3直徑與同軸度檢測

3.1電極直徑測量

(1)單階圓柱型電極的直徑測量

在已經提取的電極輪廓圖中，系統首先將整幅圖自上而下逐列掃描，每掃描一列就將這一列的所有白點保存在集合s中，用s中的最下面的白點的行號值與最上面的行號值作差，系統將差值視作此處的電極直徑長度，并將差值保存在另一集合S中，整幅圖像掃描完畢后，每一列的電極直徑長度都被記錄了下來。

觀察可知，電極圖像中電極頭部所占面積明顯大于電極基體所占面積，待測量值是電極頭部的直徑，系統取集合S的平均值，將大于平均值(即基體部分)的部分去除，再對剩余部分取眾數L1，對區間[L1-3,L1+3]的集合取平均值L2，系統將此平均值確定為電極直徑所占像素個數。電極的真實直徑d即為L2與單位像素真實長度的乘積。

同時，系統設計了手動截取待測量電極段的操作，測量人員可對電極部分直徑進行多次測量，或測量電極特定段的直徑。

單階電極測量及結果如圖9。

(2)多階圓柱型電極的直徑測量

由于電極含多階，因此在測量過程中，操作者手動截取需要測量的各階電極段。多階圓柱型電極的直徑測量方法與單階電極的大致相同，系統同樣掃描取得集合S，在沒有電極基體的影響下，直接對集合S取眾數L，并對區間[L-2,L+2]取平均值L1，L1被視作此段電極的所占像素個數，該段電極的真實直徑d即為L1與單位像素真實長度的乘積。

多階電極測量及結果如圖10。

(3)球頭型電極的直徑測量

球頭型微電極的待測直徑分為球頭和靠近球頭的基體直徑兩部分。觀察圖像可知，球頭的直徑是整個電極中所占像素個數最多的，在逐列掃描時，系統延續了測量圓柱形電極的方法，得到集合S中最大值即為球頭直徑，記作L。

球頭直徑電極測量及結果如圖11。

由系統測試數據可知，系統對于電極的直徑測量誤差不超過5%，基本可控制在4%以內，可應用于微細加工實驗室的實際操作中。

3.2電極同軸度誤差測量

(1)圓柱型電極同軸度誤差測量

在擬合電極及基體軸線時，系統以上述操作中測量出的直徑L(直徑占像素數量)作為臨界值，電極上下輪廓線相差在(L+5)以內的部分被記作電極頭部，相差大于(L+20)的部分被記作電極基體部分，取輪廓線縱向的中點為軸線點。系統對頭部和基體部分的中點使用最小二乘法進行直線擬合得到兩條軸線，兩條軸線的斜率雖然相差不大，但由于斜率不同，不能直接用來計算兩條軸線之間的距離。因此，本文提出了三種計算方法如下：

①將基體部分擬合軸線，得到其斜率k1與截距b1，取電極部分的靠近基體的一點作為橫坐標x0，取電極頭部分的軸線點高度均值作為縱坐標y0，將此點(x0,y0)作為電極頭部一點，以k1為電極頭部軸線的斜率，求得電極頭部軸線的截距b2=y0-k1x0，兩條軸線之間的距離T即為T=|b1-b2|。反之，以電極頭部部分擬合出的軸線為基準計算也會得到不同的結果。

②默認兩條軸線都為水平線，將兩條軸線中點豎直方向上的差值作為同軸度偏移量。取基體部分的縱坐標集合并對其取平均值y1，再取電極頭部部分的縱坐標集合并對其取平均值y2，兩條軸線之間的距離T即為T=|y1-y2|。

電極的同軸度誤差作為本系統的設計難點，采用了三種方法計算電極頭部與電極基體部分的同軸度誤差。在系統測試中，明顯可觀察到方法①以基體軸線為基準測得的同軸度誤差接近真實值，方法②由于只考慮到軸線斜率為0的情況使測量結果很不穩定，方法③的測量結果與人工測量值相去甚遠，不宜應用。系統將方法(1)的測量算法置入系統，可較好地保證同軸度誤差的精確度。

(2)球頭型電極同軸度誤差測量

球頭型電極同軸度的測量中，系統擬合基體部分的軸線及球頭部分的圓心，利用求得的球心坐標求取球心到直線的距離作為球頭型電極的同軸度誤差。

直線與圓的擬合效果以及同軸度測量效果如圖12～14所示。

4結語

(1)二值化是圖像前期處理的核心步驟，以往多手動或半手動確定二值化閾值，本文參考相關文獻，設計了新的加權標準差法確定電極圖像的閾值范圍，避免反復調試閾值的不便，也能更精確地反映電極邊緣特征。

(2)本文設計了連通域面積識別法，用以對進行過一系列處理后僅剩大片噪聲的圖片做最后一步處理，去掉大片噪聲僅保留目標電極，操作簡潔，準確度高。

(3)電極的同軸度誤差在二維圖中不便測量，本文用了三種方法大致擬出了電極的同軸度誤差，并且選用了誤差相對最小的“以電極基體部分斜率為基準”的算法計算電極的同軸度偏差量，使結果更加精確，應用范圍更廣。

本文設計了微細電極自動檢測系統。對顯微鏡下采集的原始圖像進行閾值分割，濾波以及形態學處理，準確地提取了微電極的邊緣輪廓。用最小二乘法對中心點集合與球頭輪廓進行直線與圓的擬合，使用一定的算法分析處理測量直徑尺寸與同軸度誤差。實踐證明：本文對直徑尺寸的測量誤差控制在4%以內，驗證了圖像處理測量同軸度的可行性，為同類零件的自動化測量提供了有益的參考。