【摘要】：隨著光纖在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用,市場對光纖的需求也越來越高,尤其是具有附加效果的特種光纖。比如在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中經(jīng)常利用光纖制作內(nèi)窺鏡照明從而進(jìn)行復(fù)雜的手術(shù),此時光纖的質(zhì)量將很大程度上影響手術(shù)條件的好壞。通過研究光纖研磨過程中的對光纖質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的自動化檢測可以保證光纖質(zhì)量的同時提高光纖的生產(chǎn)效率,具有重要研究意義。當(dāng)半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光束通過光纖進(jìn)行傳導(dǎo)時,光纖中的模場分布近似為高斯分布。因此可以依據(jù)高斯光束分析方法對光纖的發(fā)散角、偏軸度等質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行檢測。本文針對光纖質(zhì)量參數(shù)的特點,提出基于機器視覺的光纖質(zhì)量參數(shù)檢測方案。從檢測系統(tǒng)的需求功能出發(fā),對檢測系統(tǒng)硬件、圖像處理和參數(shù)提取算法以及檢測系統(tǒng)軟件三個關(guān)鍵部分展開研究與設(shè)計。研究內(nèi)容如下:(1)設(shè)計基于三維平移臺和二維角位臺的五維電控臺實現(xiàn)對光纖入射角度和位置的調(diào)節(jié);實現(xiàn)基于三菱FX3U系列的可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)的電控臺定位控制系統(tǒng);設(shè)計計算機與PLC之間的通信方式和協(xié)議。(2)針對光斑特征參數(shù)的提取,依據(jù)高斯光束的檢測原理,設(shè)計改進(jìn)的加權(quán)重心法提取光斑中心坐標(biāo),以像素灰度值作為加權(quán)值確保光斑中心更加靠近光強中心。針對束寬參數(shù)的提取,提出基于萊特準(zhǔn)則優(yōu)化的光斑曲線擬合法計算光斑束寬,利用萊特準(zhǔn)則的統(tǒng)計原理,剔除光斑圖像中異常的像素點,重新擬合光斑邊緣曲線,實現(xiàn)對光斑束寬的準(zhǔn)確提取。得到光斑參數(shù)后,本文依據(jù)光纖參數(shù)計算原理,參考聚類理論,提出了適用于本課題研究的“類聚類”方法進(jìn)行光纖參數(shù)的提取。經(jīng)過充分測試,此方法可以消除人為的誤差,增加光纖參數(shù)的測量精度。(3)在Windows平臺下,結(jié)合OpenCV視覺庫利用C++語言對檢測系統(tǒng)算法進(jìn)行編程實現(xiàn),利用MFC實現(xiàn)上位機進(jìn)行開發(fā),設(shè)計一套自動化光纖參數(shù)檢測系統(tǒng)。最后對系統(tǒng)的性能和精度進(jìn)行分析和測試,通過評價重復(fù)再現(xiàn)性(Gauge repeatabilityReproducibility,GRR)方法對系統(tǒng)可適用性進(jìn)行了分析。測試結(jié)果表明本文設(shè)計的檢測系統(tǒng)的檢測誤差百分比低于2%,滿足檢測系統(tǒng)的要求。
【圖文】：

圖 2-2 幾種透鏡光纖端口圖示2.2.1 平面光纖對平面光纖制作時，是在光纖的端面研磨（或者燒結(jié)）出一個平整的鏡面，并且要求鏡面必須與光纖主軸垂直，，其結(jié)構(gòu)如圖 2-3 所示。因此從平面光纖的端口出射的高斯激光光束是一個完全對稱的圓錐形光束，其橫截面的光斑形狀是一個圓形光斑。對于平面光纖的檢測與激光光束質(zhì)量參數(shù)極為相似，需要檢測的參數(shù)主要是光纖出射光束的光斑中心、光斑束寬與光束的發(fā)散角。對于 M2因子這一激光光束質(zhì)量參數(shù)，其主要作用是衡量實際光束的發(fā)散性，而光纖端面出射口的發(fā)散角遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通激光光束的發(fā)散角的值。因此對于光纖來講，對其進(jìn)行 M2因子的檢測，得到值往往很大，檢測的實際意義不大。光束傳播方向平面透光纖θ

則可以計算出 rp和 Pr分別滿足：( ) ≥=Δ××=PpixelsmDrrLp16005.92ntanμθη(3-2)本文選擇了德國公司 XIMEA 所生產(chǎn)的 MQ042MG-CM 款型的 CMOS 工業(yè)相機，如圖 3-3 所示。該相機的分辨率為 2048 × 2048，有效感光面積為11. 27mm× 11.27mm，單個像素的尺寸大小為 5 .5μm × 5.5μm，使用 USB3.0 高速接口，帶寬高達(dá) 5Gb/s，傳輸速度達(dá)到 450Mpix/s，而且其功耗僅僅為 0.9W 到1.8W，相機尺寸為 26 mm× 26mm屬于小型低功耗的相機系列，能夠在相對較小得多空間中實現(xiàn)對光纖光束的光斑圖像采集，并且很大程度上減少因為溫度引起的測量誤差，滿足本文對相機的要求。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN253;TP391.41

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本文編號：2695606