到的眾多短纖維的取向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲得短纖維的取向 的分布規(guī)律。
對(duì)同一橡膠基材料進(jìn)行兩次切片并拍攝照片,得到兩幅相關(guān)圖像； 分別對(duì)上述兩幅相關(guān)圖像進(jìn)行邊緣化和分割操作；
對(duì)進(jìn)行邊緣化和分割操作后的兩幅相關(guān)圖像進(jìn)行互相關(guān)分析，由該兩幅相 關(guān)圖像中對(duì)應(yīng)的短纖維的輪廓確定該短纖維的取向。 測(cè)試短纖維取向的分布規(guī)律具體實(shí)施步驟如下(1) 取由壓延成張工藝制備的橡膠基復(fù)合材料一份，沿壓延方向上裁剪l
cmx2cm的長(zhǎng)方形試樣；
(2) 將長(zhǎng)方形試樣放置于深冷轉(zhuǎn)輪切片機(jī)的專用夾頭上，啟動(dòng)液氮輸送泵， 往工作腔中緩慢通入液氮。待溫度達(dá)到一15(TC時(shí)，沿垂直于短纖維主體取向 的方向開(kāi)始切割。選擇較大的初始切割量，并逐步減小切割量，保證切出的橫 斷面平整、光滑、邊緣無(wú)毛剌；
(3) 利用顯微鏡拍攝微米刻度尺圖像，計(jì)算一個(gè)像素所代表的實(shí)際尺寸；
(4) 將切出的樣品置于所述的顯微鏡下，觀察其橫斷面，并利用數(shù)碼相機(jī) 拍攝照片；
(5) 調(diào)節(jié)顯微鏡旋鈕，改變拍攝位置，繼續(xù)拍攝。
(6) 采用圖像分析程序?qū)?duì)照片中短纖維橢圓切斷面的長(zhǎng)短軸進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分 析，按照短纖維分布的主方向或復(fù)合材料受力的主方向確定坐標(biāo)系，得到短纖 維在基體中的取向角度的分布規(guī)律。
對(duì)眾多短纖維的取向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最終獲得短纖維取向的分布規(guī)律。 圖8所示分別為短纖維含量占5%時(shí)短纖維取向的分布規(guī)律以及短纖維含 量占10Q/。時(shí)短纖維取向的分布規(guī)律。 實(shí)施例三。
一種橡膠基材料中短纖維細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的識(shí)別裝置，包括深冷轉(zhuǎn)輪切片 機(jī)、光學(xué)顯微鏡、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼相機(jī)信號(hào)轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)工作站，其特征在 于所述數(shù)碼相機(jī)的成像器件與光學(xué)顯微鏡的影像輸出端接駁，數(shù)碼相機(jī)的信號(hào) 輸出端與數(shù)碼相機(jī)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入端連接，數(shù)碼相機(jī)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的信號(hào) 輸出端與計(jì)算機(jī)工作站的圖像采集端連接。深冷轉(zhuǎn)輪切片機(jī)為萊卡公司的Leica RM2265型全自動(dòng)深冷轉(zhuǎn)輪切片機(jī)， 最小切片厚度為0.5微米，使用的制冷劑為液氮，冷凍溫度可實(shí)時(shí)顯示；光學(xué) 顯微鏡為尼康公司的Nikon TE-2000S型熒光散落式生物顯微鏡，其最高放大 倍數(shù)為1000,照射光源為熒光；數(shù)碼相機(jī)為尼康公司的高速CCD數(shù)碼相機(jī)， 使用時(shí)，分辨率設(shè)為1600x1200象素，為電子快門，配備Camlink信號(hào)專用高 速接口板(PCI總線，全數(shù)字信號(hào)傳輸)，支持實(shí)時(shí)圖像傳輸和控制。該數(shù)碼 相機(jī)接口可與尼康公司的Nikon TE-2000S型生物顯微鏡進(jìn)行駁接；計(jì)算機(jī)工 作站為戴爾(Ddl)服務(wù)器，雙至強(qiáng)3.0處理器，2G內(nèi)存，128M獨(dú)立顯存顯 卡，200G硬盤，19寸液晶顯示器；數(shù)碼相機(jī)控制軟件為Micro Vec 2.0，由北 京立方天地科技發(fā)展有限公司開(kāi)發(fā)；圖像分析程序由本專利發(fā)明人開(kāi)發(fā)。
采用本發(fā)明建立的裝置和方法測(cè)試碳短纖維的長(zhǎng)徑比和取向如下
拍攝的標(biāo)尺如圖3所示，圖上一格代表O.l mm。根據(jù)所拍攝的標(biāo)尺刻度 數(shù)與圖像的象素可以獲得每個(gè)象素所表示的實(shí)際尺寸。在與拍攝刻度尺同樣的 放大倍數(shù)下，拍攝了三根碳短纖維。然后對(duì)圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)化、二值化、邊緣 化處理，得到了短纖維的輪廓，如圖4。由短纖維的輪廓可分析得到短纖維的 長(zhǎng)徑比。對(duì)眾多的短纖維重復(fù)上述操作，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可得到短纖維長(zhǎng)徑 比的分布規(guī)律。
裁剪樣本材料，并進(jìn)行切片。拍攝樣本斷面的照片，結(jié)合圖5，為了保護(hù) 所述數(shù)碼相機(jī)的鏡頭，對(duì)拍照的光源強(qiáng)度進(jìn)行了限制，因此，拍攝得到的斷面 圖像的亮度不均勻，必須對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理以保證短纖維的識(shí)別效果。運(yùn)用所 述的圖像分析程序調(diào)節(jié)了斷面圖像的亮度，并進(jìn)行了二值化、邊緣化處理，得 到了短纖維斷面的輪廓。結(jié)合圖6，由于短纖維交錯(cuò)的緣故，有部分短纖維的輪廓不具有橢圓特征。此時(shí)應(yīng)對(duì)原圖中的重疊區(qū)域進(jìn)行手工分割，然后再進(jìn)行 二值化和邊緣化處理?？紤]到圖像清晰度的要求，每次拍攝的區(qū)域僅占整個(gè)斷 面的一小部分，為了使統(tǒng)計(jì)結(jié)果更加有效可靠，改變拍攝位置再次拍攝。
經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合圖7，得到采用直方圖法表征得到的短纖維長(zhǎng)徑比的 分布規(guī)律；結(jié)合圖8，得到采用直方圖法表征得到的短纖維取向角分布規(guī)律。
權(quán)利要求
1、一種橡膠基材料中短纖維細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的識(shí)別方法，包括測(cè)試短纖維長(zhǎng)徑比的分布規(guī)律以及測(cè)試短纖維取向的分布規(guī)律，其特征在于所述測(cè)試短纖維長(zhǎng)徑比的分布規(guī)律包括以下步驟用有機(jī)溶劑溶解橡膠基材料中的橡膠基體從而分離出短纖維個(gè)體；對(duì)上述短纖維個(gè)體進(jìn)行照相，得到短纖維個(gè)體的圖像；對(duì)短纖維個(gè)體的圖像進(jìn)行二值化、邊緣化、分割處理并得到單根短纖維的輪廓；由上述短纖維的輪廓分析出其長(zhǎng)度和直徑，計(jì)算后得到短纖維的長(zhǎng)徑比；對(duì)由上述步驟得到的眾多短纖維的長(zhǎng)徑比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲得短纖維的長(zhǎng)徑比的分布規(guī)律；所述測(cè)試短纖維取向的分布規(guī)律包括以下步驟對(duì)橡膠基材料進(jìn)行切片；對(duì)橡膠基材料的切片進(jìn)行照相，得到橡膠基材料的切片圖像；對(duì)橡膠基材料的切片圖像進(jìn)行二值化、邊緣化處理并得到短纖維截面的橢圓形輪廓；由上述短纖維截面的橢圓輪廓的幾何參數(shù)判定短纖維在基體中的取向；對(duì)由上述步驟得到的眾多短纖維的取向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲得短纖維的取向的分布規(guī)律。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠基材料中短纖維細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的識(shí)別方法，其 特征在于所述測(cè)試短纖維取向的分布規(guī)律還包括以下步驟對(duì)同一橡膠基材料進(jìn)行兩次切片并拍攝照片，得到兩幅相關(guān)圖像； 分別對(duì)上述兩幅相關(guān)圖像進(jìn)行邊緣化和分割操作；對(duì)進(jìn)行邊緣化和分割操作后的兩幅相關(guān)圖像進(jìn)行互相關(guān)分析，由該兩幅相 關(guān)圖像中對(duì)應(yīng)的短纖維的輪廓確定該短纖維的取向。
3、 一種橡膠基材料中短纖維細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的識(shí)別裝置，包括深冷轉(zhuǎn)輪切片 機(jī)、光學(xué)顯微鏡、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼相機(jī)信號(hào)轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)工作站，其特征在 于所述數(shù)碼相機(jī)的成像器件與光學(xué)顯微鏡的影像輸出端接駁，數(shù)碼相機(jī)的信號(hào) 輸出端與數(shù)碼相機(jī)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入端連接，數(shù)碼相機(jī)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的信號(hào) 輸出端與計(jì)算機(jī)工作站的圖像采集端連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的橡膠基材料中短纖維細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的識(shí)別裝置，其 特征在于所述深冷轉(zhuǎn)輪切片機(jī)的切片厚度為0.1微米至1微米，使用的制冷劑 為液氮。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的橡膠基材料中短纖維細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的識(shí)別裝置，其 特征在于所述光學(xué)顯微鏡為熒光散落式生物顯微鏡，放大倍率為400倍至2000 倍，照射光源為熒光。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的橡膠基材料中短纖維細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的識(shí)別裝置，其 特征在于所述數(shù)碼相機(jī)的成像器件為高速CCD。
全文摘要
一種橡膠基材料中短纖維細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的識(shí)別方法，包括測(cè)試短纖維長(zhǎng)徑比的分布規(guī)律以及測(cè)試短纖維取向的分布規(guī)律。一種橡膠基材料中短纖維細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的識(shí)別裝置，包括深冷轉(zhuǎn)輪切片機(jī)、光學(xué)顯微鏡、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼相機(jī)信號(hào)轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)工作站，其特征在于所述數(shù)碼相機(jī)的成像器件與光學(xué)顯微鏡的影像輸出端接駁，數(shù)碼相機(jī)的信號(hào)輸出端與數(shù)碼相機(jī)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入端連接，數(shù)碼相機(jī)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸出端與計(jì)算機(jī)工作站的圖像采集端連接。
文檔編號(hào)G01N21/84GK101477062SQ20081024414
公開(kāi)日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2008年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者周劍鋒, 孫開(kāi)俊, 朱大勝, 曄 陳, 顧伯勤 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)