一种基于光谱共焦传感器的表面疵病测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109283184A(43)申请公布日2019.01.29(21)申请号201811021165.1(22)申请日2018.09.03(71)申请人浙江大学地址310027浙江省杭州市西湖区浙大路38号(72)发明人居冰峰杜慧林张文浩孙安玉(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人忻明年(51)Int.Cl.G01N21/88(2006.01)G01N21/958(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种基于光谱共焦传感器的表面疵病测量方法(57)摘要本发明公开了一种基于光谱共焦传感器的表面疵病测量的方法。本发明将平面反射镜安装于角位移台上，调整光谱传感器与待测工件的距离，完成设定的倾角下谱峰强度数据的采集，调整角位移台到不同倾角，直至完成所有指定倾角下的谱峰强度数据采集；构建“陡度-距离-谱峰强度”特性曲线；对待测工件进行扫描测量，采集工件表面回光的谱峰强度数据，计算待测工件表面的反射率矩阵；设定反射率阈值，通过设定反射率阈值区辨识反射率突变区域，以此分辨疵病区域与正常区域并完成疵病定位与轮廓提取。本发明以实验的方法建立谱峰强度与表面反射率之间的数学模型，以反射率来定位表面疵病，为光学元件表面疵病的检测提供了一条新的方法。CN109283184ACN109283184A权利要求书1/2页1.一种基于光谱共焦传感器的表面疵病测量方法，其特征在于将平面反射镜(202)安装于角位移台(203)上，调整光谱传感器与待测工件的距离(102)，完成设定的倾角下谱峰强度数据(103)的采集，调整角位移台到不同倾角(101)，直至完成所有指定倾角下的谱峰强度数据采集(103)；利用采集到的谱峰强度数据构建“陡度-距离-谱峰强度”特性曲线(105)；对待测工件(304)进行扫描测量，采集工件表面回光的谱峰强度数据(107)，计算待测工件表面的反射率矩阵；设定反射率阈值，结合该谱峰强度数据(107)与谱峰强度特性曲线(105)计算被测点的反射率(108)，由反射率异常点反推该异常点的位置信息，得到反射率异常点的位置集合；通过设定反射率阈值(110)区辨识反射率突变区域，以此分辨疵病区域与正常区域并完成疵病定位与轮廓提取(109)。2.根据权利要求1所述一种基于光谱共焦传感器的表面疵病测量方法，其特征在于白光光源(301)发出白色光，经由光纤(209)传入高色散透镜(303)，光线通过透镜后不同波长的光会聚焦在光轴的不同位置，工件(304)被测点所处位置的反射光会返回到光谱仪(208)形成谱峰，通过谱峰强度数据采集装置采集谱峰强度数据。3.根据权利要求2所述一种基于光谱共焦传感器的表面疵病测量方法，其特征在于所述的谱峰强度数据采集装置，包括数据采集卡(206)、光谱仪(208)、高色散透镜(303)，光谱仪(208)将光谱共焦传感器(201)采集的返回光转换为距离信号与光强信号，再将距离信号与光强信号转换为两路0～10V的模拟电压信号(207)输出；然后使用数据采集卡(206)的模数转换模块将两路模拟电压信号(207)转换为两路数字信号进行采集，并发送给工控机(204)进行数据处理，获取谱峰强度数据信息。4.根据权利要求3所述一种基于光谱共焦传感器的表面疵病测量方法，其特征在于建立谱峰强度数据与待测面陡度及距离的“陡度-距离-谱峰强度”特性曲线(205)，利用特性曲线的数学实验模型，通过谱峰强度信号计算得到测量点的表面反射率，具体的：从实验角度入手，通过实验数据数据拟合特性曲线并建立数学实验模型：将平面反射镜(202)安装在角位移台(203)上，将角位移台(203)设定倾角范围最小0°到最大γmax，且间隔δγ；对于每个倾角，令光谱共焦传感器(201)作上下运动，记录每组所测距离和谱峰强度的关系，绘制“陡度-距离-谱峰强度”特性曲线(205)。5.根据权利要求4所述一种基于光谱共焦传感器的表面疵病测量方法，其特征在于γmax为15°；间隔δγ为0.5°。6.根据权利要求4或5所述一种基于光谱共焦传感器的表面疵病测量方法，其特征在于谱峰强度i表达为测量点反射率r、测量点处倾角γ、探头所测得的距离d的函数：i＝r·f(γ，d)。7.根据权利要求6所述一种基于光谱共焦传感器的表面疵病测量方法，其特征在于谱峰强度随光谱共焦传感器所测距离增大而增大，且在传感器量程的中间部分，谱峰强度和距离、倾角中间有单调递减关系，通过多项式拟合的方法得到反射率与测量点倾角和距离关系中的f(γ，d)的近似表达式：2f(γ，d)＝p00+p10·γ+p01·d+p20·γ+p11·γ·d；其中p00，p10，p01，p20，p11均为实验数据拟合所得系