專利名稱：透明件光學性能檢測裝置及方法
技術領域：
本發明屬于材料光學檢測領域，特別是一種透明件光學性能檢測裝置及方法。
背景技術：
目前透明件光學性能檢測方法是將透明件置于大型網格屏幕前方,依靠人眼透 過透明件來觀察網格的彎曲程度，從而評價透明制件光學性能的優劣。該方法不足 之處在于當制件尺寸較大時，靠人眼觀察很難將制件所有區域都檢測到，另外這 種靠人眼檢測無法給出定量的檢測值，全靠檢測人員的檢驗經驗來進行定性測量判 斷，這種定性檢測方法給測試帶來較大偏差，不能滿足大批量產品生產以及嚴格的 質量控制標準的要求。
發明內容
本發明的目的是要克服上述現有的傳統透明件光學性能的人工檢測手段，提供 一種透明件光學性能檢測裝置及方法，實現透明件光學性能自動化量化檢測，提高 檢測精度。
本發明的技術解決方案是 一種透明件光學性能檢測裝置，其特點在于該裝置包括柵格板、透明件、數碼 相機、旋轉支架、相機支架和計算機，所述的網格板豎直地立在地面上，所述的數 碼相機安裝在所述的相機支架上且該數碼相機的鏡頭中軸線呈水平并垂直于所述的 網格板的表面，待測透明件安裝在所述的旋轉支架上，待測透明件置于所述的數碼 相機和柵格板之間，所述的數碼相機的輸出端接所述的計算機的輸入端。
所述的數碼相機與網格板之間的距離為450厘米，其中所述的待測透明件到網
格板之間的距離與待測透明件到數碼相機之間的距離距離相等。
所述的數碼相機與網格板之間的距離為1000厘米，其中所述的待測透明件到 網格板之間的距離是待測透明件到數碼相機之間的距離距離的兩倍。
所述的柵格板長度和寬度范圍為寬度為0.5米 6米，高度為0.5米 6米， 柵格板平面度滿足在長度100毫米范圍內平面度誤差在0.1毫米 10毫米，柵格板 的柵格線條寬度為0.1毫米 50毫米，柵格間距為1毫米 500毫米，柵格板畫面對比度取值范圍為10 100。
利用所述的透明件光學性能自動化檢測裝置進行透明件光學性能自動化檢測 的方法，包括下列步驟
① 將安裝待測透明制件的旋轉支架置于網格板和碼數碼相機之間，調整待測透 明制件到網格板距離和待測透明制件到碼數碼相機的距離到所需要的值，調整待測 透明制件和碼數碼相機的高度，使數碼相機的鏡頭中軸線呈水平并垂直于所述的網 格板的表面，確保照片上待測透明制件的圖像全部落在柵格板的背景上；
② 調整所述的旋轉支架使所述的待測透明制件分別處于俯仰0度，水平分別為 0度、左30度、右30度，以及上下俯仰各30度，水平分別為O度、左30度、右 30度共九種狀態，分別利用所述的碼數碼相機拍照透過待測透明制件的包含網格板 的柵格圖像，共獲得9幅待測透明制件的數碼圖像存入所述的計算機；
③ 計算機對所拍攝圖像經過去噪、增強、濾波得到預處理過的數字圖像，然后 進行數據處理，得到待測透明制件的光學性能值。
所述的計算機對所拍攝圖像進行數據處理，包括下列步驟
第一步給CalOp賦初值0， j賦初值0， CalOp為所要計算的透明件的光學性
能值，j表示當前計算點所在網格線的列數；
第二步判斷j是否小于等于200，即判斷當前網格列線是否在網格板范圍內.-若是，則執行第三步； 若不是，執行第八步；
第三步給n賦初值O, n為所計算的當前算像素點的垂直坐標；
第四步判斷n是否小于1000，即判斷當前點是否未到達圖像底端 若是，則執行第五步；
若不是，則表示該列所有點計算完畢，j-j+l，返回第二步，計算下一列垂直方 向網格線上的光學性能值；
第五步計算當前點切線與垂直方向夾角的正切絕對值Tgjn叫tg6jnl , 第六步判斷CalOp是否小于Tgjn, 若是，貝'JCalOp-Tgjn;
若不是，執行第七步；
第七步n=n+l，當前計算像素點的垂直坐標值加1,返回第四步； 第八步給i賦初值O，其中i表示當前計算點所在網格線的行數，開始計算網 格線水平方向行i上各像素點的光學性能值；第九步判斷i是否小于等于200，即判斷當前網格行線是否在網格板范圍內 若是，則執行第十步，開始計算網格線水平方向行i各個像素點的光學性能值；
若不是，則所有網格板水平方向的光學性能值計算完成，執行第十五步，輸出
整個透明件光學性能值，整個程序結束；
第十步給m賦初值O，其中m為所計算的當前像素點水平坐標； 第十一部判斷m是否小于lOOO，即判斷當前點是否未到達圖像右端 若是，則執行第十二步；
若不是，則執行i-i+l，當前行數增一，返回第九步，開始計算開始計算下一條
水平方向網格線上的光學性能值；
第十二步計算該點切線與水平方向夾角的正切絕對值TginHtgeim;
第十三步判斷CalOp是否小于Tgim:
若是，貝ijCalOp-Tgim;
若不是，執行第十四步；
第十四步m=m+l，當前計算像素點水平坐標值加1，返回第十一步； 第十五步輸出整個透明件光學性能值CalOp，程序結束。 本發明的技術效果是
本發明透明件光學性能檢測裝置及方法，利用數碼相機對放置于網格板前方的 透明件進行拍照,通過計算機圖像處理技術得到透明件光學性能值。具體方法是按照 一定距離間隔將透明樣件支架放于數碼相機和網格板之間，被測樣件置于檢測支架 上，該支架可以進行俯仰和水平方向的轉動，以實現對樣件不同角度的測量。本發 明與在先技術相比，實現了對透明件光學性能自動檢測，能夠給出待測透明件任一 區域的光學性能值，實現真正的量化檢測，提高測量精度，同時極大地降低人工檢 驗的勞動強度。
圖1是本發明透明件光學性能檢測裝置示意圖
圖2是本發明的用于透明件光學檢測的柵格屏幕及安裝尺寸
圖3是本發明的透明件數字化圖像及光學性能值計算原理圖 圖4是本發明透明件的光學性能值計算流程圖
圖中1:柵格板2:待測透明件3: W:柵格屏幕寬度4: H:柵格屏
幕高度 5: LW:柵格線條寬度 6: GW:柵格間距 7: CF:平面度 8: CC: 畫面對比度 9: h:柵格板離地面高度 10:地面 11:數碼相機 12: 樣件與柵格板間距離 13:樣件與數碼相機間距離 14:旋轉支架 15:相機支架16:網格板安裝墻面17:位置19處切線18:水平網格線行i匕的
沿垂直方向第m像素點 19:垂直網格線列j上的沿水平方向第n像素點 20:
計黨機21:柵格板照明燈22:位置18處切線23:系統水平線 24:
系統垂直線 25:線22與線23的夾角e im26:線17與線24的夾角9 jn
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明。
先請參閱圖l，圖l是本發明透明件光學性能檢測裝置結構示意圖，由圖可見， 本發明透明件光學性能檢測裝置，該裝置包括柵格板1、待測透明件2、數碼相機 11、旋轉支架14、相機支架15和計算機20,所述的網格板1豎直地立在地面上， 所述的數碼相機11安裝在所述的相機支架15上且該數碼相機11的鏡頭中軸線呈水 平并垂直于所述的網格板1的表面，待測透明件2安裝在所述的旋轉支架14上，待 測透明件2置于所述的數碼相機11和柵格板1之間，所述的數碼相機11的輸出端 接所述的計算機20的輸入端。
所述的旋轉支架14可水平旋轉和垂直俯仰旋轉。柵格板1上印制有等間距的、 具有一定線寬的網格，網格線與底板背景圖像應有一定對比度，網格線直線度不小 于O.OOl(正切值)，見圖2。柵格板1安裝高度應能滿足測試系統拍照要求，確保照 片上試件圖像全部落在柵格板背景上。數碼相機11對著柵格背景的待測透明件2拍 照，所拍攝圖像經過計算機20專用圖像檢測軟件處理，見圖3，得到樣件各處的光 學性能值。
本實施例將放有待測透明制件2的旋轉支架14置于網格板1和碼數碼相機11 之間(如圖1)，待測透明件2到網格板1距離(圖1的12)為150厘米，待測透明 件2到數碼相機11的距離(圖1的13)為150厘米。在長寬為3米*3米平面介質 (如圖2)上印刷等間距的網格線，這些網格水平和垂直線的線寬相等，LW (柵格 線條寬度)為1毫米，網格寬度和高度相等，即GW (柵格間距)均為為15毫米， 線條顏色為黑色，背景色為白色，網格線直線度小于0.001。該平面介質粘貼到硬質 平板后(如圖2)，面板平面應平整，CF (平面度)滿足在長度100毫米范圍內平 面度誤差不得大于0.5毫米，印有網格的柵格板底端距離地面高度h小于10厘米。 在閃光燈照明強度下，圖像對比度CC應大于60。分別將支架俯仰O度，水平分別 為O度、左30度、右30度，以及上下俯仰各30度，水平分別為O度、左30度、 右30度，照相機鏡頭中軸線垂直于網格板表面，分別拍照透過樣件的網格板的柵格像，對這些所拍攝圖像根據以下透明件數 字化圖像光學性能值計算方法得到被測樣件的光學性能值。 透明件數字化圖像光學性能值計算方法描述如下-網格板1上的柵格線由水平方向網格線和垂直方向網格線交織構成。當透過光 學性能變化不均勻的透明件拍攝網格板時，所拍攝圖像的網格線會發生彎曲變形， 本方法通過計算變形網格線的彎曲程度來獲得透明件的光學性能值。本方法通過數碼相機(ll)采集透過透明件(2)的網格板圖像，經過去噪、增強、 濾波得到預處理過的數字圖像，對該圖像再進行計算從而得出透明件的光學性能值。 具體計算方法如下(參見圖3):圖3所示的數字圖像是透過透明件對網格板拍照以及預處理得到的數字圖像。 該數字圖像在垂直方向共有網格線201條，該方向的某條網格線稱為網格線列j (其 中』=0......200)，在水平方向共有網格線201條，該方向的某條網格線稱為網格線行i(其中i=0......200)。該數字圖像的采集存儲像素尺寸為1000*1000 (水平方向*垂直方向)。計算步驟為首先沿垂直方向在每一條網格線列上的每個像素點作切線，并計算該切線與垂直方向夾角正切絕對值，同樣方法，沿水平方向在每一條網格線行 上的每個像素點作切線，計算該切線與水平方向夾角正切絕對值，取上述所有這些 正切絕對值的最大值作為該透明件的光學性能值。圖4為透明件的光學性能值計算步驟的流程圖。其中，CalOp表示所要計算的 透明件的光學性能值，j表示當前計算點所在網格線的列數，n為所計算像素點的垂 直坐標位置，9 jn該點處的切線與垂直方向夾角，Tgjn表示角度6 jn的正切絕對值。，i 表示當前計算點所在網格線所的行數，m為所計算像素點水平坐標位置，9im表示 該點切線與水平方向夾角，Tgim表示角度9 im的正切絕對值。算法步驟第一步給CalOp賦初值O， j賦初值O，其中，CalOp為所要計算的透明件的 光學性能值，j表示當前計算點所在網格線的列數，開始計算網格線垂直方向列j上 各像素點的光學性能值；第二步判斷j是否小于等于200，即判斷當前網格列線是否在網格板范圍內 若是則執行第三步，計算網格線垂直方向列j各個像素點的光學性能值； 若不是，則網格板垂直方向的光學性能值計算已完成，執行第八步，開始計算 網格線水平方向光學性能值；第三步給n賦初值O， n為所計算的當前算像素點的垂直坐標； 第四步判斷n是否小于1000，即判斷當前點是否未到達圖像底端若是，則執行第五步；若不是，則表示該列所有點計算完畢，執行j叫+l，返回第二步，計算下一列垂 直方向網格線上的光學性能值；第五步計算當前點切線與垂直方向夾角的正切絕對值Tgjn叫tg6jnl . 第六步判斷CalOp小于Tgj^ 若是，貝UCalOp-Tgjn; 若不是，執行第七步；第七步n=n+l，當前計算像素點的垂直坐標值加1，返回第四步，計算垂直方向下一個像素點的光學性能值；第八步給i賦初值0，其中i表示當前計算點所在網格線的行數，開始計算網格線水平方向行i上各像素點的光學性能值；第九步判斷i是否小于等于200，即判斷當前網格行線是否在網格板范圍內 若是，則執行第十步，開始計算網格線水平方向行i各個像素點的光學性能值； 若不是，則所有網格板水平方向的光學性能值計算完成，執行第十五步，輸出整個透明件光學性能值，整個程序結束；第十步給m賦初值0，其中，m為所計算的當前像素點水平坐標； 第十一部判斷m是否小于1000，即判斷當前點是否未到達圖像右端 若是，則執行第十二步；若不是，則執行i^+l，當前行數增一，返回第九步，開始計算開始計算下一條 水平方向網格線上的光學性能值；第十二步計算該點切線與水平方向夾角的正切絕對值Tgim=|tg e im;第十三步判斷CalOp小于Tgim:若是則CalOp:Tgim;若不是執行第十四步；第十四步m=m+l，當前計算像素點水平坐標值加1，返回第十一步，計算水平方向下一個像素點的光學性能值；第十五步輸出整個透明件光學性能值CalOp，程序結束。綜上所述，透明件光學性能自動化檢測方法及裝置所拍攝的透明件照片圖像對比度好、拍攝范圍大、測量精度高，實現對透明件全范圍的光學性能自動檢測。
權利要求
1、一種透明件光學性能檢測裝置，其特征在于該裝置包括柵格板(1)、透明件(2)、數碼相機(11)、旋轉支架(14)、相機支架(15)和計算機(20)，所述的網格板(1)豎直地立在地面上，所述的數碼相機(11)安裝在所述的相機支架(15)上且該數碼相機(11)的鏡頭中軸線呈水平并垂直于所述的網格板(1)的表面，待測透明件(2)安裝在所述的旋轉支架(14)上，待測透明件(2)置于所述的數碼相機(11)和柵格板(1)之間，所述的數碼相機(11)的輸出端接所述的計算機(20)的輸入端。
2、 根據權利要求1所述的透明件光學性能檢測裝置，其特征在于所述的數碼 相機(11)與網格板(1)之間的距離為450厘米，其中所述的待測透明件(2)到 網格板(1)之間的距離(12)與待測透明件(2)到數碼相機(11)之間的距離距 離(13)相等。
3、 根據權利要求1所述的透明件光學性能自動檢測裝置，其特征在于所述的 數碼相機(11)與網格板(1)之間的距離為1000厘米，其中所述的待測透明件(2) 到網格板(1)之間的距離(12)是待測透明件(2)到數碼相機(11)之間的距離 距離(13)的兩倍。
4、 根據權利要求1所述的透明件光學性能檢測裝置，其特征在于所述的柵格 板(1)長度和寬度范圍為寬度(3)為0.5米 6米，高度(4)為0.5米 6米， 柵格板平面度(7)滿足在長度100毫米范圍內平面度誤差在0.1毫米 10毫米， 柵格板的柵格線條寬度(5)為0.1毫米 50毫米，柵格間距(6)為1毫米 500 毫米，柵格板畫面對比度(8)取值范圍為10 100。
5、 利用權利要求1所述的透明件光學性能檢測裝置進行透明件光學性能檢測 的方法，其特征在于包括下列步驟① 將放有待測透明制件(2)的旋轉支架(14)置于網格板(1)和碼數碼相機 (11)之間，調整待測透明制件(2)到網格板距離(12)和待測透明制件(2)到碼數碼相機(11)的距離到所需要的值，調整待測透明制件(2)和碼數碼相機(11) 的高度，使數碼相機ll的鏡頭中軸線呈水平并垂直于所述的網格板(1)的表面， 確保照片上待測透明制件(2)的圖像全部落在柵格板的背景上；② 調整所述的旋轉支架(14)使所述的待測透明制件(2)分別處于俯仰O度，水平分別為0度、左30度、右30度，以及上下俯仰各30度，水平分別為O度、 左30度、右30度共九種狀態，分別利用所述的碼數碼相機(11)拍照透過待測透 明制件(2)的包含網格板(1)的柵格圖像，共獲得9幅待測透明制件(2)的數 碼圖像存入所述的計算機；③計算機(20)對所拍攝圖像經過去噪、增強、濾波得到預處理過的數字圖像， 然后進行數據處理，得到待測透明制件(2)的光學性能值。
6、根據權利要求5所述的透明件光學性能檢測的方法，其特征在于所述的計算機(20)對所拍攝圖像進行數據處理，包括下列步驟第一步給CalOp賦初值O， j賦初值O， CalOp為所要計算的透明件的光學性 能值，j表示當前計算點所在網格線的列數；第二步判斷j是否小于等于200，即判斷當前網格列線是否在網格板范圍內-若是，則執行第三步；若不是，執行第八步；第三步給n賦初值O， n為所計算的當前算像素點的垂直坐標； 第四步判斷n是否小于1000，即判斷當前點是否未到達圖像底端 若是，則執行第五步；若不是，則表示該列所有點計算完畢，j=j+l，返回第二步，計算下一列垂直方 向網格線上的光學性能值；第五步計算當前點切線與垂直方向夾角的正切絕對值Tgjn叫tg9jnl ,第六步判斷CalOp是否小于Tg扭若是，貝lJCalOp,n; 若不是，執行第七步；第七步Il=n+1，當前計算像素點的垂直坐標值加1，返回第四步； 第八步給i賦初值O，其中i表示當前計算點所在網格線的行數，開始計算網 格線水平方向行i上各像素點的光學性能值；第九步判斷i是否小于等于200，即判斷當前網格行線是否在網格板范圍內 若是，則執行第十步，開始計算網格線水平方向行i各個像素點的光學性能值;若不是，則所有網格板水平方向的光學性能值計算完成，執行第十五步，輸出整個透明件光學性能值，整個程序結束；第十步給m賦初值O，其中m為所計算的當前像素點水平坐標； 第十一部判斷m是否小于1000，即判斷當前點是否未到達圖像右端 若是，則執行第十二步；若不是，則執行i-i+l，當前行數增一，返回第九步，開始計算開始計算下一條 水平方向網格線上的光學性能值；第十二步計算該點切線與水平方向夾角的正切絕對值Tgim=|tg 6 im;第十三步判斷CalOp是否小于Tgim: 若是，BiJCalOp = Tgim; 若不是，執行第十四步；第十四步m=m+l，當前計算像素點水平坐標值加l，返回第十一步； 第十五步輸出整個透明件光學性能值CalOp，程序結束。
全文摘要
一種透明件光學性能檢測裝置及方法，該裝置包括柵格板、透明件、數碼相機、旋轉支架、相機支架和計算機，所述的網格板豎直地立在地面上，所述的數碼相機安裝在所述的相機支架上且該數碼相機的鏡頭中軸線呈水平并垂直于所述的網格板的表面，待測透明件安裝在所述的旋轉支架上，待測透明件置于所述的數碼相機和柵格板之間，所述的數碼相機的輸出端接所述的計算機的輸入端。本發明可用透明建光學形變測量。實現量化檢測，提高測量精度，同時極大地降低了人工檢驗的勞動強度。
文檔編號G01M11/02GK101660968SQ20091019637
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月25日 優先權日2009年9月25日
發明者紅 何 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
