[发明专利]一种基于机器视觉的数字化刀口仪检验方法及系统

权利要求书

1.一种基于机器视觉的数字化刀口仪检验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：利用照明装置、成像光路和图像采集单元构成数字化刀口仪成像系统；所述照明装置由卤钨灯、聚光镜和小孔光阑组成；所述数字化刀口仪的成像光路由光源系统、供电电源、分光镜、高精密移动平台、刀口、成像镜头、CCD以及图像采集和处理系统组成；所述图像采集单元是使用CCD相机将成像光路所形成的光学图像转变为数字/视频电信号，图像采集单元由光电转换器、外围电路、输出/控制接口组成；

步骤2：使用数字化刀口仪的运动控制，实现刀口对光斑的精确切割；

步骤3：通过图像采集卡和CCD进行阴影图像的采集；

步骤4：对采集到的阴影图像进行数字化图像处理。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的数字化刀口仪检验方法，其特征在于，所述步骤1包括以下子步骤：

步骤1.1：照明装置卤钨灯光源发出的光经过聚光镜会聚后，将光聚焦在小孔光阑处，构成一个点光源；

步骤1.2：光源照射在分光镜的前表面上，分光镜前表面镀半透半反膜，至少有50%的光经反射面的反射后射出，照亮被测件的表面；

步骤1.3：调整被测光学元件的位置，使点光源位于被测光学元件的焦点位置，刀口与点光源距离分光镜的位置相等，由被测件自准直返回的光经过分光镜折射后会聚于刀口位置，刀口在会聚点处切割光斑时，形成阴影图，成像透镜将阴影图会聚成像与CCD靶面；

步骤1.4：经过图像采集后由计算机对图像进行分析、计算和处理。

3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的数字化刀口仪检验方法，其特征在于，所述步骤1.1包括以下子步骤：

步骤1.1.1：光源作为目测使用，光源亮度要求为肉眼可视即可；

步骤1.1.2：数字化刀口仪光源用于CCD进行图像采集使用，CCD为积分型器件，输出的电流信号和CCD器件光敏面上的照度相关，即待测镜经照明单元照射后，经光学系统成像的像面照度，以I表示CCD输出的电流信号，E表示CCD光敏面的照度，t表示CCD两次取样的间隔时间，则CCD正常工作的范围计算由下面公式所得，

I=KEt=KQ

其中，K表示比例常数；Q=Et，为曝光量，Q的最大上限为饱和曝光度Q_sat，对于光源的最大照E_max度的参数调节要略低于Q_sat/t；

步骤1.1.3：数字化刀口仪采用高稳定度卤钨灯，功率为20W，最大工作电流为4A，使用稳定电源供电，使用时，首先打开稳压电源，将供电压调整到卤钨灯工作电压，同时通过选择不同孔径的小孔，控制照明单元照射到待测镜上的照度，满足大口径待测镜面照明要求和CCD响应照度匹配要求。

4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的数字化刀口仪检验方法，其特征在于，所述步骤2包括如下子步骤：

步骤2.1：数字化刀口仪从几何光学角度出发，精确得到刀口在切割点时镜面不同局部点在两个正交方向上的聚焦位置，与理想位置比较，计算出聚焦光束偏离焦点位置的偏差值；

步骤2.2：由于汇聚光斑的尺寸较小，需要得到刀口切割光斑的过程中光斑从明至暗的逐渐图像及位置，刀口运动需要较高的运动分辨率和定位精度，每一间隔步长，刀口应稳定停止定位，CCD采集刀口在此位置时的阴影图像；

步骤2.3：刀口具备三维定量移动能力，采用三维高精度移动平台控制刀口的三维运动，刀口的基本工作台为二维移动平台，即刀口可以在X，Y屏幕精密平移切割光斑，同时刀口可以沿轴向方向前后移动，寻找切割位置；

步骤2.4：轴向移动要保证刀口前后移动轴与系统的光轴一致，横向和纵向移动刀口使刀口缘与光轴相切，测量时，通过调整待测镜的位置使光斑汇聚到刀口面，同时也可以前后移动刀口，使刀口与光斑相切；

步骤2.5：刀口定位到待测镜的汇聚光斑后通过运动控制装置，沿横向和纵向两个正交方向以一定步长切割光斑，并分别采集两个方向上光斑从全明至全暗的系列图像。