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基于光热辐射成像的玻璃胶接缺陷检测技术研究

作　者: 吴宗明
导　师: 范天泉; 杨伟
学　校: 中国科学院研究生院（光电技术研究所）
专　业: 光学工程
关键词: 光学检测 光热辐射 胶接缺陷 红外成像
分类号: TH743
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 6次
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内容摘要


蜂窝镜是最理想的轻量化反射镜结构，在未来空间望远镜主镜研制中具有重要应用前景。在蜂窝镜的研制过程中，蜂窝夹层和前后面板玻璃材料的胶接过程是决定蜂窝镜质量的重要工艺过程，现阶段完善评价胶接质量还有较大困难，特别是胶接缺陷包括的间隙型缺陷和胶接材料均匀性，它会直接影响蜂窝镜面形加工的有效性和稳定性，从而最终影响系统成像像质。本文就是对影响胶接质量的胶接缺陷进行定量检测方法探索研究。目前，针对蜂窝镜胶接缺陷的检测传统的方法主要有人工法、超声C扫描法和可见光成像法，传统方法主要的不足之处在于缺陷尺寸测量精度不高、难以深入缺陷内部和不能在胶接后进行快速测量。本课题提出将光热辐射技术运用到蜂窝镜玻璃胶接缺陷检测中，把前后面板当成选择透射波段的透射“窗口”，把胶层作为选择吸收后发射波段的辐射“热源”，通过选择合适波段的光源，使其能透过前后面板，对胶层进行加热，采用红外探测器对胶层部分进行温升时域图象变化的测量，从而实现对胶接缺陷不均匀性和间隙的检测。本文在分析光热辐射检测技术基本原理的基础上，建立了针对蜂窝镜光热辐射成像的玻璃胶接缺陷检测数学模型，运用matlab自编写的软件对影响检测结果的因素的进行了分析，采用ansys软件对缺陷部位传热方式进行了有限元分析。通过理论分析和实验研究，对光热辐射成像检测技术用于检测蜂窝玻璃胶接缺陷进行了初步的探索性研究，同时也取得了有意义的研究成果。由于该技术还处于探索研究阶段，其理论分析和实验研究都需要进一步深入开展研究工作，特别是对红外光源强度、均匀性和红外探测器精度等实验条件要求较高，课题的工程化应用有待进一步验证。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章 绪论  9-16
  1.1 课题背景及意义  9
  1.2 玻璃胶接缺陷检测技术综述  9-13
    1.2.1 超声 C 扫描法  10-12
    1.2.2 可见光成像法  12-13
  1.3 光热辐射成像技术  13-14
  1.4 论文组织安排  14-16
第二章 光热辐射成像的玻璃胶接缺陷检测原理  16-31
  2.1 检测系统相关理论  16-23
    2.1.1 红外辐射基本理论  16-20
    2.1.2 实际物体的红外辐射定律  20-22
    2.1.3 光热辐射技术  22-23
  2.2 检测原理  23-24
  2.3 胶接缺陷检测数学模型  24-30
    2.3.1 激励光透过玻璃层  24-25
    2.3.2 胶层光热辐射  25-29
    2.3.3 热辐射信号接收  29-30
  2.4 本章小结  30-31
第三章 基于光热辐射成像的缺陷检测仿真分析  31-45
  3.1 影响检测结果准确性的因素分析  31-35
    3.1.1 胶层厚度对检测结果的影响  32-33
    3.1.2 厚度线性归一化系数对检测结果的影响  33-34
    3.1.3 热源对检测结果影响  34-35
    3.1.4 影响检测结果因素总结  35
  3.2 胶层缺陷检测有限元热分析  35-43
    3.2.1 有限元热分析简介  35-36
    3.2.2 有限元分析的传热学基础  36-38
    3.2.3 热传导方程的有限元解法  38-39
    3.2.4 基于 ANSYS 的缺陷检测有限元分析  39-43
  3.3 本章小结  43-45
第四章 实验及结果分析  45-54
  4.1 实验准备  45-46
  4.2 实验步骤  46-47
  4.3 实验结果及温差时域分析  47-53
    4.3.1 实验结果  47-48
    4.3.2 实验结果温差时域分析  48-52
    4.3.3 实验结果分析小结  52-53
  4.4 本章小结  53-54
第五章 光热辐射成像图像处理  54-62
  5.1 空间域图像增强  54-58
    5.1.1 图像亮度变换  55-56
    5.1.2 直方图均衡化  56-57
    5.1.3 空间滤波  57-58
  5.2 形态学图像处理  58-59
  5.3 缺陷边缘检测  59-60
  5.4 缺陷定量分析原理  60-61
  5.5 本章小结  61-62
第六章 总结  62-64
参考文献  64-66
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果  66

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 光学仪器 > 望远镜
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