微小孔越来越多地被应用在航空航天、能源动力、医疗器械等领域的关键零部件中,在一些应用中,不仅要求微小孔出入口的孔径有一定的尺寸精度,还要求微小孔内部的轮廓呈特殊的形状,来满足特定的功能需求。例如,高端柴油发动机喷油嘴要求喷孔呈孔径沿喷射方向逐渐缩小的锥形,并且喷射入口处具有圆弧过渡,以提升其喷射性能; 航空发动机涡轮叶片的冷却孔也常采用变截面的形式,以改善其冷却效果。
采用乙烯基聚硅氧烷材料作为制模材料。这种材料分为 A、B 双组份,A、B 组份混合前为液态,混合后在数分钟内完全固化。在脱模操作前,应对被测件进行清洗,去除被测面上附着的杂质,便于后续的脱模操作。脱模操作中,将 A、B 组份混合,并在混合液体固化前对其施加压力,使其充满待测的微小孔或其他微细型腔内,待混合体固化后,将其与被测件分离,脱模得到被测对象的模型。
在厚 1 mm 钢片上用微细电火花加工方法加工得到 3 × 3 阵列微孔,微孔的出入口孔径在 145 ~ 155 μm 范围内。
采用脱模方法得到 3 × 3 阵列微孔的模型,在原有的分辨率约为 2 μm的测量手段下难以分辨出模型与原始孔的尺寸差别。
运用图像处理技术对显微图像中的微细特征进行测量。对于通过显微镜放大采集的图像,首先进行预处理。 采用的图像处理手段主要针对灰度图像,首先需要将彩色图像转换为灰度图,然后采用中值滤波法对图像进行降噪滤波,在降低噪声的同时保持了图像中的边缘特征。 在预处理阶段,必要时可对图像进行增强处理,增强图像的对比度及边缘特征。
1 图像分割:
图像分割是利用被测目标与背景在图像中的灰度分布差异将被测目标与背景分割开来。边缘提取步骤将目标的边缘提取出来。特征检测步骤检测边缘中的直线、圆等几何特征,将得到的边缘以及特征数据经过处理分析即得到测量结果。
2 直线检测与数据处理:
对于微孔模型,测量的主要目的是得到孔径随孔深度的变化情况。为了测量模型在不同位置的直径,首先需要找到图像中微孔模型中心线的方向,然后以垂直于中心线方向上模型轮廓中相对两点的距离作为模型相应位置的直径,如此沿中心线方向进行扫描,就可以得到微孔孔径在不同深度位置的变化情况。