一种新型超精密光学元件瑕疵检测装置开发

论文摘要

精密光学元件表面质量的高低对激光系统的运行有极其重要的影响,目前对光学元件表面瑕疵的检测,多采用的是人眼观察的方法,此方法存在效率低,检测结果跟人的经验有直接的关系,存在检测结果不稳定的现象,同时该激光系统中光学元件种类繁多,每种光学元件又有不同的规格,若用人眼检测,不仅效率低同时也会带来检测质量参差不齐的现象,因此需要一种新的自动化程度高的检测装置代替人眼检测。考虑到光学元件处于超洁净环境,本装置采用机器视觉的方式对光学玻璃表面质量检测,以防止二次污染。考虑到光学元件的规格,本装置采用线阵CCD(charge coupled device,电荷耦合器件)相机相对光学玻璃运动的方式完成采样;采用自行设计的玻璃夹具固定光学元件以及三维步进电机带动的平移台实现相机在笛卡尔坐标系内的移动,最终实现线阵相机对夹具上的光学元件的对焦以及扫描,完成采样。采样完成后,图像工作站对采集的图像进行拼接等处理,最终给出光学玻璃洁净度等级。本文的主要工作如下:①探讨了图像采集的关键技术,设计出基于机器视觉的检测装置,完成硬件部分的设计以及相关分析,包括相机、光源的选择以及整个装置的结构设计。②用于采用的是线阵相机,每次扫描是的图像是几个像素宽的小图像,待整个光学元件扫描后,需要对众多小图像拼接,组合成一幅完整的光学元件图像,以便下一步的处理,在本装置中,采用的是丝杠精确定位和试验验证的的方法,完成图像的拼接。③采用canny算子和snake模型对图像进行分割,对分割后的图像采用形态学的一些方法,计算出分割后图像中污染颗粒物的数量以及面积计算,给出洁净度等级。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 研究目的及意义
• 1.3 光学元件洁净度检测技术国内外发展状况
• 1.4 课题主要的研究方向及内容
• 2 相关理论基础
• 2.1 光学成像系统
• 2.1.1 CCD 成像原理
• 2.1.2 镜头选取集参数
• 2.1.3 光源的选择
• 2.2 图像数字处理的基本方法
• 2.2.1 降噪处理
• 2.2.2 图像分割
• 2.2.3 边缘提取
• 2.3 图像的数学形态学处理
• 3 检测装置结构设计
• 3.1 系统功能概述和技术要求
• 3.2 瑕疵检测系统主体设计要求
• 3.3 设计原理
• 3.4 检测装置的机械结构
• 3.4.1 丝杠和导轨的选择
• 3.4.2 传动系统的设计
• 3.4.3 步进电机的选型
• 3.4.4 装配公差分析
• 3.4.5 基于cosmos works 的机构仿真
• 4 检测装置的软件设计
• 4.1 开发软件环境
• 4.2 系统框架
• 4.2.1 系统流程图
• 4.2.2 图像采集模块
• 4.2.3 图像分析模块
• 4.3 软件中的关键技术
• 4.3.1 图像的拼接
• 4.3.2 基于主动轮廓的图像提取
• 4.4 标定
• 4.4.1 标定方法
• 4.4.2 标定结果
• 5 结论与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B 作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果目录