一種紅外光學(xué)材料的均勻性檢測(cè)裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種紅外光學(xué)材料的均勻性檢測(cè)裝置和方法，其特征在于采用紅外光源、遮雜散光管、準(zhǔn)直部件、擴(kuò)束部件組成均勻紅外光束發(fā)生裝置，紅外分光鏡將入射光成90°反射，經(jīng)反射的入射光通過(guò)變焦透鏡聚焦至待測(cè)材料上；被待測(cè)材料反射的光束再經(jīng)過(guò)變焦透鏡、紅外分光鏡、聚焦透鏡傳輸?shù)郊t外傳感器，通過(guò)處理紅外信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)可見(jiàn)光不透明紅外光學(xué)材料的均勻性評(píng)測(cè)。相對(duì)于以往紅外光學(xué)材料的評(píng)測(cè)方法和裝置，本評(píng)測(cè)方法和裝置既可獲得待測(cè)紅外材料內(nèi)部聚焦面一定景深內(nèi)缺陷的形貌和位置信息，又可獲得待測(cè)紅外材料內(nèi)部缺陷的三維形貌和位置信息，從而實(shí)現(xiàn)紅外光學(xué)材料均勻性的精細(xì)評(píng)測(cè)功能。
【專利說(shuō)明】一種紅外光學(xué)材料的均勻性檢測(cè)裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可見(jiàn)光不透明紅外光學(xué)材料的均勻性檢測(cè)裝置和方法，特別是一種檢測(cè)單晶鍺、硫系玻璃等可見(jiàn)光不透明紅外光學(xué)材料內(nèi)部缺陷的檢測(cè)方法，及材料均勻性的檢測(cè)方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著在軍事、民用方面的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，紅外光學(xué)材料的質(zhì)量要求也日益提高。紅外光學(xué)材料內(nèi)部缺陷(如條紋、裂紋、分相、氣泡等)是決定紅外光學(xué)材料質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一，其中缺陷主要是由于紅外材料制備過(guò)程中的化學(xué)組分的不均勻性以及熱不均勻性等原因造成的。
[0003]對(duì)于可見(jiàn)光透明光學(xué)玻璃均勻性的檢測(cè)，現(xiàn)在已擁有成熟的干涉或全息檢測(cè)方法，并形成了相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T7962.3-2010)。但是，對(duì)于可見(jiàn)光不透明紅外光學(xué)材料，目前缺乏相關(guān)的檢測(cè)方法和裝置，沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)內(nèi)外檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。
[0004]對(duì)于紅外光學(xué)材料的均勻性檢測(cè)方法，國(guó)內(nèi)專利(中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?201110228174.X, 2010105545001, 201110025184.3)報(bào)道了幾種紅外硫系玻璃內(nèi)部缺陷的光學(xué)檢測(cè)方法和裝置，均采用面光源透射成像的方式，可以方便快捷的實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外硫系玻璃缺陷的檢測(cè)。但是，該方法只能給出樣品內(nèi)部所有缺陷在垂直光軸平面內(nèi)的投影，無(wú)法給出缺陷在樣品內(nèi)部的具體位置、立體形貌和分布等精確信息。
[0005]專利(中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?201110073411.X)報(bào)道了一種紅外玻璃非均勻性檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，通過(guò)精確測(cè)定紅外玻璃樣品放入前后的線擴(kuò)散函數(shù)和相應(yīng)的光學(xué)傳遞函數(shù)，通過(guò)對(duì)比實(shí)現(xiàn)紅外玻璃非均勻性的檢測(cè)。該方法采用光學(xué)傳遞函數(shù)間接地表征紅外玻璃的均勻性，不能直觀地給出其內(nèi)部缺陷位置、形貌和分布信息。
[0006]在反射式顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)中，由于其利用聚焦系統(tǒng)成像，使得顯微鏡的視場(chǎng)半徑很小，因此無(wú)法在顯微鏡下全部顯示稍大的待測(cè)物體，一次觀測(cè)只能看到的物體的一部分，無(wú)法觀測(cè)到物體的全貌。因此需要通過(guò)多次觀測(cè)，并利用圖像擴(kuò)展技術(shù)將一系列具有重疊區(qū)域的相鄰圖像，根據(jù)重疊區(qū)域的位置信息和相同特征拼合成大視野的全景圖像，從而能夠展現(xiàn)超大視野。
[0007]在顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)中，放大倍數(shù)較小時(shí)景深比較大。而隨著顯微鏡放大倍數(shù)的增大，其景深就會(huì)相應(yīng)減小，只能看清聚焦面附近的結(jié)構(gòu)。因此為了使物體在一幅圖中完全聚焦清晰，需要采用顯微圖像融合技術(shù)，利用多幅同一場(chǎng)景不同聚焦位置的圖像，融合成一幅各處都清晰的全景深圖像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于:提供一種可見(jiàn)光不透明紅外光學(xué)材料的均勻性檢測(cè)裝置和方法，既可獲得待測(cè)紅外材料內(nèi)部聚焦面設(shè)定景深內(nèi)缺陷的形貌和位置信息，又可獲得待測(cè)紅外材料內(nèi)部缺陷的三維形貌和位置信息，從而實(shí)現(xiàn)紅外光學(xué)材料均勻性的精細(xì)檢測(cè)功能。
[0009]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:
[0010]一種紅外光學(xué)材料的均勻性檢測(cè)裝置，其特征在于包括紅外分光鏡、光軸與紅外分光鏡法線成45°角的紅外均勻光源發(fā)生裝置，與紅外均勻光源發(fā)生裝置光軸垂直的紅外變焦透鏡、二維精密移動(dòng)載物臺(tái)、聚光鏡、紅外傳感器，紅外變焦透鏡、二維精密移動(dòng)載物臺(tái)、聚光鏡、紅外傳感器共用一個(gè)橫向光軸；所述紅外變焦透鏡、二維精密移動(dòng)載物臺(tái)沿橫向光軸方向設(shè)置在紅外分光鏡前方，且紅外均勻光源發(fā)生裝置產(chǎn)生的紅外均勻光源入射到達(dá)紅外分光鏡形成與入射方向垂直的紅外光束，紅外光束通過(guò)紅外變焦透鏡匯聚到達(dá)放置于二維精密移動(dòng)載物臺(tái)上的待測(cè)材料上形成反射光；所述聚光鏡、紅外傳感器沿橫向光軸方向設(shè)置在紅外分光鏡后方，反射光通過(guò)紅外變焦透鏡的匯聚，依次通過(guò)紅外分光鏡、聚光鏡投射到紅外傳感器上并形成電信號(hào)；還設(shè)置信號(hào)采集及控制器，信號(hào)采集及控制器分別與紅外傳感器、二維精密移動(dòng)載物臺(tái)、紅外變焦透鏡連接，信號(hào)采集及控制器與計(jì)算機(jī)連接；所述計(jì)算機(jī)通過(guò)信號(hào)采集及控制器控制變焦透鏡的對(duì)焦和調(diào)焦、二維精密移動(dòng)載物臺(tái)的移動(dòng)、以及紅外傳感器的信號(hào)采集。
[0011]按上述技術(shù)方案，所述紅外均勻光源發(fā)生裝置包括遮雜散光管、準(zhǔn)直部件、擴(kuò)束部件、濾光片組，紅外光源、遮雜散光管、準(zhǔn)直部件、擴(kuò)束部件、濾光片組依次排列并共用一個(gè)通過(guò)紅外分光鏡中心的光軸。
[0012]按上述技術(shù)方案，二維精密移動(dòng)載物臺(tái)的二維移動(dòng)方向所在平面以及待測(cè)材料平面均與橫向光軸空間垂直；所述的二維精密移動(dòng)載物臺(tái)由滑板、載物臺(tái)、驅(qū)動(dòng)裝置組成，一伺服驅(qū)動(dòng)裝置安裝在滑板上，控制X軸方向的移動(dòng)，載物臺(tái)安裝在滑板上，載物臺(tái)設(shè)置為能夠相對(duì)滑板在Y軸方向移動(dòng)，另一伺服驅(qū)動(dòng)裝置安裝在載物臺(tái)上，控制Y軸方向的移動(dòng)；在檢測(cè)過(guò)程中載物臺(tái)能夠帶動(dòng)待測(cè)樣品沿X/Y軸方向做步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。
[0013]按上述技術(shù)方案，所述的聚光鏡采用紅外透鏡。
[0014]按上述技術(shù)方案，所述紅外變焦透鏡在變焦伺服電機(jī)控制下能夠?qū)崿F(xiàn)最小為I μ m的焦平面的移動(dòng)。
[0015]按上述技術(shù)方案，所述的紅外光源采用黑體光源。
[0016]按上述技術(shù)方案，所述的紅外傳感器的響應(yīng)波段為0.8?14 μ m。
[0017]采用上述紅外光學(xué)材料的均勻性檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)的方法，其特征在于包括如下步驟:
[0018](I)將待測(cè)材料固定于二維精密移動(dòng)載物臺(tái)的載物臺(tái)上，設(shè)定紅外變焦透鏡所需的放大倍數(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制紅外變焦透鏡對(duì)待測(cè)材料進(jìn)行對(duì)焦，獲得待測(cè)材料表面附近位置的清晰圖像，同時(shí)構(gòu)建三維坐標(biāo)系，以垂直于待測(cè)材料表面方向?yàn)閆軸；
[0019](2)設(shè)定待測(cè)材料沿X/Y軸方向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)每步的行程，X/Y軸方向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)每步的行程小于焦點(diǎn)視場(chǎng)半徑；并設(shè)定X/Y軸的步進(jìn)次數(shù)和步進(jìn)移動(dòng)順序，通過(guò)一個(gè)連續(xù)的蛇形移動(dòng)觀測(cè)線移動(dòng)路徑完成待測(cè)材料整個(gè)平面在Z軸上一個(gè)位置的檢測(cè)；
[0020]( 3 )之后，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制紅外變焦透鏡的移動(dòng)，使焦平面沿Z軸向材料內(nèi)部移動(dòng)設(shè)定步進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料內(nèi)部更深景深內(nèi)的缺陷觀測(cè)，而后重復(fù)步驟(I)- (2)的操作，獲取不同焦平面內(nèi)的擴(kuò)展平面圖像；如此重復(fù)實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)材料內(nèi)部不同焦平面的觀測(cè)；
[0021]4)計(jì)算機(jī)計(jì)算不同焦平面的相對(duì)高度，結(jié)合不同焦平面的圖像差異對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行圖像三維合成及圖像修正，實(shí)現(xiàn)圖像的三維合成，從而獲得待測(cè)材料內(nèi)部整體缺陷的位
置信息和三維形貌。
[0022]按上述技術(shù)方案，所述的步驟(2)中控制二維精密移動(dòng)載物臺(tái)沿X軸正向移動(dòng)，每移動(dòng)設(shè)定步進(jìn)，再拍攝下一個(gè)像點(diǎn)的圖像，依次動(dòng)作，獲得一系列圖像；之后，再控制二維精密移動(dòng)載物臺(tái)沿Y軸反向移動(dòng)設(shè)定步進(jìn)，隨后，控制X軸反向移動(dòng)依次拍攝獲得一系列圖像，如此重復(fù)以上動(dòng)作形成一個(gè)近乎覆蓋待測(cè)材料所在平面的連續(xù)的蛇形移動(dòng)觀測(cè)線移動(dòng)路徑；再通過(guò)計(jì)算機(jī)控制計(jì)算圖像方位和尺寸，去除系列圖像重疊部分，即可擴(kuò)展成待測(cè)材料整個(gè)平面在Z軸上一個(gè)位置的完整的焦平面圖像。
[0023]按上述技術(shù)方案，所述圖像三維合成為實(shí)時(shí)的三維合成，每次獲得的最新的二維圖像數(shù)據(jù)融合進(jìn)已有的三維圖像數(shù)據(jù)中，從而實(shí)時(shí)更新三維圖像；具體步驟如下:
[0024]I)隨紅外變焦透鏡的移動(dòng)采集不同景深或不同焦平面下若干相同(X，Y)坐標(biāo)的二維圖像數(shù)據(jù)；
[0025]2)將步驟I)獲得的各個(gè)二維圖像數(shù)據(jù)根據(jù)初始構(gòu)建的三維坐標(biāo)系依次疊加并轉(zhuǎn)換為三維圖像數(shù)據(jù)；
[0026]3)設(shè)置視角為圖像中心點(diǎn)垂直方向視角，并根據(jù)視角轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換步驟2)獲得的三維圖像數(shù)據(jù)，生成最終需要的三維圖像數(shù)據(jù)。
[0027]本發(fā)明具有以下有益效果:載物臺(tái)采用高精度二維伺服控制，通過(guò)計(jì)算機(jī)精密控制Χ/Υ軸伺服電機(jī)的移動(dòng)，可對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行精密掃描檢測(cè)，從而獲得紅外光學(xué)材料在聚焦面一定景深內(nèi)缺陷精細(xì)形貌及位置信息的擴(kuò)展二維平面圖像；同時(shí)，通過(guò)二維精密載物臺(tái)與變焦透鏡的協(xié)同調(diào)節(jié)，獲取系列二維平面圖像，并通過(guò)顯微圖像融合技術(shù)融合成一幅全景深圖像，從而獲得材料內(nèi)部整體缺陷形貌和位置分布的三維圖像。
[0028]能夠?qū)梢?jiàn)光不透明紅外光學(xué)材料內(nèi)部缺陷的位置、三維形貌和分布進(jìn)行更精確的檢測(cè)；通過(guò)調(diào)控二維精密移動(dòng)載物臺(tái)，對(duì)樣品不同點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)紅外材料內(nèi)部聚焦面一定景深內(nèi)缺陷的綜合檢測(cè)；通過(guò)紅外變焦透鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品不同焦平面的連續(xù)觀察，結(jié)合二維精密移動(dòng)載物臺(tái)的調(diào)控，同時(shí)利用計(jì)算機(jī)中智能檢測(cè)軟件系統(tǒng)通過(guò)合成技術(shù)獲取三維圖像，達(dá)到對(duì)材料均勻性更精確測(cè)評(píng)的目的。
[0029]相對(duì)于以往紅外光學(xué)材料的評(píng)測(cè)方法和裝置，本檢測(cè)方法和裝置既可獲得待測(cè)紅外材料內(nèi)部聚焦面一定景深內(nèi)缺陷的形貌和位置信息，又可獲得待測(cè)紅外材料內(nèi)部缺陷的三維形貌和位置信息，從而實(shí)現(xiàn)紅外光學(xué)材料均勻性的精細(xì)評(píng)測(cè)功能。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)框圖
[0031]圖2載物臺(tái)上待測(cè)紅外光學(xué)材料樣品的移動(dòng)規(guī)則圖
[0032]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:紅外光源1、遮雜散光管2、準(zhǔn)直部件3、擴(kuò)束部件4、濾光片組5、紅外分光鏡9、紅外變焦透鏡8、二維精密移動(dòng)載物臺(tái)6、待測(cè)材料7、聚光鏡10、紅外傳感器11、信號(hào)采集及控制器12、計(jì)算機(jī)13。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的雙圓周彈簧同步器進(jìn)行詳細(xì)描述。[0034]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:一種可見(jiàn)光不透明紅外光學(xué)材料的均勻性檢測(cè)方法和裝置，其特征在于包括紅外光源1、遮雜散光管2、準(zhǔn)直部件3、擴(kuò)束部件4、濾光片組5、紅外分光鏡9、紅外變焦透鏡8、二維精密移動(dòng)載物臺(tái)6、聚光鏡10、紅外傳感器11、信號(hào)采集及控制器12、計(jì)算機(jī)13。
[0035]紅外光源的1、遮雜散光管2、準(zhǔn)直部件3、擴(kuò)束部件4、濾光片組5依次排列，組成紅外均勻光源發(fā)生裝置，其中各部件共用一個(gè)光軸，此光軸通過(guò)紅外分光鏡中心，并與分光鏡法線成45°角。
[0036]待測(cè)紅外光學(xué)待測(cè)材料7安裝在所述的二維精密移動(dòng)載物臺(tái)6上，之后依次為紅外變焦透鏡8、紅外分光鏡9、聚光鏡10、紅外傳感器11，其共用另一個(gè)光軸，此光軸垂直于紅外光源部件光軸，并通過(guò)紅外分光鏡中心，與分光鏡法線成45°角，同時(shí)與紅外均勻光源發(fā)生裝置光軸成90°。
[0037]所述的紅外傳感器11與所述的信號(hào)采集及控制器12連接，所述的信號(hào)采集及控制器與所述的計(jì)算機(jī)13連接。
[0038]紅外光源I采用黑體光源。
[0039]紅外變焦透鏡8由計(jì)算機(jī)13通過(guò)信號(hào)采集及控制器12控制。
[0040]二維精密移動(dòng)載物臺(tái)6由滑板、載物臺(tái)、驅(qū)動(dòng)裝置等組成，一伺服驅(qū)動(dòng)裝置安裝在滑板上，控制X軸方向的移動(dòng)，載物臺(tái)安裝在滑板上，載物臺(tái)可相對(duì)滑板在Y軸方向移動(dòng)，另一伺服驅(qū)動(dòng)裝置安裝在載物臺(tái)上，控制Y軸方向的移動(dòng)。
[0041]在測(cè)試的過(guò)程中載物臺(tái)可以帶動(dòng)被測(cè)物沿X/Y軸方向移動(dòng)。X/Y軸做步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，每步的行程約小于焦點(diǎn)視場(chǎng)半徑。這樣通過(guò)設(shè)定X/Y軸的步進(jìn)步數(shù)和順序就可以完成對(duì)待測(cè)材料整個(gè)平面的觀測(cè)。
[0042]紅外傳感器11的響應(yīng)波段為0.8?14 μ m。
[0043]聚光鏡10采用紅外透鏡實(shí)現(xiàn)光線聚焦到傳感器上。
[0044]智能檢測(cè)軟件系統(tǒng)可以通過(guò)控制變焦透鏡對(duì)待測(cè)材料不同景深內(nèi)缺陷的觀察，采用深度融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)三維成像。
[0045]信號(hào)采集及控制器12可以控制變焦透鏡8的對(duì)焦和調(diào)焦、二維精密移動(dòng)載物臺(tái)6的移動(dòng)、以及紅外傳感器11的信號(hào)采集。
[0046]如圖1所示，系統(tǒng)通過(guò)采用反射式光路的設(shè)計(jì)，紅外光源1、遮雜散光管2、準(zhǔn)直部件3、擴(kuò)束部件4產(chǎn)生強(qiáng)度均勻、形狀規(guī)則、單向性較好的紅外光源，再通過(guò)濾光片組5進(jìn)一步提高紅外光束中各波段光線的均勻性和質(zhì)量，之后紅外光束通過(guò)紅外分光鏡9，形成反射光束，光束繼而通過(guò)變焦透鏡組8，聚焦在待測(cè)紅外光學(xué)材料樣品7上，如果紅外材料內(nèi)部成分不均勻，或者有空洞、裂紋等情況時(shí)，會(huì)造成材料內(nèi)部空間各點(diǎn)對(duì)光線反射強(qiáng)弱的不同，從而形成缺陷像。
[0047]當(dāng)入射光束照射到待測(cè)材料后，產(chǎn)生反射光，反射光通過(guò)變焦透鏡8的匯聚，再次通過(guò)紅外分光鏡9而向上透射過(guò)去；帶有樣品內(nèi)部信息的反射光，最后經(jīng)過(guò)聚光透鏡10的聚焦，投射到紅外傳感器11上，從而通過(guò)傳感器形成電信號(hào)；信號(hào)通過(guò)信號(hào)采集及控制器12的采集和初步處理，再經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)13軟件的處理，在顯示器上形成樣品精細(xì)結(jié)構(gòu)二維或三維的清晰圖像。
[0048]對(duì)于整個(gè)平面的觀測(cè)，首先選擇所需的放大倍數(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制紅外變焦透鏡對(duì)待測(cè)材料進(jìn)行對(duì)焦，獲得待測(cè)樣品表面附近位置的清晰圖像，同時(shí)計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)建三維坐標(biāo)系，以垂直于樣品表面方向?yàn)閆軸,之后通過(guò)二維精密載物臺(tái)控制X軸向一個(gè)方向移動(dòng)，移動(dòng)一定步進(jìn)(小于實(shí)際視場(chǎng)半徑，步進(jìn)的大小是計(jì)算機(jī)根據(jù)視場(chǎng)半徑的大小確定的，一次移動(dòng)的步進(jìn)小于視場(chǎng)直徑的2/3)，再拍攝下一個(gè)像點(diǎn)的圖像，依次動(dòng)作，獲得一系列圖像；再控制Y軸移動(dòng)一定步進(jìn)(小于實(shí)際視場(chǎng)半徑)，控制X軸向反方向移動(dòng)依次拍攝，如此重復(fù)以上動(dòng)作，具體觀測(cè)動(dòng)作如圖2所示，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)樣品某一景深內(nèi)缺陷的觀測(cè)，再通過(guò)計(jì)算機(jī)控制計(jì)算圖像方位和尺寸，去除重疊部分，即可組合成完整的某一景深內(nèi)的擴(kuò)展平面圖像。
[0049]在完成樣品表面附近的均勻性檢測(cè)后，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制紅外變焦透鏡的移動(dòng)，使焦平面向材料內(nèi)部移動(dòng)一定步進(jìn)，從而觀測(cè)到材料內(nèi)部更深一層的缺陷，而后重復(fù)以上操作，實(shí)現(xiàn)在此焦平面附近的均勻性觀測(cè)，如此重復(fù)實(shí)現(xiàn)對(duì)材料內(nèi)部不同焦平面附近的缺陷觀測(cè)。
[0050]最后計(jì)算機(jī)及軟件系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算不同焦平面的相對(duì)高度，結(jié)合不同焦平面的圖像差異對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行三維合成及圖像修正，實(shí)現(xiàn)圖像的三維合成，從而獲得待測(cè)材料內(nèi)部整體缺陷的位置、三維形貌和分布的精細(xì)信息。
[0051]所述三維成像技術(shù)，其圖像三維合成的步驟如下:
[0052]I)計(jì)算機(jī)13采集若干相同(X，Y)坐標(biāo)而不同景深的二維圖像數(shù)據(jù)。
[0053]2)計(jì)算機(jī)將步驟I)獲得的各個(gè)二維圖像數(shù)據(jù)根據(jù)初始構(gòu)建的三維坐標(biāo)系依次疊加并轉(zhuǎn)換為三維圖像數(shù)據(jù)。
[0054]3)設(shè)置視角為圖像中心點(diǎn)垂直方向視角，并根據(jù)視角轉(zhuǎn)換步驟2)獲得三維圖像數(shù)據(jù)，生成最終的三維圖像數(shù)據(jù)。
[0055]所述三維成像技術(shù)為實(shí)時(shí)的三維合成，每次獲得的最新的二維圖像數(shù)據(jù)融合進(jìn)已有的三維圖像數(shù)據(jù)中，從而實(shí)時(shí)更新三維圖像。
[0056]本發(fā)明提出的可見(jiàn)光不透明紅外光學(xué)材料的均勻性檢測(cè)方法和裝置，采用獨(dú)特的變焦成像及軟件多景深合成技術(shù)，結(jié)合機(jī)械精密控制技術(shù)，既可獲得待測(cè)紅外材料內(nèi)部聚焦面一定景深內(nèi)缺陷的形貌和位置信息，又可實(shí)現(xiàn)待測(cè)紅外材料內(nèi)部缺陷的三維形貌和位置信息，從而實(shí)現(xiàn)紅外光學(xué)材料均勻性的精細(xì)檢測(cè)功能。
【權(quán)利要求】
1.一種紅外光學(xué)材料的均勻性檢測(cè)裝置，其特征在于包括紅外分光鏡、光軸與紅外分光鏡法線成45°角的紅外均勻光源發(fā)生裝置，與紅外均勻光源發(fā)生裝置光軸垂直的紅外變焦透鏡、二維精密移動(dòng)載物臺(tái)、聚光鏡、紅外傳感器，紅外變焦透鏡、二維精密移動(dòng)載物臺(tái)、聚光鏡、紅外傳感器共用一個(gè)橫向光軸；所述紅外變焦透鏡、二維精密移動(dòng)載物臺(tái)沿橫向光軸方向設(shè)置在紅外分光鏡前方，且紅外均勻光源發(fā)生裝置產(chǎn)生的紅外均勻光源入射到達(dá)紅外分光鏡形成與入射方向垂直的紅外光束，紅外光束通過(guò)紅外變焦透鏡匯聚到達(dá)放置于二維精密移動(dòng)載物臺(tái)上的待測(cè)材料上形成反射光；所述聚光鏡、紅外傳感器沿橫向光軸方向設(shè)置在紅外分光鏡后方，反射光通過(guò)紅外變焦透鏡的匯聚，依次通過(guò)紅外分光鏡、聚光鏡投射到紅外傳感器上并形成電信號(hào)；還設(shè)置信號(hào)采集及控制器，信號(hào)采集及控制器分別與紅外傳感器、二維精密移動(dòng)載物臺(tái)、紅外變焦透鏡連接，信號(hào)采集及控制器與計(jì)算機(jī)連接；所述計(jì)算機(jī)通過(guò)信號(hào)采集及控制器控制變焦透鏡的對(duì)焦和調(diào)焦、二維精密移動(dòng)載物臺(tái)的移動(dòng)、以及紅外傳感器的信號(hào)采集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外光學(xué)材料的均勻性檢測(cè)裝置，其特征在于:所述紅外均勻光源發(fā)生裝置包括遮雜散光管、準(zhǔn)直部件、擴(kuò)束部件、濾光片組，紅外光源、遮雜散光管、準(zhǔn)直部件、擴(kuò)束部件、濾光片組依次排列并共用一個(gè)通過(guò)紅外分光鏡中心的光軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的紅外光學(xué)材料的均勻性檢測(cè)裝置，其特征在于:二維精密移動(dòng)載物臺(tái)的二維移動(dòng)方向所在平面以及待測(cè)材料平面均與橫向光軸空間垂直；所述的二維精密移動(dòng)載物臺(tái)由滑板、載物臺(tái)、驅(qū)動(dòng)裝置組成，一伺服驅(qū)動(dòng)裝置安裝在滑板上，控制X軸方向的移動(dòng)，載物臺(tái)安裝在滑板上，載物臺(tái)設(shè)置為能夠相對(duì)滑板在Y軸方向移動(dòng)，另一伺服驅(qū)動(dòng)裝置安裝在載物臺(tái)上，控制Y軸方向的移動(dòng)；在檢測(cè)過(guò)程中載物臺(tái)能夠帶動(dòng)待測(cè)樣品沿X/Y軸方向做步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的紅外光學(xué)材料的均勻性檢測(cè)裝置，其特征在于:所述的聚光鏡采用紅外透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的外光學(xué)材料的均勻性檢測(cè)裝置，其特征在于:所述紅外變焦透鏡在變焦伺服電機(jī)控制下能`夠?qū)崿F(xiàn)最小為I μ m的焦平面的移動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的紅外光學(xué)材料的均勻性檢測(cè)裝置，其特征在于:所述的紅外光源采用黑體光源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的紅外光學(xué)材料的均勻性檢測(cè)裝置，其特征在于:所述的紅外傳感器的響應(yīng)波段為0.8~14 μ m。
8.采用上述權(quán)利要求之一所述紅外光學(xué)材料的均勻性檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)的方法，其特征在于包括如下步驟: (1)將待測(cè)材料固定于二維精密移動(dòng)載物臺(tái)的載物臺(tái)上，設(shè)定紅外變焦透鏡所需的放大倍數(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制紅外變焦透鏡對(duì)待測(cè)材料進(jìn)行對(duì)焦，獲得待測(cè)材料表面附近位置的清晰圖像，同時(shí)構(gòu)建三維坐標(biāo)系，以垂直于待測(cè)材料表面方向?yàn)閆軸； (2)設(shè)定待測(cè)材料沿X/Y軸方向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)每步的行程，X/Y軸方向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)每步的行程小于焦點(diǎn)視場(chǎng)半徑；并設(shè)定X/Y軸的步進(jìn)次數(shù)和步進(jìn)移動(dòng)順序，通過(guò)一個(gè)連續(xù)的蛇形移動(dòng)觀測(cè)線移動(dòng)路徑完成待測(cè)材料整個(gè)平面在Z軸上一個(gè)位置的檢測(cè)； (3)之后，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制紅外變焦透鏡的移動(dòng)，使焦平面沿Z軸向材料內(nèi)部移動(dòng)設(shè)定步進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料內(nèi)部更深景深內(nèi)的缺陷觀測(cè)，而后重復(fù)步驟(1)- (2)的操作，獲取不同焦平面內(nèi)的擴(kuò)展平面圖像；如此重復(fù)實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)材料內(nèi)部不同焦平面的觀測(cè)； 4)計(jì)算機(jī)計(jì)算不同焦平面的相對(duì)高度，結(jié)合不同焦平面的圖像差異對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行圖像三維合成及圖像修正，實(shí)現(xiàn)圖像的三維合成，從而獲得待測(cè)材料內(nèi)部整體缺陷的位置信息和三維形貌。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述的步驟(2)中控制二維精密移動(dòng)載物臺(tái)沿X軸正向移動(dòng)，每移動(dòng)設(shè)定步進(jìn)，再拍攝下一個(gè)像點(diǎn)的圖像，依次動(dòng)作，獲得一系列圖像；之后，再控制二維精密移動(dòng)載物臺(tái)沿Y軸反向移動(dòng)設(shè)定步進(jìn)，隨后，控制X軸反向移動(dòng)依次拍攝獲得一系列圖像，如此重復(fù)以上動(dòng)作形成一個(gè)近乎覆蓋待測(cè)材料所在平面的連續(xù)的蛇形移動(dòng)觀測(cè)線移動(dòng)路徑；再通過(guò)計(jì)算機(jī)控制計(jì)算圖像方位和尺寸，去除系列圖像重疊部分，即可擴(kuò)展成待測(cè)材料整個(gè)平面在Z軸上一個(gè)位置的完整的焦平面圖像。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于:所述圖像三維合成為實(shí)時(shí)的三維合成，每次獲得的最新的二維圖像數(shù)據(jù)融合進(jìn)已有的三維圖像數(shù)據(jù)中，從而實(shí)時(shí)更新三維圖像；具體步驟如下: .1)隨紅外變焦透鏡的移動(dòng)采集不同景深或不同焦平面下若干相同(x，Y)坐標(biāo)的二維圖像數(shù)據(jù)； .2)將步驟I)獲得的各個(gè)二維圖像數(shù)據(jù)根據(jù)初始構(gòu)建的三維坐標(biāo)系依次疊加并轉(zhuǎn)換為三維圖像數(shù)據(jù)； .3)設(shè)置視角為圖像中心點(diǎn)垂直方向視角，并根據(jù)視角轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換步驟2)獲得的三維圖像數(shù)據(jù)，生成最終需要的三維圖像數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G01N21/88GK103558221SQ201310536315
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】陶海征, 喬昂, 彭飛, 趙修建 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)