虛擬莫爾技術(shù)測(cè)量浮法玻璃斑馬角
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第二類斑馬角測(cè)試設(shè)備就是完全按照經(jīng)典的斑馬角測(cè)試方法要求，采用莫爾條紋技術(shù)將玻璃的光學(xué)變形角度進(jìn)行放大，并采用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，對(duì)放大后的變形圖像進(jìn)行處理，從而提高測(cè)試精度和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量，并有效的提高了質(zhì)量評(píng)估的可靠性。
在光學(xué)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，莫爾條紋具有光學(xué)干涉使得變形具有放大的特性是光學(xué)測(cè)量中的基本原理，采用此項(xiàng)技術(shù)在很多領(lǐng)域中得到了應(yīng)用，如各種變形測(cè)量、曲面形狀測(cè)量和溫度測(cè)量等方面。但這些測(cè)量基本上都是定性，而要用于定量的精確測(cè)量，由于涉及到的技術(shù)難度很大，以及其它的一些光學(xué)器件技術(shù)問題，莫爾條紋技術(shù)現(xiàn)在一般很少采用。所以在浮法玻璃光學(xué)變形質(zhì)量評(píng)估中，目前國(guó)外也只有美國(guó)的Strainoptic Technologies公司研發(fā)出采用這種測(cè)試方法的測(cè)試設(shè)備，但從該公司的網(wǎng)址上看，此設(shè)備并不是該公司的主推產(chǎn)品，資料也很少。我們經(jīng)過廣泛的資料調(diào)研和與國(guó)外同行的交流，發(fā)現(xiàn)此種設(shè)備并沒有在浮法玻璃光學(xué)變形質(zhì)量評(píng)估中得到廣泛的使用。從這些表面現(xiàn)象來(lái)看，這種技術(shù)未得到廣泛的使用，一定有其技術(shù)上的難點(diǎn)和未克服問題而不能滿足質(zhì)量評(píng)估的需求。
下圖為Strainoptic Technologies公司采用莫爾條紋技術(shù)研制的斑馬角測(cè)試設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖：
1．國(guó)外莫爾條紋斑馬角測(cè)試方法的存在的問題
我們通過對(duì)美國(guó)Strainoptic Technologies公司SD-1900光學(xué)變形測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了仔細(xì)的分析，并做了大量的模擬試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)所采用的方法在軟硬件上存在以下問題：
（1） 在測(cè)試系統(tǒng)中采用了莫爾屏作為投影條紋，并使其投影在探測(cè)系統(tǒng)中的莫爾板上，從而形成干涉條紋，如果被檢玻璃存在光學(xué)變形，那么在莫爾板上所形成的干涉條紋將對(duì)玻璃的光學(xué)變形進(jìn)行放大顯示，然后由CCD鏡頭拍攝下變形圖形，并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理計(jì)算出光學(xué)變形量的大小，由所計(jì)算的光學(xué)變形量的大小，結(jié)合被檢玻璃所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度確定出斑馬角的準(zhǔn)確數(shù)值。雖然這種方法從理論上這是十分可行的，并且采用莫爾條紋技術(shù)可以將用人眼所觀察到的變形量放大十幾到幾十倍，但由于莫爾屏要通過透鏡系統(tǒng)成象在莫爾板上，如果要保證干涉條紋的成象質(zhì)量以便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，這就對(duì)鏡頭系統(tǒng)提出了非常高的要求。而要達(dá)到這樣的鏡頭要求，費(fèi)用將非常昂貴，并且根本無(wú)法保證批量化生產(chǎn)。
（2） 另外，這種方法和結(jié)構(gòu)如果要保證干涉圖形的成象質(zhì)量，還對(duì)莫爾板提出了很高的精度要求。而目前的技術(shù)雖然可以實(shí)現(xiàn)，但也是存在造價(jià)昂貴的問題。
（3） 由于莫爾板內(nèi)的莫爾條紋比較細(xì)，從外觀上看，莫爾板基本上是黑色的，所以為保證干涉圖形有很強(qiáng)的對(duì)比度，以便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，就必須要求莫爾屏有很高的明暗對(duì)比度，而實(shí)際情況是很難達(dá)到，這樣就不得不通過復(fù)雜計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)對(duì)干涉條紋圖形進(jìn)行處理，從而占有大量的測(cè)試時(shí)間，使得測(cè)試周期非常緩慢而在實(shí)際檢驗(yàn)中并無(wú)實(shí)用效果。如果采用提高計(jì)算機(jī)或圖像處理硬件速度的方法，將大大加大測(cè)試設(shè)備的成本。
綜上所述，通過以上的分析可以看出，美國(guó)公司此套斑馬角測(cè)試系統(tǒng)確實(shí)有很大的局限性，如果在實(shí)際檢測(cè)中使用，也只能近距離檢測(cè)小塊玻璃的光學(xué)變形，而此設(shè)備的實(shí)際使用技術(shù)條件也確實(shí)如此。由此可知，其技術(shù)的關(guān)鍵是設(shè)法提高莫爾干涉條紋的成象質(zhì)量。
2．采用虛擬莫爾技術(shù)的斑馬角測(cè)試裝置
通過對(duì)國(guó)外測(cè)試裝置的分析研究，結(jié)合我們?cè)趯?shí)際玻璃質(zhì)量評(píng)估中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，我們提出了采用虛擬莫爾技術(shù)來(lái)作為精確測(cè)試斑馬角的方法。
所謂虛擬莫爾技術(shù)，就是由計(jì)算機(jī)生成虛擬的莫爾板。而從莫爾屏所投來(lái)的條紋圖像與虛擬莫爾板的疊加、干涉和處理都由計(jì)算機(jī)來(lái)完成。而虛擬莫爾技術(shù)在保留了普通莫爾技術(shù)所具有放大光學(xué)變形量的特點(diǎn)基礎(chǔ)上，通過我們對(duì)此項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的突破，使得虛擬莫爾技術(shù)恰恰還具有速度快、精度高和易于自動(dòng)化處理的特點(diǎn)。
將虛擬莫爾技術(shù)應(yīng)用于斑馬角測(cè)試中，其結(jié)構(gòu)就是在以上的國(guó)外測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，去掉鏡頭成象系統(tǒng)和莫爾板，CCD鏡頭直接采集莫爾屏經(jīng)過被檢玻璃后的投影圖像，此投影圖像經(jīng)過計(jì)算機(jī)的莫爾干涉模擬計(jì)算，自動(dòng)得到光學(xué)變形的量值大小。
采用虛擬莫爾技術(shù)，除了此技術(shù)本身所具有的優(yōu)點(diǎn)外，還避免了上面所分析的國(guó)外測(cè)試方法所存在的問題，通過我們獨(dú)立設(shè)計(jì)開發(fā)的算法和軟件，采用普通的數(shù)碼攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，有效的保證了投影條紋的質(zhì)量，在能夠檢測(cè)出條紋微小變形的同時(shí)，還可以保證檢測(cè)的實(shí)時(shí)性。根據(jù)此方案，我們研制出了這種測(cè)試設(shè)備，通過實(shí)際檢測(cè)，目前已經(jīng)能分辨玻璃轉(zhuǎn)動(dòng)0.2度所引起的變形，測(cè)量的重復(fù)性優(yōu)于1度，大大優(yōu)于國(guó)標(biāo)所規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。目前該設(shè)備已在國(guó)家玻璃質(zhì)檢中心和安徽方興科技股份有限公司使用，效果良好。
評(píng)論