[发明专利]一种利用偏振成像测定物体光滑度的方法及装置

说明书

本发明公开了一种利用偏振成像测定物体光滑度的方法及装置，属于光电成像与计算机技术领域。本发明包括：（1）构造偏振成像装置，从目标物体端到成像端，依次包括照明光源、汇聚透镜、旋转架、位于旋转架上的偏振片、相机、控制器，在相机前置入偏振片，偏振片可旋转，旋转架的旋转和相机成像均由控制器控制；（2）构建物体偏振角图与光滑度对应关系数据库，使用控制器控制自动化偏振成像并计算，获取光滑度指标。本发明基于光学成像链路计算一体化思维，面向待测物体，即可实现光滑度或者粗糙度的精确判定。利用光学硬件设计与软件计算相结合，直接面向目标物体，能有效实时地给出光滑度/粗糙度指标等级。

技术领域

本发明涉及光电成像与计算机技术领域，更具体地，涉及一种利用偏振成像测定物体光滑度的方法及装置。

背景技术

现代制造加工工艺不断提升，对各类零件或物体的表面光滑度/粗糙度的测量要求越来越高，一是速度，二是精度，三是成本。光学方法测量光滑度有着长久的历史，尤其是非接触的方式更是研究追求的目标，因为非接触不会损伤物体表面。通常，光学间接测量法又分为有散射法、散斑法、光学触针法、干涉衍射法、光纤传感法等，但基础的思路都是基于反射或者散射的状况来确定表面光滑度或者粗糙度。

典型的测量方法，如散射法测量物体表面光滑度/粗糙度。用一束光经过一柱面透镜，透射光束经过一物镜聚焦为光点，聚焦光点照射在被测表面上。物体表面上被照射着的光点通过物镜成像于一特定位置。当光点与物镜距离(光轴方向)前后变化时，则成像位置也会移动。若从处于中间并垂直于光轴的面上来观察其光束，就可发现光束的直径也随之变化，也就是可以检测光束直径的变化量来判定成像位置。在物镜后面插入一块只能在垂直于光轴的平面上、竖直方向聚焦的柱面透镜，则竖直方向的成像将往前移动，以后光束便发散。由于在垂直于光轴方向的平面上2个垂直方向上(水平方向和竖直方向)成像位置的不同，光束呈椭圆状。光点远离物镜时，则为长轴在竖直方向的椭圆；相反，靠近物镜时，则为长轴在水平方向的椭圆。用光电探测器(四等分光电二极管)作为传感器，光束经光电转换后，再经放大和计算，可获得与被测表面微小变位量相对应的精确输出信号。可参考文献：王政平，张锡芳，张艳娥.表面粗糙度光学测量方法研究进展.传感器与微系统,2007,26(9):4-6.

一般的测量策略就是基于重复操作与后期计算结合的算法，有的需要高级设备与装置，耗时耗力，成本较高，且反射型的思路对于强烈的镜面反射时会出现过曝而难以区分细微光滑度。目前，还没有研究者使用偏振手段直接测量物体的光滑度/粗糙度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用偏振成像测定物体光滑度的方法及装置，再辅助简单的后处理的方法及装置，有效地避免后处理过程中计算时间长，在成像过程中先进行偏振光学信息分析，其基于成像硬件与算法软件计算结合的方式，利用可见光波段偏振片的经济实惠与单片机的控制与简单运算，旨在解决目前的光学非接触测量方法而导致操作复杂、耗时多等问题，实现光滑度/粗糙度测定。

为实现上述目的，本发明提供了一种利用偏振成像测定物体光滑度的方法及装置，主要思路体现为：设计构造自动化偏振成像系统装置(简称偏振成像装置)；构建物体偏振角图与光滑度对应关系数据库；使用自动化偏振成像，基于STM32单片机简单计算，获取光滑度指标。具体如下：

一种利用偏振成像测定物体光滑度的装置，包括相机，从目标物体端到成像端，依次包括照明光源，汇聚透镜，旋转架、位于旋转架上的偏振片、相机、控制器，在相机前置入偏振片，偏振片可旋转，旋转架的旋转和相机成像均由控制器控制。

进一步的，所述的照明光源采用自然光或者其他非偏振光。

进一步的，所述的目标物体、汇聚透镜、偏振片、相机均处于同一光轴上。

一种利用偏振成像测定物体光滑度的方法，包括以下步骤：