基于Mie散射的光学玻璃内部气泡缺陷检测的研究

发布时间：2017-09-17 04:30

  本文关键词：基于Mie散射的光学玻璃内部气泡缺陷检测的研究

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【摘要】：随着科技的进步,精密玻璃元件的应用越来越广泛,对玻璃的质量要求也日益增高。因此,从原理上提高玻璃缺陷的检测精度及速度已经成为一个重要的课题。利用现在的计算机系统实现高精度自动化检测,能够大大提高玻璃缺陷检测的效率,能够节约成本,提高工业收益。本文首先介绍了玻璃缺陷检测技术的原理、现状和研究意义,包括目前几种常用的检测方案,并附有详细的原理描述与图示。为了改进现有检测技术,提高检测深度及检测精度,本文特别针对微米量级的气泡缺陷的Mie散射特性进行了分析。随后本文基于Mie散射的公式并结合实际应用场景,将玻璃内部气泡缺陷散射归类为单次不相关Mie散射,分析得出Mie散射光强与微粒折射率,介质折射率,入射波波长,微粒粒径,散射方向角等因素有关。在实际应用中,会在其他参数确定的基础上反演出未知的参量。在理论分析的基础上,利用时域差分(FDTD Simulations)商业仿真软件对玻璃内部单个微米量级的气泡散射模型进行仿真分析,通过研究特定散射角度范围内的光强分布,利用BP神经网络算法反演计算出了微粒的粒径。最后搭建了实验平台,在白光LED侧面照射后,通过图像处理获取气泡缺陷的二维坐标；随后采用532nm的激光进行正透视背光照射以获取气泡的Mie散射前向散射光,对获取的散射光图像进行线性分环并对获得的光强值进行五点三次平滑处理,利用独立模式的Chahine反演算法计算出气泡的半径值。本文的工作还处于初级阶段,但是从一定程度上可以为玻璃缺陷检测及玻璃内部气泡散射特性的研究提供新的思路及具体的实践方法。
【关键词】：玻璃缺陷检测 气泡 Mie散射 图像处理 反演算法
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ171.1
【目录】：

• 致谢4-6
• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 玻璃缺陷检测的目的及意义10-11
• 1.1.1 工业中玻璃缺陷的种类及危害10-11
• 1.1.2 缺陷检测的意义11
• 1.2 玻璃缺陷检测的国内外研究现状及发展方向分析11-13
• 1.3 现存的问题及本课题研究的目的13-16
• 第2章 基于Mie散射检测气泡缺陷的数学模型16-26
• 2.1 Mie散射16-21
• 2.1.1 Mie散射的基本原理16
• 2.1.2 Mie散射公式及算法16-20
• 2.1.3 Mie散射、瑞利散射及夫琅禾费衍射20-21
• 2.2 玻璃内气泡缺陷模型分析21-22
• 2.2.1 相关散射和不相关散射21
• 2.2.2 单散射和复散射21-22
• 2.3 Mie散射理论模拟单个气泡散射模型22-25
• 2.3.1 散射光强与散射角度的关系23-24
• 2.3.2 散射光强与气泡粒径的关系24-25
• 2.4 小结25-26
• 第3章 玻璃内部缺陷检测的仿真分析26-42
• 3.1 玻璃内部单个气泡缺陷模型的建立26-29
• 3.2 前向散射光光强分析与反演计算29-41
• 3.2.1 BP神经网络算法简介29-33
• 3.2.2 神经网络算法用于气泡缺陷粒径反演的模式设计33-39
• 3.2.3 计算结果及分析39-41
• 3.3 小结41-42
• 第4章 玻璃内部气泡缺陷检测实验及反演计算42-58
• 4.1 气泡缺陷检测装置简介及实验步骤42-49
• 4.1.1 实验装置系统42-43
• 4.1.2 光源系统43-46
• 4.1.3 成像系统46-48
• 4.1.4 实验步骤48-49
• 4.2 图像处理49-51
• 4.2.1 图像预处理49-50
• 4.2.2 气泡缺陷二维坐标获取50-51
• 4.3 反演模型建立51-55
• 4.3.1 气泡Mie散射光强分布的数值计算51-53
• 4.3.2 光能系数矩阵的数值计算53
• 4.3.3 光能列向量的数值计算53-55
• 4.4 粒径反演计算55-57
• 4.4.1 反演算法简介55-56
• 4.4.2 Chahine算法反演结果及分析56-57
• 4.5 小结57-58
• 第5章 总结与展望58-60
• 5.1 论文工作总结58-59
• 5.2 未来展望59-60
• 参考文献60-65
• 硕士期间论文及专利65

【参考文献】

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本文编号：867271