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1、測(cè)頭發(fā)絲的直徑1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解金相顯微鏡的結(jié)構(gòu)和工作原理,初步掌握金相顯微鏡的使用方法; 2、測(cè)量頭發(fā)絲的直徑;2、 實(shí)驗(yàn)儀器 1、金相顯微鏡 2、適配鏡 3、數(shù)碼相機(jī)4、計(jì)算機(jī)、5、刻度尺6、頭發(fā)絲7、相關(guān)圖像處理軟件3、 實(shí)驗(yàn)原理 金相顯微鏡原理 金相顯微鏡是將光學(xué)顯微鏡技術(shù)、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)完美地結(jié)合 在一起而開(kāi)發(fā)研制成的高科技產(chǎn)品,可以在計(jì)算機(jī)上很方便地觀察金相圖像,從而對(duì)金相圖譜進(jìn)行分析,評(píng)級(jí)等以及對(duì)圖片進(jìn)行輸出、打印。1、系統(tǒng)簡(jiǎn)介 電腦型金相顯微鏡系統(tǒng)是將傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡與計(jì)算機(jī)(數(shù)碼相機(jī))通過(guò)光電轉(zhuǎn)換有機(jī)的結(jié)合在一起,不僅可以在目鏡上作顯微觀察,還能在計(jì)算

2、機(jī)(數(shù)碼相機(jī))顯示屏幕上 觀察實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖像,電腦型金相顯微鏡并能將所需要的圖片進(jìn)行編輯、保存和打印。圖1 金相顯微鏡2、技術(shù)參數(shù) 光學(xué)系統(tǒng):ICCS光學(xué)系統(tǒng),鏡體:FEM設(shè)計(jì),ACR位置編碼1、物鏡倍數(shù):5X 10X 20X 50X 100X 可選1.25X、2.5X、150X 2、目鏡倍數(shù):10X3、視場(chǎng)數(shù):20、224、物鏡轉(zhuǎn)盤(pán):5孔5、觀察功能:明場(chǎng)、高級(jí)暗場(chǎng)、圓偏光、微分干涉6、光源:12V 50W鹵素?zé)?、可擴(kuò)展性:可配圖像分析系統(tǒng)(數(shù)碼相機(jī)、攝像頭、圖像分析軟件)3、系統(tǒng)組成 電腦型金相顯微鏡(GSM-C289A):1、金相顯微鏡2、適配鏡 3、攝像器(CCD) 4、A/D(圖像采

3、集) 5、計(jì)算機(jī) 數(shù)碼相機(jī)型金相顯微鏡(GSM-C289A):1、金相顯微鏡 2、適配鏡 3、數(shù)碼相機(jī)4、工作原理 放大系統(tǒng)是影響顯微鏡用途和質(zhì)量的關(guān)鍵。主要由物鏡和目鏡組成。其光路見(jiàn)圖2。圖2 金相顯微鏡光路圖 顯微鏡的放大率為:M顯=L/f物×250/f目=M物×M目 式中m1 M顯表示顯微鏡放大率;m2 M物、m3M目 和f2f物、f1f目 分別表示物鏡和目鏡的放大率和焦距;L為光學(xué)鏡筒長(zhǎng)度;250為明視距離。長(zhǎng)度單位皆為mm。 分辨率和象差透鏡的分辨率和象差缺陷的校正程度是衡量顯微鏡質(zhì)量的重要標(biāo)志。在金相技術(shù)中分辨率指的是物鏡對(duì)目的物的最小分辨距離。由于光的衍射現(xiàn)象

4、,物鏡的最小分辨距離是有限的。德國(guó)人阿貝Abb)對(duì)最小分辨距離()提出了以下公式d=/2nsin式中kg2kg2為光源波長(zhǎng); n為樣品和物鏡間介質(zhì)的折射系數(shù)(空氣;=1;松節(jié)油:=1.5);為物鏡的孔徑角之半。從上式可知,分辨率隨著和的增加而提高。由于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)kg2kg2在40007000之間。在kg2kg2角接近于90的最有利的情況下,分辨距離也不會(huì)比kg20.2mkg2更高。因此,小于kg20.2mkg2的顯微組織,必須借助于電子顯微鏡來(lái)觀察(見(jiàn)),而尺度介于kg20.2500mkg2之間的組織形貌、分布、晶粒度的變化,以及滑移帶的厚度和間隔等,都可以用光學(xué)顯微鏡觀察。這對(duì)于分析合金性

5、能、了解冶金過(guò)程、進(jìn)行冶金產(chǎn)品質(zhì)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,也是影響成象質(zhì)量的重要因素。在低倍情況下,象差主要通過(guò)物鏡進(jìn)行校正,在高倍情況下,則需要目鏡和物鏡配合校正。透鏡的象差主要有七種,其中對(duì)單色光的五種是球面象差、彗星象差、象散性、象場(chǎng)彎曲和畸變。對(duì)復(fù)色光有縱向色差和橫向色差兩種。早期的顯微鏡主要著眼于色差和部分球面象差的校正,根據(jù)校正的程度而有消色差和復(fù)消色差物鏡。近期的金相顯微鏡,對(duì)象場(chǎng)彎曲和畸變等象差,也給予了足夠的重視。物鏡和目鏡經(jīng)過(guò)這些象差校正后,不僅圖象清晰,并可在較大的范圍內(nèi)保持其平面性,這對(duì)金相顯微照相尤為重要。因而現(xiàn)已廣泛采用平場(chǎng)消色差物鏡

6、、平場(chǎng)復(fù)消色差物鏡以及廣視場(chǎng)目鏡等。上述象差校正程度,都分別以鏡頭類(lèi)型的形式標(biāo)志在物鏡和目鏡上。光源 最早的金相顯微鏡,采用一般的白熾燈泡照明,以后為了提高亮度及照明效果,出現(xiàn)了低壓鎢絲燈、碳弧燈、氙燈、鹵素?zé)?、水銀燈等。有些特殊性能的顯微鏡需要單色光源,鈉光燈、鉈燈能發(fā)出單色光。照明方式金相顯微鏡與生物顯微鏡不同,它不是用透射光,而是采用反射光成像,因而必須有一套特殊的附加照明系統(tǒng),也就是垂直照明裝置。1872年蘭(V.vonLang)創(chuàng)造出這種裝置,并制成了第一臺(tái)金相顯微鏡。原始的金相顯微鏡只有明場(chǎng)照明,以后發(fā)展用斜光照明以提高某些組織的襯度。4、 實(shí)驗(yàn)步驟 1、打開(kāi)金相顯微鏡電源,放置好

7、數(shù)碼相機(jī),準(zhǔn)備一根頭發(fā)絲和一個(gè)有半毫米 刻度的刻度尺待測(cè); 2、把頭發(fā)絲放在載物臺(tái)上,并設(shè)法將其平放,對(duì)準(zhǔn)通光孔徑,以便能在顯微 鏡上觀察到頭發(fā)絲; 3、調(diào)節(jié)顯微鏡目鏡和物鏡的放大倍數(shù),直至在目鏡中能看到頭發(fā)絲所成的像; 4、微調(diào)顯微鏡,使得在目鏡中能夠看到頭發(fā)絲的邊緣,并使頭發(fā)絲恰好占 滿視場(chǎng)的大部分空間; 圖3 頭發(fā)絲照片 圖4 兩半毫米刻度的照片 5、用數(shù)碼相機(jī)對(duì)頭發(fā)絲進(jìn)行拍照,得到如圖3的照片,并記錄此時(shí)顯微鏡的 放大倍數(shù); 6、取下頭發(fā)絲,將刻度尺放在顯微鏡上,通過(guò)與前面類(lèi)似的方法觀測(cè)兩半毫 米刻度的情況,得到清晰的圖像,拍照,記錄此時(shí)顯微鏡的放大倍數(shù); 7、將得到的照片由數(shù)碼相機(jī)傳

8、入電腦,在電腦上通過(guò)圖像處理軟件對(duì)頭發(fā)絲 和兩刻度線間的位置像素點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果見(jiàn)下圖; 8、對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,算出頭發(fā)絲的直徑。 5、 數(shù)據(jù)處理 將一個(gè)已知大小的物體與未知物體放在同一顯微鏡下觀察,本實(shí)驗(yàn)中用到半毫米刻度的直尺,將二者測(cè)得的距離代入放大倍數(shù)相比較,得到兩個(gè)物體大小的實(shí)際比值,然后通過(guò)已知物體的大小來(lái)計(jì)算未知物體的大小,本實(shí)驗(yàn)中用到的已知大小是0.5mm的直尺。 設(shè)d為頭發(fā)絲的直徑,則計(jì)算式為 d=測(cè)頭發(fā)絲時(shí)的放大倍數(shù)/測(cè)直尺時(shí)的放大倍數(shù)×0.5mm 根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù) 分別計(jì)算頭發(fā)絲直徑D間的像素點(diǎn)LAB和兩刻度間的像素點(diǎn)LCD,如下式:LAB=560.14LCD=

9、 =1578.22在測(cè)量過(guò)程中,對(duì)于頭發(fā)絲的放大倍數(shù)是直尺放大倍數(shù)的2倍。由此可求得,頭發(fā)絲的直徑為 D=LAB/LCD÷2×0.5 =560.14/1578.22÷2×0.5 =0.089mm6、 心得體會(huì) 通過(guò)此次課程設(shè)計(jì),使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)測(cè)量微小量方面的知識(shí),在設(shè)計(jì)過(guò)程中雖然遇到了一些問(wèn)題,但經(jīng)過(guò)一次又一次的思考,一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在,也暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知,通過(guò)親自動(dòng)手制作,使我們掌握的知識(shí)不再是紙上談兵。過(guò)而能改,善莫大焉。在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中,我們不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,不斷改正,不斷領(lǐng)悟,不斷獲取。最終的檢測(cè)調(diào)試環(huán)節(jié),本身就是在踐行“過(guò)而能改,善莫大焉”的知行觀。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了,在設(shè)計(jì)中遇到了很多問(wèn)題,最后在老師的指導(dǎo)下,終于游逆而解。在今后社會(huì)的發(fā)展和學(xué)習(xí)實(shí)踐過(guò)程中,一定要不懈努力,不能遇到問(wèn)題就想到要退縮,一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在,然后一一進(jìn)行解決,只有這樣,才能

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