基于復(fù)色共焦法的透明材料厚度檢測系統(tǒng)研究.pdf

1、近幾年來，隨著光學(xué)加工、光纖、醫(yī)藥行業(yè)的快速發(fā)展，透明材料制品如玻璃管、玻璃容器的需求量迅速增長，由于國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)工藝與設(shè)備相對落后，其質(zhì)量與發(fā)達(dá)國家同類產(chǎn)品相比差距較大，嚴(yán)重影響高端產(chǎn)品生產(chǎn)。透明材料制品特別是精密小型容器對壁厚等參數(shù)的精度要求較高，在生產(chǎn)過程中對測量速度的要求也很高，同時這些產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中具有高溫、紅熱、脆性大和不易采用接觸法檢測的特點，因此必須研究非接觸在線檢測技術(shù)實現(xiàn)各參數(shù)的測量。采用光電非接觸檢測技術(shù)可以解決

2、透明材料生產(chǎn)質(zhì)量檢測問題，對保證產(chǎn)品的質(zhì)量、提高產(chǎn)品的國際競爭力有重要意義。
　　復(fù)色共焦技術(shù)具有多表面層析的特點，以其高質(zhì)量的尺寸測量性能成為當(dāng)前光學(xué)、光電檢測領(lǐng)域最新的研究內(nèi)容之一。本論文是針對平板玻璃生產(chǎn)、光學(xué)零件加工等透明材料相關(guān)行業(yè)對厚度檢測的需求而開展的研究，采用特殊光學(xué)系統(tǒng)、高速數(shù)據(jù)采集技術(shù)、先進(jìn)光譜分析及處理技術(shù)，解決透明材料厚度高精度檢測的問題。其主要依據(jù)光學(xué)系統(tǒng)對不同波長光譜產(chǎn)生軸向色散的特性，將連續(xù)光譜的軸向

3、色散回波信號由探測器接收，通過上下兩個表面返回的波長數(shù)據(jù)來實現(xiàn)透明材料厚度的檢測，該方法克服了以往測量方法只能得到相對結(jié)果的現(xiàn)象，可實現(xiàn)透明材料厚度的絕對測量。本文主要研究內(nèi)容包括四個方面，首先研究復(fù)色共焦測量原理，基于復(fù)色照明光束，利用光束聚焦的軸向色散特性，分析復(fù)色光譜共焦面所產(chǎn)生信號的特點，推導(dǎo)連續(xù)光譜中波長信號與透明材料厚度的尺寸模型;然后進(jìn)行共焦光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計，利用光學(xué)設(shè)計理論，研究軸向色散光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系，從理論上對

4、光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化;接著研究光譜信號采集原理，在此基礎(chǔ)上設(shè)計基于CCD的光譜信號采集系統(tǒng);采集的光譜信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后經(jīng)接口電路由采集卡傳送給上位機，上位機采用虛擬儀器LabVIEW實現(xiàn)光譜分析軟件的設(shè)計，將上下表面對應(yīng)的峰值波長找出來后代入數(shù)學(xué)模型換算成厚度值;最后采用復(fù)色共焦光學(xué)系統(tǒng)，結(jié)合光纖傳輸與分光系統(tǒng)以及光譜信號采集系統(tǒng)與分析系統(tǒng)構(gòu)建原理實驗樣機裝置。根據(jù)實驗結(jié)果，形成完備的透明材料共焦測量原理方案。
　　本文所提出的復(fù)