[发明专利]一种准确处理单缝衍射图像方法

说明书

本发明公开了一种准确处理单缝衍射图像方法，包括以下步骤：步骤1搭建实验光路，采集衍射图像；步骤2图像定标；步骤3确定衍射图像中心位置；步骤4处理图像数据，计算狭缝宽度，本发明具有测量系统光路设计简单、可行性强、后期维护方便、测量系统成本低廉等显著优点，分析结果可靠，可广泛应用在无接触式测量细丝直径和狭缝宽度等领域。

技术领域

本发明涉及光学图像处理方法，特别涉及一种准确处理单缝衍射图像方法。

背景技术

随着科学技术与工业发展，产品出现小型化、微型化的趋势，对微小尺寸产品的测量也越来越重视，要求测量的精度也越来越高。目前，有许多直径小于0.1mm的细丝，如电子器件中的金属细丝、光学纤维、游丝等，这些细丝的直径若采用接触式机械测量法，即使测力很小也会很容易使细丝形变，产生较大误差；若采用非接触式的光学显微镜来测量，由于光的衍射现象，被测件直径越小，测量误差就越大，然而，用光的衍射法测量确可以达到无接触和高精度测量要求。

单缝宽度与衍射图样的扩展之间存在着反比关系，这种反比关系提供了一种特殊的方法原理，具体说是一种光学变换方法。在工程应用中，单缝实际上是反映了物体的间隔、位移、剖面以及构成温度、折射率等许多物理量的转换器，所以精确测量细丝直径、单缝宽度在工程实践中有着重要的意义。

根据夫琅禾费衍射理论和巴比涅互补原理，当细光束照射在细丝上时，其衍射效应和狭缝一样，即直径为d的细丝产生的衍射图样与宽度为d的狭缝产生的衍射图样相同。在工业生产中，常用激光光源，光路中不需要透镜，不用透镜的激光细丝衍射原理如图1所示，产生暗条纹的条件是：

d sinθ_j＝jλ j＝1,2,3,… (1)

其中，λ为激光光源波长，j为衍射级数，θ为衍射角。

由于

其中c_j为第j级暗条纹的位置，l为细丝到光屏距离，即只需测出第j级暗条纹的位置c_j，细丝到光屏距离l就可以计算出细丝的直径d。由(1)式可知随着暗条纹级数增大，各级暗条纹的sinθ值呈等差数列递增，同时相邻暗条纹的正弦值sinθ的差值等于λ/d，即

sinθ_j+1-sinθ_j＝λ/d j＝1,2,3,… (3)

当θ很小时

根据(4)式，(3)式化为

其中z为相邻暗条纹间距，所以测出细丝到光屏距离l，相邻暗条纹间距z也可以计算出直径d。

通常可以用一般的测高装置测量c_j来测得狭缝或者细丝的直径，此法可以对正在生产加工过程的细丝(如漆包线)直径进行监测，即所谓动态测量，把测试装置安装在加工生产线上，用测量结果控制生产线，使细丝直径实现自动控制。

直接测量条纹间距z的方法很多，常用光电管通过转镜扫描来测量，这种方法使用激光光速照射被测的细丝，产生衍射条纹，让这些条纹通过一个稳速的旋转反射镜，将衍射条纹相继扫描通过狭缝而被放在狭缝后面的光电管所接收，如图2所示，当明条纹相继通过光电管时产生相应的脉冲信号，脉冲的间隔与条纹间距z相对应。

以上两种测量方式对测试装置的感光性能要求高，测量精度一般，同时电路和光路的设计复杂，后期的维修成本也比较高。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明目的是提供一种准确处理单缝衍射图像方法，利用计算机快速、有效处理单缝衍射图像，提高在线监测细丝直径、单缝缝宽的精确度。