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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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。
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