基于计算机图像识别的光学棱镜制造控制方法

1.本发明涉及光学棱镜加工的技术领域，特别涉及基于计算机图像识别的光学棱镜制造控制方法。


背景技术：

2.光学棱镜用于对光线分束或者偏转，其通常由若干光学平板拼接组装形成。光学棱镜中不同光学平板之间的相对组装方位以及光学平板自身光学表面的光滑程度，直接影响光学棱镜的光学性能。目前，光学棱镜的加工制造都是通过数控机床来操作。虽然数控机床能够实现光学棱镜的流水线化生产以及提高光学棱镜的加工生产效率，其无法在加工生产过程中实时检测光学棱镜中不同光学平板的组装缺陷和表面加工缺陷，从而无法对光学棱镜进行实时的品质监控以及不能有效提高光学棱镜的生产良品率。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的缺陷，本发明提供基于计算机图像识别的光学棱镜制造控制方法，其将光学玻璃件激光切割形成光学胚体，以及将光学胚体抛光研磨形成光学平板件；再将若干光学平板件进行拼接组装得到光学棱镜，拍摄与分析光学棱镜图像，判断光学棱镜是否存在组装缺陷和表面加工缺陷以及对光学平板件进行更换；当完成光学平板件的更换后，将光学棱镜的所有光学平板件进行粘结固定，以及将光学棱镜安装到光学设备中进行光路对准调整，这样能够在生产制造过程中对光学棱镜实时进行品质监控，及时对存在缺陷的光学棱镜进行光学平板件的更换，从而提高光学棱镜的生产良品率和加工生产可靠性与效率。
4.本发明提供基于计算机图像识别的光学棱镜制造控制方法，其包括如下步骤：
5.步骤s1，对光学玻璃件进行激光切割，获得预定形状尺寸的光学胚体；再将所述光学胚体安装于六自由度设备中，对所述光学胚体进行抛光研磨，以获得光学平板件；
6.步骤s2，将若干光学平板件进行拼接组装得到光学棱镜，并对所述光学棱镜进行拍摄，得到光学棱镜图像；分析所述光学棱镜图像，判断所述光学棱镜是否存在组装缺陷和表面加工缺陷；再根据所述判断结果，对相应的光学平板件进行更换；
7.步骤s3，当完成光学平板件的更换后，将所述光学棱镜的所有光学平板件进行粘结固定；再将所述光学棱镜安装到光学设备中进行光路对准调整。
8.进一步，在所述步骤s1中，对光学玻璃件进行激光切割，获得预定形状尺寸的光学胚体具体包括：
9.将光学玻璃件固定于光学平台上，获取光学玻璃件在三维空间的x轴、y轴、z轴上的原始形状尺寸；
10.将所述预定形状尺寸与所述原始形状尺寸进行比对，确定对光学玻璃件进行激光切割对应的切割体积量；
11.根据所述切割体积量在三维空间的x轴、y轴、z轴上的切割长度和切割边界线走
向，调整切割激光束对所述光学玻璃件的照射持续时间和照射方向。
12.进一步，在所述步骤s1中，将所述光学胚体安装于六自由度设备中，对所述光学胚体进行抛光研磨，以获得光学平板件具体包括：
13.将所述光学胚体安装于六自由度设备中，根据所述光学胚体与抛光研磨头之间的相对位姿关系，确定所述光学胚体的待抛光光学表面与抛光研磨头之间的对准偏差角；
14.根据所述对准偏差角，指示所述六自由度设备调整所述光学胚体的六自由度朝向，使调整后的对准偏差角在预设偏差角阈值范围内，从而对所述光学胚体进行抛光研磨，以获得光学平板件。
15.进一步，在所述步骤s2中，将若干光学平板件进行拼接组装得到光学棱镜，并对所述光学棱镜进行拍摄，得到光学棱镜图像具体包括：
16.按照预设光学棱镜形状模型，将若干光学平板件以两两不平行的方式拼接组装得到光学棱镜；
17.对所述光学棱镜进行扫描拍摄，得到光学棱镜全景图像，再对所述光学棱镜全景图像进行卡尔曼滤波处理和像素边缘锐化处理。
18.进一步，在所述步骤s2中，分析所述光学棱镜图像，判断所述光学棱镜是否存在组装缺陷和表面加工缺陷；再根据所述判断结果，对相应的光学平板件进行更换具体包括：
19.从所述光学棱镜全景图像识别得到所述光学棱镜的主截面图像，分析所述主截面图像，判断所述光学棱镜的光学平板件之间是否存在组装缺陷；
20.从所述光学棱镜全景图像中识别得到所述光学棱镜的侧面对应光线入射状态和光线出射状态，再根据所述光线入射状态和所述光线出射状态，判断所述光学棱镜的侧面是否存在表面加工缺陷；
21.根据所述组装缺陷和所述表面加工缺陷的判断结果确定是否需要，对相应的光学平板件进行更换。
22.进一步，在所述步骤s2中，从所述光学棱镜全景图像识别得到所述光学棱镜的主截面图像，分析所述主截面图像，判断所述光学棱镜的光学平板件之间是否存在组装缺陷具体包括：
23.以所述光学棱镜全景图像的左下顶点为坐标原点，下边界向右为x轴，左边界向上为y轴建立平面直角坐标系，且x轴和y轴上的单位长度分别对应于所述光学棱镜全景图像相邻两个横向像素点之间的距离以及相邻两个纵向像素点之间的距离；
24.利用下面公式(1)，根据所述主截面图像中每个顶点坐标，判断光学棱镜的光学平板件之间在光学棱镜侧面上是否存在组装缺陷，
[0025][0026]
在上述公式(1)中，s(i)表示所述主截面图像中的第i个侧面图像的长度值；[x(i)，y(i)]表示所述主截面图像中的第i个侧面与第i-1个侧面的相交顶点的坐标，若i＝1，则为第1个侧面与第n个侧面的相交顶点坐标；n表示光学棱镜的侧面个数，即光学棱镜为n棱镜；w(i)表示光学棱镜的光学平板件之间在光学棱镜第i个侧面的组装缺陷判定值；表示将i的值从1取到n求取得到的众数；
[0027]
若w(i)＝0，则表示光学棱镜的光学平板件之间在光学棱镜第i个侧面上不存在组
装缺陷；
[0028]
若w(i)＝1，则表示光学棱镜的光学平板件之间在光学棱镜第i个侧面上存在组装缺陷；
[0029]
在所述步骤s2中，根据所述光线入射状态和所述光线出射状态，判断所述光学棱镜的侧面是否存在表面加工缺陷具体包括：
[0030]
利用下面公式(2)，根据所述光线入射状态和所述光线出射状态，判断所述光学棱镜的侧面是否存在表面加工缺陷，
[0031][0032]
在上述公式(2)中，p(i)表示光学棱镜的第i个侧面的表面加工缺陷判定值；[x
in
(i)，y
in
(i)]表示光线从光学棱镜的第i个侧面入射时对应的入射光方向向量；[x
out
(i
′
)，y
out
(i
′
)]表示光线从光学棱镜的第i个侧面入射时对应的出射光方向向量；[x
out
(i)，y
out
(i)]表示光线从光学棱镜的第i个侧面出射时的射出光方向向量；[x
in
(i
″
)，y
in
(i
″
)]表示光线从光学棱镜的第i个侧面出射时对应的入射光方向向量；θ0表示预设光线入射到正n光学棱镜后相应的入射方向与出射方向偏折角；∧表示逻辑关系与；∨表示逻辑关系或；
[0033]
若p(i)＝0，则表示所述光学棱镜的第i个侧面不存在表面加工缺陷；
[0034]
若p(i)＝1，则表示所述光学棱镜的第i个侧面存在表面加工缺陷；
[0035]
在所述步骤s2中，根据所述组装缺陷和所述表面加工缺陷的判断结果，确定是否需要对相应的光学平板件进行更换具体包括：
[0036]
利用下面公式(3)，根据所述组装缺陷和所述表面加工缺陷的判断结果，确定是否需要对相应的光学平板件进行更换，
[0037][0038]
在上述公式(3)中，k表示光学棱镜的光学平板件的更换判定值；当k＝0，则表示不需要对光学棱镜的光学平板件进行更换；当k＝1，则表示需要对光学棱镜的光学平板件进行更换，并将光学棱镜中侧面满足[w(i)+p(i)]≠0的所有光学平板件进行更换。
[0039]
进一步，在所述步骤s3中，当完成光学平板件的更换后，将所述光学棱镜的所有光学平板件进行粘结固定具体包括：
[0040]
当完成光学平板件的更换后，将所述光学棱镜中所有相邻的光学平板件沿着对应的相接边界线进行对准，再对所述相接边界线施加粘结剂，从而实现相邻光学平板件的粘结固定。
[0041]
进一步，在所述步骤s3中，将所述光学棱镜安装到光学设备中进行光路对准调整具体包括：
[0042]
将所述光学棱镜安装到光学设备后，调整所述光学棱镜在所述光学设备内部的位姿朝向，从而使所述光学棱镜的主光轴与所述光学设备的光轴相重合。
[0043]
相比于现有技术，该基于计算机图像识别的光学棱镜制造控制方法将光学玻璃件激光切割形成光学胚体，以及将光学胚体抛光研磨形成光学平板件；再将若干光学平板件进行拼接组装得到光学棱镜，拍摄与分析光学棱镜图像，判断光学棱镜是否存在组装缺陷和表面加工缺陷以及对光学平板件进行更换；当完成光学平板件的更换后，将光学棱镜的
所有光学平板件进行粘结固定，以及将光学棱镜安装到光学设备中进行光路对准调整，这样能够在生产制造过程中对光学棱镜实时进行品质监控，及时对存在缺陷的光学棱镜进行光学平板件的更换，从而提高光学棱镜的生产良品率和加工生产可靠性与效率。
[0044]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0045]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0046]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0047]
图1为本发明提供的基于计算机图像识别的光学棱镜制造控制方法的流程示意图。
具体实施方式
[0048]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0049]
参阅图1，为本发明实施例提供的基于计算机图像识别的光学棱镜制造控制方法的流程示意图。该基于计算机图像识别的光学棱镜制造控制方法包括如下步骤：
[0050]
步骤s1，对光学玻璃件进行激光切割，获得预定形状尺寸的光学胚体；再将该光学胚体安装于六自由度设备中，对该光学胚体进行抛光研磨，以获得光学平板件；
[0051]
步骤s2，将若干光学平板件进行拼接组装得到光学棱镜，并对该光学棱镜进行拍摄，得到光学棱镜图像；分析该光学棱镜图像，判断该光学棱镜是否存在组装缺陷和表面加工缺陷；再根据该判断结果，对相应的光学平板件进行更换；
[0052]
步骤s3，当完成光学平板件的更换后，将该光学棱镜的所有光学平板件进行粘结固定；再将该光学棱镜安装到光学设备中进行光路对准调整。
[0053]
上述技术方案的有益效果为：该基于计算机图像识别的光学棱镜制造控制方法，其将光学玻璃件激光切割形成光学胚体，以及将光学胚体抛光研磨形成光学平板件；再将若干光学平板件进行拼接组装得到光学棱镜，拍摄与分析光学棱镜图像，判断光学棱镜是否存在组装缺陷和表面加工缺陷以及对光学平板件进行更换；当完成光学平板件的更换后，将光学棱镜的所有光学平板件进行粘结固定，以及将光学棱镜安装到光学设备中进行光路对准调整，这样能够在生产制造过程中对光学棱镜实时进行品质监控，及时对存在缺陷的光学棱镜进行光学平板件的更换，从而提高光学棱镜的生产良品率和加工生产可靠性与效率。
[0054]
优选地，在该步骤s1中，对光学玻璃件进行激光切割，获得预定形状尺寸的光学胚
体具体包括：
[0055]
将光学玻璃件固定于光学平台上，获取光学玻璃件在三维空间的x轴、y轴、z轴上的原始形状尺寸；
[0056]
将该预定形状尺寸与该原始形状尺寸进行比对，确定对光学玻璃件进行激光切割对应的切割体积量；
[0057]
根据该切割体积量在三维空间的x轴、y轴、z轴上的切割长度和切割边界线走向，调整切割激光束对该光学玻璃件的照射持续时间和照射方向。
[0058]
上述技术方案的有益效果为：光学棱镜通常是由若干光学平板件相互拼接组装形成的，而光学平板件通常为长方体状的光学玻璃。为了制作预定形状尺寸的光学平板件，需要对光学玻璃件进行激光切割的粗加工。在激光切割过程中，通过先确定该预定形状尺寸与该原始形状尺寸之间的形状尺寸差量，得到对光学玻璃件进行激光切割对应的切割体积量，这样可便于对光学玻璃件进行精确的激光切割。此外，根据该切割体积量在三维空间的x轴、y轴、z轴上的切割长度和切割边界线走向，调整切割激光束对该光学玻璃件的照射持续时间和照射方向，可保证在激光切割过程中沿着切割边界线控制激光束进行汇聚切割，从而大大降低激光切割的切割误差率。
[0059]
优选地，在该步骤s1中，将该光学胚体安装于六自由度设备中，对该光学胚体进行抛光研磨，以获得光学平板件具体包括：
[0060]
将该光学胚体安装于六自由度设备中，根据该光学胚体与抛光研磨头之间的相对位姿关系，确定该光学胚体的待抛光光学表面与抛光研磨头之间的对准偏差角；
[0061]
根据该对准偏差角，指示该六自由度设备调整该光学胚体的六自由度朝向，使调整后的对准偏差角在预设偏差角阈值范围内，从而对该光学胚体进行抛光研磨，以获得光学平板件。
[0062]
上述技术方案的有益效果为：将激光切割得到的光学胚体安装于六自由度设备中，通过六自由度设备能够根据光学胚体的不同待抛光光学表面的法线方向与抛光研磨头之间的对准偏差角，实时调整两者的相对位姿关系，以确保抛光研磨头在抛光研磨过程中始终保持与待抛光光学表面的法线方向相平行的朝向进行抛光研磨。
[0063]
优选地，在该步骤s2中，将若干光学平板件进行拼接组装得到光学棱镜，并对该光学棱镜进行拍摄，得到光学棱镜图像具体包括：
[0064]
按照预设光学棱镜形状模型，将若干光学平板件以两两不平行的方式拼接组装得到光学棱镜；
[0065]
对该光学棱镜进行扫描拍摄，得到光学棱镜全景图像，再对该光学棱镜全景图像进行卡尔曼滤波处理和像素边缘锐化处理。
[0066]
上述技术方案的有益效果为：当按照预设光学棱镜形状模型，将若干光学平板件进行拼接组装，初步得到相应的光学棱镜；再对光学棱镜进行扫描拍摄得到的光学棱镜全景图像进行卡尔曼滤波处理和像素边缘锐化处理，可提高光学棱镜全景图像中光学棱镜的侧面、侧面相交边界线以及棱镜顶点对应的像素分辨率。
[0067]
优选地，在该步骤s2中，分析该光学棱镜图像，判断该光学棱镜是否存在组装缺陷和表面加工缺陷；再根据该判断结果，对相应的光学平板件进行更换具体包括：
[0068]
从该光学棱镜全景图像识别得到该光学棱镜的主截面图像，分析该主截面图像，
判断该光学棱镜的光学平板件之间是否存在组装缺陷；
[0069]
从该光学棱镜全景图像中识别得到该光学棱镜的侧面对应光线入射状态和光线出射状态，再根据该光线入射状态和该光线出射状态，判断该光学棱镜的侧面是否存在表面加工缺陷；
[0070]
根据该组装缺陷和该表面加工缺陷的判断结果确定是否需要，对相应的光学平板件进行更换。
[0071]
上述技术方案的有益效果为：从光学棱镜全景图像中识别得到光学棱镜的主截面图像，该主截面图像包含光学棱镜的各个侧面相互之间的接合细节信息，分析该主截面图像，可准确判断不同光学平板件之间的组装是否发生错位。从该光学棱镜全景图像中识别得到光学棱镜的侧面对应的光线入射与出射状态，可确定每个光学平板件的光学面是否被抛光研磨到标准光学表面状态。最后，当确定光学棱镜存在组装缺陷和表面加工缺陷时，对相应的光学平板件进行更换，可有效保证光学棱镜的加工制作良品率。
[0072]
优选地，在该步骤s2中，从该光学棱镜全景图像识别得到该光学棱镜的主截面图像，分析该主截面图像，判断该光学棱镜的光学平板件之间是否存在组装缺陷具体包括：
[0073]
以该光学棱镜全景图像的左下顶点为坐标原点，下边界向右为x轴，左边界向上为y轴建立平面直角坐标系，且x轴和y轴上的单位长度分别对应于该光学棱镜全景图像相邻两个横向像素点之间的距离以及相邻两个纵向像素点之间的距离；
[0074]
利用下面公式(1)，根据该主截面图像中每个顶点坐标，判断光学棱镜的光学平板件之间在光学棱镜侧面上是否存在组装缺陷，
[0075][0076]
在上述公式(1)中，s(i)表示该主截面图像中的第i个侧面图像的长度值；[x(i)，y(i)]表示该主截面图像中的第i个侧面与第i-1个侧面的相交顶点的坐标，若i＝1，则为第1个侧面与第n个侧面的相交顶点坐标；n表示光学棱镜的侧面个数，即光学棱镜为n棱镜；w(i)表示光学棱镜的光学平板件之间在光学棱镜第i个侧面的组装缺陷判定值；表示将i的值从1取到n求取得到的众数；
[0077]
若w(i)＝0，则表示光学棱镜的光学平板件之间在光学棱镜第i个侧面上不存在组装缺陷；
[0078]
若w(i)＝1，则表示光学棱镜的光学平板件之间在光学棱镜第i个侧面上存在组装缺陷；
[0079]
在该步骤s2中，根据该光线入射状态和该光线出射状态，判断该光学棱镜的侧面是否存在表面加工缺陷具体包括：
[0080]
利用下面公式(2)，根据该光线入射状态和该光线出射状态，判断该光学棱镜的侧面是否存在表面加工缺陷，
[0081][0082]
在上述公式(2)中，p(i)表示光学棱镜的第i个侧面的表面加工缺陷判定值；[x
in
(i)，y
in
(i)]表示光线从光学棱镜的第i个侧面入射时对应的入射光方向向量；[x
out
(i
′
)，yout
(i
′
)]表示光线从光学棱镜的第i个侧面入射时对应的出射光方向向量；[x
out
(i)，y
out
(i)]表示光线从光学棱镜的第i个侧面出射时的射出光方向向量；[x
in
(i
″
)，y
in
(i
″
)]表示光线从光学棱镜的第i个侧面出射时对应的入射光方向向量；θ0表示预设光线入射到正n光学棱镜后相应的入射方向与出射方向偏折角；∧表示逻辑关系与；∨表示逻辑关系或；
[0083]
若p(i)＝0，则表示该光学棱镜的第i个侧面不存在表面加工缺陷；
[0084]
若p(i)＝1，则表示该光学棱镜的第i个侧面存在表面加工缺陷；
[0085]
在该步骤s2中，根据该组装缺陷和该表面加工缺陷的判断结果，确定是否需要对相应的光学平板件进行更换具体包括：
[0086]
利用下面公式(3)，根据该组装缺陷和该表面加工缺陷的判断结果，确定是否需要对相应的光学平板件进行更换，
[0087][0088]
在上述公式(3)中，k表示光学棱镜的光学平板件的更换判定值；当k＝0，则表示不需要对光学棱镜的光学平板件进行更换；当k＝1，则表示需要对光学棱镜的光学平板件进行更换，并将光学棱镜中侧面满足[w(i)+p(i)]≠0的所有光学平板件进行更换。
[0089]
上述技术方案的有益效果为：利用上述公式(1)该主截面图像中每个顶点坐标，判断光学棱镜的光学平板件之间在光学棱镜侧面上是否存在组装缺陷，进而利用每个光学棱镜侧面的顶点将光学棱镜的主截面抽象为n边形，既便于对光学棱镜的判断以及计算，又能对存在组装缺陷的侧面进行准确定位；然后利用上述公式(2)根据光线在每一个侧面射入以及对应射出的光线图像判断光学棱镜侧面是否存在工艺缺陷，进而根据光线在棱镜中的折射原理来对光学棱镜进行检验，并且通过图像中光线向量的形式进行运算，即能将光线几何化数字化，又能准确快速的利用计算机来判定光学棱镜侧面的工艺缺陷，从而减小光学棱镜生产的时间，提高生成效率；最后利用上述公式(3)根据组装缺陷判定值以及工艺缺陷判定值确定光学棱镜是否制造成功或对存在组装缺陷和工艺缺陷的光学平板件进行更换，从而对检测合格的光学棱镜进行控制输出，并对存在缺陷的光学棱镜进行有针对性的光学平板件修复，进而确保生产输出的光学棱镜都是标准的合格的。
[0090]
优选地，在该步骤s3中，当完成光学平板件的更换后，将该光学棱镜的所有光学平板件进行粘结固定具体包括：
[0091]
当完成光学平板件的更换后，将该光学棱镜中所有相邻的光学平板件沿着对应的相接边界线进行对准，再对该相接边界线施加粘结剂，从而实现相邻光学平板件的粘结固定。
[0092]
上述技术方案的有益效果为：当完成光学平板件的更换后，利用粘结剂对光学棱镜中任意相邻的光学平板件进行粘结固定，从而提高光学棱镜整体的机械稳固性。
[0093]
优选地，在该步骤s3中，将该光学棱镜安装到光学设备中进行光路对准调整具体包括：
[0094]
将该光学棱镜安装到光学设备后，调整该光学棱镜在该光学设备内部的位姿朝向，从而使该光学棱镜的主光轴与该光学设备的光轴相重合。
[0095]
上述技术方案的有益效果为：将光学棱镜安装到光学设备后，调整光学棱镜在光学设备内部的位姿朝向，这样能够使光学棱镜的主光轴与光学设备的光轴相重合，从而避
免光学棱镜与光学设备之间存在光轴对准偏差而导致光学设备的成像质量下降。
[0096]
从上述实施例的内容可知，该基于图像识别的光学棱镜制造控制方法将光学玻璃件激光切割形成光学胚体，以及将光学胚体抛光研磨形成光学平板件；再将若干光学平板件进行拼接组装得到光学棱镜，拍摄与分析光学棱镜图像，判断光学棱镜是否存在组装缺陷和表面加工缺陷以及对光学平板件进行更换；当完成光学平板件的更换后，将光学棱镜的所有光学平板件进行粘结固定，以及将光学棱镜安装到光学设备中进行光路对准调整，这样能够在生产制造过程中对光学棱镜实时进行品质监控，及时对存在缺陷的光学棱镜进行光学平板件的更换，从而提高光学棱镜的生产良品率和加工生产可靠性与效率。
[0097]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。