课程设计：头发丝直径的测量.doc

测头发丝的直径1、 实验目的 1、了解金相显微镜的结构和工作原理，初步掌握金相显微镜的使用方法； 2、测量头发丝的直径；2、 实验仪器 1、金相显微镜 2、适配镜 3、数码相机4、计算机、5、刻度尺6、头发丝7、相关图像处理软件3、 实验原理 金相显微镜原理 金相显微镜是将光学显微镜技术、光电转换技术、计算机图像处理技术完美地结合 在一起而开发研制成的高科技产品，可以在计算机上很方便地观察金相图像，从而对金相图谱进行分析，评级等以及对图片进行输出、打印。1、系统简介 电脑型金相显微镜系统是将传统的光学显微镜与计算机（数码相机）通过光电转换有机的结合在一起，不仅可以在目镜上作显微观察，还能在计算机（数码相机）显示屏幕上 观察实时动态图像，电脑型金相显微镜并能将所需要的图片进行编辑、保存和打印。图1 金相显微镜2、技术参数 光学系统：ICCS光学系统，镜体：FEM设计，ACR位置编码1、物镜倍数：5X 10X 20X 50X 100X 可选1.25X、2.5X、150X 2、目镜倍数：10X3、视场数：20、224、物镜转盘：5孔5、观察功能：明场、高级暗场、圆偏光、微分干涉6、光源：12V 50W卤素灯7、可扩展性：可配图像分析系统(数码相机、摄像头、图像分析软件)3、系统组成 电脑型金相显微镜（GSM-C289A）：1、金相显微镜2、适配镜 3、摄像器（CCD) 4、A/D（图像采集） 5、计算机 数码相机型金相显微镜（GSM-C289A）：1、金相显微镜 2、适配镜 3、数码相机4、工作原理 放大系统是影响显微镜用途和质量的关键。主要由物镜和目镜组成。其光路见图2。图2 金相显微镜光路图 显微镜的放大率为：M显=L/f物250/f目=M物M目 式中m1 M显表示显微镜放大率；m2 M物、m3M目 和f2f物、f1f目 分别表示物镜和目镜的放大率和焦距；L为光学镜筒长度；250为明视距离。长度单位皆为mm。 分辨率和象差透镜的分辨率和象差缺陷的校正程度是衡量显微镜质量的重要标志。在金相技术中分辨率指的是物镜对目的物的最小分辨距离。由于光的衍射现象，物镜的最小分辨距离是有限的。德国人阿贝Abb）对最小分辨距离（）提出了以下公式d=/2nsin式中kg2kg2为光源波长； n为样品和物镜间介质的折射系数（空气；=1；松节油：=1.5）；为物镜的孔径角之半。从上式可知，分辨率随着和的增加而提高。由于可见光的波长kg2kg2在40007000之间。在kg2kg2角接近于90的最有利的情况下，分辨距离也不会比kg20.2mkg2更高。因此，小于kg20.2mkg2的显微组织，必须借助于电子显微镜来观察（见），而尺度介于kg20.2500mkg2之间的组织形貌、分布、晶粒度的变化，以及滑移带的厚度和间隔等，都可以用光学显微镜观察。这对于分析合金性能、了解冶金过程、进行冶金产品质量控制及零部件失效分析等，都有重要作用。 象差的校正程度，也是影响成象质量的重要因素。在低倍情况下，象差主要通过物镜进行校正，在高倍情况下，则需要目镜和物镜配合校正。透镜的象差主要有七种，其中对单色光的五种是球面象差、彗星象差、象散性、象场弯曲和畸变。对复色光有纵向色差和横向色差两种。早期的显微镜主要着眼于色差和部分球面象差的校正，根据校正的程度而有消色差和复消色差物镜。近期的金相显微镜，对象场弯曲和畸变等象差，也给予了足够的重视。物镜和目镜经过这些象差校正后，不仅图象清晰，并可在较大的范围内保持其平面性，这对金相显微照相尤为重要。因而现已广泛采用平场消色差物镜、平场复消色差物镜以及广视场目镜等。上述象差校正程度，都分别以镜头类型的形式标志在物镜和目镜上。光源 最早的金相显微镜，采用一般的白炽灯泡照明，以后为了提高亮度及照明效果，出现了低压钨丝灯、碳弧灯、氙灯、卤素灯、水银灯等。有些特殊性能的显微镜需要单色光源，钠光灯、铊灯能发出单色光。照明方式金相显微镜与生物显微镜不同，它不是用透射光，而是采用反射光成像，因而必须有一套特殊的附加照明系统，也就是垂直照明装置。1872年兰（V.vonLang）创造出这种装置，并制成了第一台金相显微镜。原始的金相显微镜只有明场照明，以后发展用斜光照明以提高某些组织的衬度。4、 实验步骤 1、打开金相显微镜电源，放置好数码相机，准备一根头发丝和一个有半毫米 刻度的刻度尺待测； 2、把头发丝放在载物台上，并设法将其平放，对准通光孔径，以便能在显微 镜上观察到头发丝； 3、调节显微镜目镜和物镜的放大倍数，直至在目镜中能看到头发丝所成的像； 4、微调显微镜，使得在目镜中能够看到头发丝的边缘，并使头发丝恰好占 满视场的大部分空间； 图3 头发丝照片 图4 两半毫米刻度的照片 5、用数码相机对头发丝进行拍照，得到如图3的照片，并记录此时显微镜的 放大倍数； 6、取下头发丝，将刻度尺放在显微镜上，通过与前面类似的方法观测两半毫 米刻度的情况，得到清晰的图像，拍照，记录此时显微镜的放大倍数； 7、将得到的照片由数码相机传入电脑，在电脑上通过图像处理软件对头发丝 和两刻度线间的位置像素点进行测量，结果见下图； 8、对得到的数据进行处理，算出头发丝的直径。 5、 数据处理 将一个已知大小的物体与未知物体放在同一显微镜下观察，本实验中用到半毫米刻度的直尺，将二者测得的距离代入放大倍数相比较，得到两个物体大小的实际比值，然后通过已知物体的大小来计算未知物体的大小，本实验中用到的已知大小是0.5mm的直尺。 设d为头发丝的直径，则计算式为 d=测头发丝时的放大倍数/测直尺时的放大倍数0.5mm 根据测得的数据 分别计算头发丝直径D间的像素点LAB和两刻度间的像素点LCD，如下式：LAB=560.14LCD= =1578.22在测量过程中，对于头发丝的放大倍数是直尺放大倍数的2倍。由此可求得，头发丝的直径为 D=LAB/LCD20.5 =560.14/1578.2220.5 =0.089mm6、 心得体会 通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关测量微小量方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功