CN101241086A - 一种基于对玻璃材料的气泡、杂质测量的检测仪 - Google Patents

Abstract

一种基于对玻璃材料的气泡、杂质测量的检测仪，其特征在于：由基座、工件测试液槽、三维工作台、照明系统、成像系统、CCD、计算机系统七部分组成；在工件测试液槽中间开有一条玻璃窗口，并将其放置在基座上，在基座中心位置放置三维移动台，三维移动台上放置照明系统、成像系统和CCD；照明系统包含有光源系统和45°半透半反分光镜；测量时，被测玻璃器件放置在工件测试液槽中，将工件测试液槽内注入适量折射液，由光源系统发出的光束经45°半透半反分光镜和玻璃折射液后照射到被测玻璃器件上，被测玻璃器件中的气泡或杂质在光束的照射下将产生散射，散射光经成像系统后会聚到CCD的靶面上被CCD采集，计算机系统对采集到图像进行分析处理可得到气泡、杂质的大小和位置。

Description

一种基于对玻璃材料的气泡、杂质测量的检测仪

技术领域

本发明涉及一种微光探测检测仪，特别涉及一种对玻璃材料的气泡、杂质测量的检测仪。

背景技术

在轻型镜拼接时可能会产生焊接气泡和杂质，这些气泡和杂质对光学系统的成像质量带来很大影响，因此在进行轻型镜拼接时需要严格对其加以控制。本发明克服了现在检测气泡、杂质用平行光照射玻璃用人眼观察，且只能定性判断的缺点；避免了现有检测方法要对焊接处进行加工才能检测的缺点。本发明采用两种折射液来配比出与被测玻璃折射率一致的折射液，并将被测玻璃器件浸入折射液中，消除了被测玻璃器件焊接处表面缺陷对测量的影响；由照明系统产生的单色光束经玻璃折射液后照射到被测玻璃上，被测玻璃中的气泡或杂质在单色光束的照射下将产生散射，散射光经成像系统后会聚到CCD靶面上，通过计算机进行图像采集和分析计算得出气泡的尺寸大小及相对于CCD靶面的位置分布。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有对光学材料中的气泡、杂质检测只能定性检测，不能定量检测，以及检测速度比较慢，不适应高精度检测，也不适宜批量生产等缺点，提供一种适宜于工业生产的用于气泡、杂质检测的检测仪。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于对玻璃材料气泡、杂质检测的检测仪，由基座、工件测试液槽、三维工作台、照明系统、成像系统、CCD、计算机系统七部分组成；其特征在于：在工件测试液槽中间开有一条玻璃窗口，并将工件测试液槽放置在基座上，在基座中心位置放置三维移动台，三维移动台上放置照明系统、成像系统和CCD，其中照明系统包含有光源系统和45°半透半反分光镜；测量时，被测玻璃器件放置在工件测试液槽中，然后将工件测试液槽内注入适量折射液，由光源发出的光束经光源系统再经45°半透半反分光镜和玻璃折射液后照射到被测玻璃器件上，被测玻璃器件中的气泡或杂质在光束的照射下将产生散射，散射光经成像系统后会聚到CCD的靶面上，此时CCD采集图像，计算机系统对CCD采集到的图像进行分析处理可得到气泡、杂质的大小和位置。

所述的成像系统由负焦物镜组和摄远物镜组构成；焦深为±10mm，能够将检测到的杂质或气泡缩小2倍成像在CCD的靶面上；

所述的成像系统能够随三维工作台上下移动实现对焦，也能随三维工作台左右、前后移动实现对被测玻璃器件不同位置的检测。

所述的工件测试液槽上的窗口玻璃的上下两面均镀有增透膜。

所述的工件测试液槽内的折射液是用两种折射液来配比，以实现工件测试液槽内的折射液的折射率与被测玻璃一致，折射液配比如下：

$\frac{V_1}{V_2}=\frac{n_2-n_0}{n_0-n_1}$

V₁-所需折射液低折射率的体积

V₂-所需折射液高折射率的体积

n₁-低折射液的折射率

n₂-高折射液的折射率

n₀-所配折射液的折射率工程

所述的光源系统包括光源和光源光学系统；光源发出的光束经过光源光学系统后形成单色光。

本发明的原理是：被测件放置在工件测试液槽中，容器中间开一条玻璃窗口，容器内注入适量折射液，容器放置在基座上，在基座中心位置放置三维移动台，三维移动台可上下、左右、前后移动；三维移动台上放置光学系统(包含照明系统、成像系统)及CCD；由光源系统产生的单色光束经45°半透半反分光镜和玻璃折射液后照射到被测玻璃器件上，被测玻璃器件中的气泡或杂质在单色光束的照射下将产生散射，散射光经成像系统后会聚到CCD靶面上，此时CCD采集图像，计算机系统对图像进行分析处理可得到气泡、杂质的大小和位置。

测量时，先将三维移动台移至起始测量位置，用照明系统瞄准被测玻璃器件，然后通过移动三维移动台对被测量玻璃器件进行全面扫描测量，当发现气泡或杂质时，计算机系统会自动测量出气泡或杂质的尺寸大小以及在整个面上的位置分布。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.本发明的检测仪，采用CCD代替人眼观察，分辨力高，检测精度高、速度快；

2.本发明的检测仪对玻璃焊接件进行检测时，可直接对焊接缝进行检测，有效缩短了检测准备时间、节约了额外的检测费用；

3.本发明的检测仪可对不同折射率的玻璃焊接件进行检测，检测时只需改变折射液的配比，使其折射率与被测材料的折射率一致即可。

附图说明

图1为基于对玻璃材料的气泡、杂质测量的检测仪的结构示意图；

图2为基于对玻璃材料的气泡、杂质测量的检测仪的光学系统示意图；

图3为基于对玻璃材料的气泡、杂质测量的检测仪的计算机程序主界面图；

图4为定量分析结果示意图；

图1中：1为基座，2为工件测试液槽，3为三维工作台，4为照明系统，5为光源，6为45°半透半反分光镜，7为折射液，8为被测玻璃器件，9为玻璃窗口，10为负焦物镜组，11为摄远物镜组，12为成像系统，13为CCD，14为计算机系统。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。

如图1所示，为一种基于对玻璃材料的气泡、杂质测量的检测仪，包括基座1、工件测试液槽2、三维工作台3、照明系统4、成像系统12、CCD13、计算机系统14七部分。

如图2所示，为一种基于对玻璃材料的气泡、杂质测量的检测仪的光学系统示意图；所述的光学系统包含照明系统4、成像系统12、CCD13；照明系统4由光源系统5和45°半透半反分光镜6组成，光源系统5有包括光源16和光源光学系统15，照明系统4的作用是使光源16发出的光经过光源光学系统15和45°半透半反分光镜6后照射到被测玻璃器件8是均匀的单色光；成像系统12由负焦物镜组10和摄远物镜组11组成，作用是使成像系统的焦深为±10mm和使气泡缩小2倍成像在CCD靶面的位置；CCD13的作用采集图像。

工件测试液槽2放置在基座1上，工件测试液槽2中间开有一条玻璃窗口9，在基座1中心位置放置三维工作台3，三维工作台3上放置照明系统4、成像系统12和CCD13，其中照明系统4包含有光源系统5和45°半透半反分光镜6；测量时，被测玻璃器件8放置在工件测试液槽2中，然后将工件测试液槽2内注入适量折射液7，由光源16发出的光束经光源光学系统后形成单色光，再经45°半透半反分光镜6、玻璃窗口9和折射液7后照射到被测玻璃器件8上，被测玻璃器件8中的气泡或杂质在光束的照射下将产生散射，散射光经成像系统12后会聚到CCD13的靶面上，此时CCD13采集图像，计算机系统14对图像进行分析处理可得到气泡、杂质的大小和位置。

其中光源系统5包括光源和光源光学系统，光源发出的光经过光源光学系统后产生的光束为单色光束；为了使有足够的能量到达CCD相机，窗口玻璃9的上下两面均镀有增透膜；三维工作台3可以上下移动，一是装在其上的成像系统12可以上下移动，实现调焦；工件测试液槽2存放折射液7，以消除被测玻璃器件8表面不平对测量的影响，其中折射液7的配比方法如下：

$\frac{V_1}{V_2}=\frac{n_2-n_0}{n_0-n_1}$

V₁-所需折射液低折射率的体积；

V₂-所需折射液高折射率的体积；

n₁-低折射液的折射率；

n₂-高折射液的折射率；

n₀-所配折射液的折射率。

测量时，先将三维工作台3移至起始测量位置，用照明系统4瞄准被测件，然后通过前后、左右移动三维工作台3对被测玻璃器件8不同位置进行检测实现对被测量玻璃器件8的全面扫描测量，当发现气泡或杂质时，计算机系统14会自动测量出气泡或杂质的尺寸大小以及在整个面上的位置分布。

图3为气泡检测仪定量分析软件主程序界面；计算机系统14的分析软件主程序是基于Matlab的GUI程序，检测仪定量分析软件能进行图像采集，定量分析计算并自动保存分析结果，包括气泡、杂质的位置，直径和面积。

Claims (6)

1、一种基于对玻璃材料的气泡、杂质测量的检测仪，其特征在于：它由基座(1)、工件测试液槽(2)、三维工作台(3)、照明系统(4)、成像系统(12)、CCD(13)、计算机系统(14)七部分组成；在工件测试液槽(2)中间开有一条玻璃窗口(9)，并将工件测试液槽(2)放置在基座(1)上，在基座(1)中心位置放置三维移动台(3)，三维移动台(3)上放置照明系统(4)、成像系统(12)和CCD(13)，其中照明系统(4)包含有光源系统(5)和45°半透半反分光镜(6)；测量时，被测玻璃器件(8)放置在工件测试液槽(2)中，然后将工件测试液槽(2)内注入适量折射液(7)，由光源系统(5)发出的光再经45°半透半反分光镜(6)和玻璃折射液后照射(7)到被测玻璃器件(8)上，被测玻璃器件(8)中的气泡或杂质在光束的照射下将产生散射，散射光经成像系统(12)后会聚到CCD(13)的靶面上，此时CCD(13)采集图像，计算机系统(14)对CCD(13)采集到的图像进行分析处理可得到气泡、杂质的大小和位置。

2、根据权利要求1所述的一种基于对玻璃材料的气泡、杂质测量的检测仪，其特征在于：所述的成像系统(12)由负焦物镜组(10)和摄远物镜组(11)构成；成像系统的焦深为±10mm，能够将检测到的杂质或气泡缩小2倍成像在CCD(13)的靶面上。

3、根据权利要求1所述的一种基于对玻璃材料的气泡、杂质测量的检测仪，其特征在于：所述的成像系统(12)能够随三维工作台(3)上下移动实现对焦，也能随三维工作台(3)左右、前后移动实现对被测玻璃器件(8)不同位置的检测。

4、根据权利要求1所述的一种基于对玻璃材料的气泡、杂质测量的检测仪，其特征在于：所述的工件测试液槽(2)上的窗口玻璃的上下两面均镀有增透膜。

5、根据权利要求1所述的一种基于对玻璃材料的气泡、杂质测量的检测仪，其特征在于：所述的工件测试液槽(2)内的折射液(7)是用两种折射液来配比，以实现工件测试液槽内的折射液的折射率与被测玻璃一致，折射液(7)配比如下：

$\frac{V_1}{V_2}=\frac{n_2-n_0}{n_0-n_1}$

V₁-所需折射液低折射率的体积

V₂-所需折射液高折射率的体积

n₁-低折射液的折射率

n₂-高折射液的折射率

n₀-所配折射液的折射率

6、根据权利要求1所述的一种基于对玻璃材料的气泡、杂质测量的检测仪，其特征在于：所述的光源系统(5)包括光源(16)和光源光学系统(15)；光源(16)发出的光束经过光源光学系统(15)形成单色光。

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