光学元件表面疵病散射法检测技术研究

论文摘要

光学元件表面疵病自动检测技术越来越受到人们重视,本文基于疵病对入射光的散射特性,设计了球面光学元件表面疵病检测系统,完成了实验平台的搭建,分析了实验结果。该方法可直观,快速的检测元件表面疵病,适合工业现场环境的使用,具有一定的工程应用价值。本论文针对球面元件表面上的麻点、划痕疵病进行了散射成像研究,主要完成了以下工作：1)分析了疵病的分类方法和评价标准,明确了疵病检测的内容。根据光散射理论,研究了光学元件表面散射源及处理方法,建立了疵病光散射模型,提出了球面光学元件表面疵病检测原理。2)设计了由光源照明系统、显微成像系统和扫描系统组成的球面光学元件表面疵病检测系统模型,确定了系统组成部件,计算了各个部件的组成参数,选取了实验部件,分析了影响疵病散射成像质量的主要因素,完成了实验平台的搭建。3)实验采集了麻点、划痕的散射像图像,利用降噪滤波、光照不均匀校正、边缘提取和二值化处理等一系列预处理法,降低了疵病散射图像里的噪声干扰,提高了散射像信息的利用率,为下一步精确计算疵病特征量打好基础。4)利用高精度显微镜完成了对麻点、划痕实际宽度的标定。通过特征值计算提取出这些疵病的散射像宽度信息,完成这两种数据的比对确定出关系函数,利用该函数实现了对疵病的量化检测。5)研究了麻点、划痕的分类,计算了形状因子、短长径比值和矩形度特征量的值。经统计分析,确定了区分麻点、划痕特征量的阈值大小,为疵病类型的区分提供了参考。本论文利用散射显微成像技术对球面光学元件表面疵病检测研究做了尝试和探索,完成了表面疵病检测从理论到实验的过程。经实验论证,散射法检测球面光学元件表面疵病的方案是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 光学元件表面疵病介绍
• 1.2 光学元件表面疵病评价标准
• 1.2.1 国内表面疵病标准
• 1.2.2 国外表面疵病标准
• 1.3 光散射技术介绍
• 1.3.1 光散射技术的研究发展
• 1.3.2 光散射技术的应用
• 1.4 表面疵病检技术国内外研究现状
• 1.5 本论文研究的主要内容
• 2 散射法检测原理
• 2.1 光散射的分类
• 2.1.1 光散射公式
• 2.1.2 反射、折射和散射
• 2.1.3 光散射的分类
• 2.2 光学表面散射源
• 2.3 表面疵病散射光学模型
• 2.4 检测原理
• 2.5 本章小结
• 3 光学元件表面疵病检测系统
• 3.1 检测系统模型设计
• 3.2 光源照明系统
• 3.2.1 光源的分类及介绍
• 3.2.2 LED光源
• 3.2.3 光源的选取
• 3.3 显微成像系统
• 3.3.1 镜头参数计算及选型
• 3.3.2 图像传感器
• 3.4 图像采集系统
• 3.5 数字图像处理技术
• 3.6 本章小结
• 4 疵病图像处理关键技术
• 4.1 图像处理总流程
• 4.2 图像预处理
• 4.2.1 平滑滤波
• 4.2.2 光照不均与校正
• 4.2.3 边缘检测
• 4.2.4 图像二值化
• 4.3 特征提取算法
• 4.4 本章小结
• 5 检测结果处理与分析
• 5.1 实验平台的搭建及检测结果
• 5.2 影响疵病成像质量因素分析
• 5.2.1 光源入射角度对疵病散射成像对比度的影响
• 5.2.2 光源照射强度对疵病成像的影响
• 5.2.3 球面元件曲率半径对表面疵病检测的影响
• 5.3 疵病标定
• 5.4 麻点、划痕散射像的特征值计算
• 5.5 疵病像宽度与标准值比对
• 5.6 疵病的分类
• 5.7 光学元件表面疵病检测系统误差源分析
• 5.8 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 课题展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢