[发明专利]一种快速测量牛顿环中心应力的方法

权利要求书

1.一种快速测量牛顿环中心应力的方法，其特征在于，在一种牛顿环应力测量装置的读数显微镜(2)目镜处安装摄像头(9)，所述摄像头(9)连接有计算机(10)，所述一种牛顿环应力测量装置包括底座(6)，底座(6)的凹槽上放置有光学平板玻璃(8)，光学平板玻璃(8)上放置有平凸透镜(7)，平凸透镜(7)的凸面与光学平板玻璃(8)接触，光学平板玻璃(8)除与平凸透镜(7)和底座(6)的凹槽上部接触外不与其他任何部件接触，光学平板玻璃(8)、平凸透镜(7)同轴，平凸透镜(7)的平面边缘上放置有上盖(5)，上盖(5)通过螺丝(4)与底座(6)连接，螺丝(4)拧紧的过程中，上盖(5)不会与底座(6)相接触，即上盖(5)与底座(6)之间有空隙，具体按照以下步骤实施：

步骤1，在弹性范围内，调节螺丝(4)给平凸透镜(7)施加中心应力P；

步骤2，保持步骤1中的应力不变，利用钠光源(1)发出钠光，钠光经45°反射镜(3)反射后垂直入射到平凸透镜(7)上，通过摄像头(9)获取读数显微镜(2)目镜处的该应力下的牛顿环干涉图像，并将图像传输给计算机(10)；

步骤3，通过标准牛顿环的标定，获得图像单位像素对应的实际长度值L₀；具体为：

步骤3.1，通过计算机获取标准牛顿环图像

制作标准牛顿环，取下步骤2中的牛顿环仪，并将标准牛顿环放置在原来牛顿环仪对应的位置重复步骤2，通过计算机获取标准牛顿环图像；

步骤3.2，测量标准牛顿环图像的黑斑面积

对经步骤3.1获取的标准牛顿环图像依次通过图像预处理、图像增强处理、灰度转换、二值图像转换、二值图像取反、图像反光背景去除以及霍夫圆检测获取标准牛顿环图像中心黑斑像素面积；

步骤3.3，标定图像单位像素对应的实际长度值

已知标准牛顿环黑斑半径是R₀，单位：mm，标准牛顿环黑斑对应的图像黑斑像素半径为r₀，单位：pixel，像素面积是S₀，单位：pixel²，则S₀＝πr₀²，则得标准牛顿环像素半径r₀，单位：pixel，与黑斑图像像素面积S₀，单位：pixel²，对应的关系式：

则图像单位像素对应的实际长度值L₀，单位：mm/pixel，为：

步骤4，利用步骤3计算的图像单位像素对应的实际长度值L₀，测量牛顿环光干涉图像中心黑斑半径r；具体为：

依据步骤3.2的方法获得经步骤2获得的牛顿环干涉图像黑斑的像素面积S₁，单位：pixel²，计算图像黑斑的像素半径a₁，单位：pixel，

则牛顿环干涉图像黑斑半径的实际测量值r，单位：mm，为：

r＝L₀a₁ (4)；

步骤5，重复步骤1、2、4，得到不同应力P_i情况下牛顿环干涉图像中心黑斑的半径r_i，i＝1,2,...,n；

步骤6，根据步骤5得到不同应力P_i情况下牛顿环干涉图像中心黑斑的半径r_i，i＝1,2,...,n，计算得到牛顿环中心应力测量值P_i，i＝1,2,...,n：

其中，P_i为光学平板玻璃的中心应力，r_i为牛顿环干涉图像黑斑的半径，E为光学平板玻璃的弹性模量，R为平凸透镜的标准曲率半径，μ为光学平板玻璃的泊松比。

2.根据权利要求1所述的一种快速测量牛顿环中心应力的方法，其特征在于，所述摄像头(12)通过USB接口端与计算机相连。

3.根据权利要求1所述的一种快速测量牛顿环中心应力的方法，其特征在于，所述步骤3.1中的图像预处理为对采集到的牛顿环干涉图像进行均值滤波以及中值滤波处理，图像增强处理为将经过均值滤波和中值滤波处理后的图像用直方图均衡化进行增强处理。