玻璃底片平面度校正装置及方法与流程

本发明涉及玻璃底片扫描成像领域，特别是涉及一种玻璃底片平面度校正装置及方法。

背景技术：

玻璃底片是早期天文观测中的主要成像载体，在现代天文底片数字化过程中，对底片的物理平面度要求非常高。由于底片受重力影响，置于扫面台上的玻璃底片会产生不同程度的弯曲变形，这对于天文底片数字化是有影响的，如在测算星体之间的距离中，底片弯曲会带来附加的误差，因此必须对玻璃底片的弯曲变形进行校正，以提高数字底片扫描过程中的成像结果的准确性。

现有的玻璃弯曲校正装置还不多，玻璃底片的支撑主要有两种方式，一种是通过在底片不同位置添加支架，给弯曲的玻璃底片施加作用力，抵消重力带来的影响；第二种是玻璃底片置于一个平面度高的玻璃支撑台面上，但会造成底片接触摩擦，不利于长期扫描使用。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于电场力调控的玻璃平面度校正装置，可以在不影响玻璃底片光学性能的前提下，使用ccd相机扫描玻璃底片信息的同时，利用电场力对发生弯曲的玻璃底片进行校正，抵偿玻璃底片的受力弯曲，完善扫描结果。

本发明的目的之一在于提供一种玻璃底片平面度校正装置和方法。

本发明提供了一种玻璃底片平面度校正装置，具有这样的特征，包括支架,玻璃底片设置在支架上；电子枪，用于向玻璃底片进行电子轰击；电极阵列单元，包括多个电极、电极基板、两个永磁体、玻璃裙边；以及控制单元，包括调整线圈，其中，支架设置有平台，该平台位于玻璃底片的下方，电极基板设置在平台上，多个电极以阵列的形式排布设置在电极基板上，调整线圈设置在电子枪和电极基板之间且位于电极基板与玻璃底片之间的狭缝前，电子枪用于向玻璃底片底面进行电子轰击，使得玻璃底片带有负电荷，电子枪产生的电子束向玻璃底片下方和电极上方的狭缝中直射，控制单元控制电子束在调整线圈的作用下向上偏转射向玻璃底片的底面，玻璃裙边设置在玻璃底片的四周，用于防止玻璃底片上的负电荷逸散，两个永磁体相对设置在玻璃裙边的外侧，控制单元与电极基板上多个电极分别相连，控制多个电极分别产生负电荷，对玻璃底片产生电场作用力，从而从而实现对由于重力产生弯曲变形的玻璃底片进行校正。

在本发明提供的玻璃底片平面度校正装置中，还可以具有这样的特征：其中，控制单元还包括ccd相机和环形光源，环形光源与相机镜头大小相同并附着在镜头上。

另外，在本发明提供的玻璃底片平面度校正装置中，还可以具有这样的特征：其中，控制单元分别与微小电极相连，并对每一个微小电极施加不同的电压，从而实现对电场力大小的精确调控。

另外，在本发明提供的玻璃底片平面度校正装置中，还可以具有这样的特征：其中，玻璃裙边位于玻璃底片的下部。

另外，在本发明提供的玻璃底片平面度校正装置中，还可以具有这样的特征：其中，电子枪与永磁体处于玻璃底片的不同方位，两个永磁体分别设置在玻璃底片的前后侧，电子枪位于玻璃底片的左侧，两个永磁体相对设置的方向与电子枪的电子束的方向垂直。

另外，在本发明提供的玻璃底片平面度校正装置中，其特征在于，还包括：底片支架，具有滑行导轨，调节滑行导轨，可以放置不同大小的底片。

本发明提供了一种玻璃底片平面度校正方法，包括以下步骤：对校准片进行扫描，录入校准片的平面度弯曲信息；计算调整线圈的工作电压与频率，得到玻璃底片的实时弯曲信息；计算得出合适大小的抵消重力的电场力，得到满足条件得控制电压信息；电子枪发出的电子束在调整线圈的作用下对校准片进行轰击，使得玻璃底片带电；对拍摄得到的图形信息进行图像拼接，显示当前状态下底片的弯曲情况；计算每一块微小电极的理想控制电压，将理想控制电压发送至数据寄存器；重新扫描玻璃底片，评定当前校正结果是否达到校正要求，校正结果不满足要求时，计算新的校正电压数据；当校正结果满足校正要求时，关闭电子枪和调整线圈。

另外，在本发明提供的玻璃底片平面度校正方法中，还可以具有这样的特征：其中，判断校准目标是否达到要求，采用拼接图形信息得到的拼接结果来判断。

发明的作用与效果

传统的玻璃底片弯曲校正装置需要进行接触，通过接触力来抵消使玻璃底片弯曲所受到的重力，以上方式难以适用于非接触或者不能改变玻璃底片平面特性的场合。

本发明采用电子枪产生电子在偏转线圈的控制作用下轰击在玻璃底片的下表面，使得玻璃底片携带负电荷产生电场，并控制多个微小电极带负电荷，利用同种电荷相互排斥的原理，电极对玻璃底片产生电场作用力，从而抵消由于重力带来的弯曲，改善扫描结果。

因为本发明采用非接触电场力对玻璃底片进行弯曲校正，避免了接触式校正方式的缺点，校正效果显著提高。

附图说明

图1是本发明的实施例中玻璃底片平面度校正装置示意图；

图2是本发明的实施例中玻璃底片平面度校正装置侧视示意图；以及

图3是本发明的实施例三中玻璃底片安装结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的玻璃底片平面度校正装置以及方法作具体阐述。

实施例一

玻璃底片平面度校正装置用于对弯曲变形的玻璃底片进行校正，如图1、图2所示，玻璃底片平面度校正装置包括支架21、电子枪1、电极阵列单元以及控制单元。

支架21具有四个直立的腿,玻璃底片dp水平地设置在支架21的上部，通过螺栓18与腿连接。支架21设置有平台20，平台20水平设置在四个直立的腿上，位于玻璃底片dp的下方。

电子枪1用于向玻璃底片dp的底面进行电子轰击，使得玻璃底片dp带有负电荷。

电极阵列单元包括多个微小电极3、电极基板2、两个永磁体6、玻璃裙边19。

控制单元包括调整线圈13。

电极基板2设置在平台20上，微小电极3阵列选用绝缘基板的电极基板2作为底座，电极基板2上布置均匀排布的微小电极3，每一个微小电极3之间都设有绝缘层，并且微小电极3嵌入电极基板2并与电极基板2成为一个整体，防止由于电场力的作用使得微小电极3移位，同时确保对于每一个微小电极3可以进行独立的控制，控制单元分别与每一个微小电极3相连，分别对每一个微小电极3施加不同的电压，来实现对电场力大小的精确调控。

实施例中，多个电极3以矩形阵列的形式排布在电极基板2上。

如图1所示，电子枪1位于玻璃底片dp的侧面，电子枪1的中心位于电极3与玻璃底片dp底面之间，调整线圈13设置在电子枪1和电极基板2之间且位于电极基板2与玻璃底片dp之间的狭缝前，电子枪1产生的电子束向玻璃底片dp下方和电极3上方的狭缝中直射，控制单元控制电子束在调整线圈13的作用下向上偏转射向玻璃底片3的底面。

电子枪1向玻璃底片dp底面进行电子轰击后，使得玻璃底片dp带有负电荷，使玻璃底片dp携带负电荷产生电场，控制单元控制多个微小电极3带负电荷，利用同种电荷相互排斥的原理，大量微小电极3对玻璃底片dp产生电场作用力，从而抵消由于重力带来的弯曲，改善扫描结果。

优选地，控制单元通过控制调整线圈13改变偏转作用力的大小和方向，让电子束通过逐步扫描的工作方式轰击玻璃底片dp，使玻璃底片dp的下底面保持良好的带电性。在控制电子束的方向的同时，还可以对电子束进行二次加速，调整线圈的控制由plc完成，连续工作不间断。当电荷量饱和足以装置工作状况趋于稳定时，plc控制电子枪停止工作，不再产生电子，直至电荷量逸散减少影响装置工作。

当微小电极3阵列与玻璃底片下表面的电子形成的电场之间的作用力无法使得底片弯曲完成校正工作时，控制单元重新启动电子枪1开始工作。

玻璃底片dp由于带电能力较弱，电荷容易逸散，此时需要对电子进行约束，使电子能够稳定的依附于玻璃底片dp上形成电场。通过在玻璃底片dp周围添加一圈绝缘玻璃裙边，对玻璃底片dp上的电荷分布进行控制，防止电荷逸散。

实施例中，玻璃底片dp的四周设置有玻璃裙边19，玻璃裙边19位于玻璃底片dp的下部，用于防止玻璃底片dp上的电荷逸散。

两个永磁体6相对设置在玻璃裙边19的外侧。在玻璃底片dp左右两侧布局永磁体，利用电子在磁场中运动时受到洛伦兹力的原理，进一步防止电子逸散。

如图1所示，电子枪1与永磁体6处于玻璃底片dp的不同方位，两个永磁体6分别设置在玻璃底片dp的前后侧，电子枪1位于玻璃底片dp的左侧，两个永磁体6相对设置的方向与电子枪1的电子束的方向垂直。采用此种布局方式有利于电子在轰击底片时产生洛伦兹力约束电子的运动方向。

控制单元还包括ccd相机5、上位机7、plc8、数据缓冲器9、数据寄存器10、环形光源11、控制总线12、调整线圈控制开关14、电压源15、电流源16。

如图1所示，电流源16的一端与电子枪1连接，另一端接地。

ccd相机5、环形光源11分别与上位机7连接。

数据寄存器10分别与控制总线12和数据缓冲器9连接，plc8一端连接数据缓冲器9，另一端连接上位机7。

调整线圈控制开关14、电压源15的一端连接调整线圈控制开关14，另一端接地。

针对已知玻璃底片dp的弯曲面型，上位机7通过程序计算出玻璃底片dp所需要的控制电场的电压，然后将有效的电压值列表传输给控制单元中的plc8，plc8将当前玻璃底片的控制电压数据存储在8位制寄存器保存，8位缓冲器将控制电压值细分为256个细小级别，实时输出最准确的电压数据到电极基板上的每一块微小电极3，待将有效数据写入每一块微小电极3的电压值寄存器后，微小电极3阵列将产生电荷斥力，开始玻璃底片dp面型的修正工作。

控制总线12将所有设备连接起来作为一个整体，便于各个设备之间的信息交换，上位机7收集系统实时的控制状态，并发送新的控制信息到各设备。

实施例中，使用ccd相机5在玻璃底片dp上方拍摄玻璃底片图像，每次拍摄固定大小的图像，通过多次拍摄得到玻璃底片dp的整体图像，在上位机7中对图像进行拼接，得到玻璃底片dp的弯曲信息。

使用ccd相机5扫描玻璃底片dp时，需要使用照明光源配合相机工作，实施例中采用和相机镜头大小相同的环形光源11附着在镜头上，伴随镜头移动，将玻璃底片规则划分后，ccd相机每次移动固定距离固定大小的玻璃底片图像信息，多次移动拍摄后完成玻璃底片的图像采集，保证每一次相机扫描时，照明光源保持不变，避免不同光照环境对扫描结果的影响，影响图像拼接的准确性，使校正结果产生误差。

将玻璃底片dp按照ccd相机5每次拍摄固定图像大小的能力进行规则划分，便于ccd相机5进行拍摄和后续的图像拼接，ccd相机5的移动方式为从左到右依次逐行拍摄玻璃底片dp的图像信息，同时逐次将拍摄到的图像信息发送给上位机7，在上位机7中进行图像拼接，当玻璃底片dp不受到重力影响时，先使用ccd相机5采集一次玻璃底片平面度信息，在玻璃底片工作时重新采集玻璃底片的平面度信息，通过后续比对两者之间的差异来判断玻璃底片的变形是否超出了要求的最大误差，评价校正之后的校准精度是否达到要求，以及计算校正所需要的的电场力的大小。在上位机7中完成图像拼接后，根据得到的拼接结果计算得到玻璃底片dp的变形程度，从而计算校正玻璃底片dp所需要的作用力，根据电压与电荷量之间的关系控制不同的微小电极3的电压值产生需要的电场力，同时根据玻璃底片不同位置受到的电场力精确计算每一块微小电极3的最佳电压值，然后将每一块微小电极的最佳电压数据发送至plc8，plc8通过控制总线12将电压数据传输至每一块微小电极3，完成一次调节，微小电极3控制端的数据缓冲器9和数据寄存器10会保存最新一次的控制电压值，然后开始新一轮的扫描，根据新的扫描结果拼接图像，判断是否达到校正要求，如果还未达到校正要求，重复上述过程直到达到预期精度要求。

相比于传统的校正装置，接触校正的结果精度低，应用范围小，而使用ccd相机从光学角度进行校正结果评估，有利于提高校正结果精准度。

玻璃底片平面度校正方法包括以下步骤：

校正装置准备工作：

系统上电开始工作后，ccd相机5开始对玻璃底片进行扫描，录入玻璃底片的平面度弯曲信息，ccd相机5工作时环形光源11同步配合工作，通过上位机7计算调整线圈13的工作电压与频率，完成信息采集后得到玻璃底片的实时弯曲信息，计算得出合适大小的电场力，抵消重力带来的玻璃底片弯曲现象，从而得到满足条件得控制电压信息，然后将控制数据发送至plc8，plc8通过调整线圈控制开关14改变调整线圈13的工作状态，调整线圈控制开关14有三个接口，其中一个接口选择本开关是否导通，另外一路输入输出接口对调整线圈进行控制，其内部包含有多路输出，可以同时对调整线圈13进行多重调控，以改变电子束的偏转方向，同时可以根据需要对电子束继续加速，电子枪1发出的电子束在调整线圈13的作用下对玻璃底片进行轰击，在电子枪完成一次扫描工作后，玻璃底片产生带电性，校正装置相关准备工作完成。

图像拼接：

同时在上位机7对ccd相机5拍摄得到的图形信息进行图像拼接，显示当前状态下底片的弯曲情况，计算每一块微小电极3的理想控制电压，将理想控制电压发送至plc8，plc8将数据写入数据缓冲器9和数据寄存器10，数据寄存器10保持每一块微小电极3的理想控制电压，直至进行下一次数据写入。

评定校正结果：

ccd相机重新扫描玻璃底片，评定当前校正结果是否达到校正要求，校正结果不满足要求时，计算新的校正电压数据，重复上述写入过程，

当校正结果满足校正要求时，关闭电子枪1和调整线圈13，校准目标达到，判断是否达到要求，由ccd相机5拍摄得到的图形信息，经过拼接后得到的拼接结果来判断。

实施例二

本实施例的结构与实施例一相同，只是采用校准片来代替玻璃底片进行预校准。为了避免采集玻璃底片图像信息过程中对于玻璃底片的磨损，使用校准片替代玻璃底片完成信息采集工作，在校正系统中放置一块与待校正玻璃底片一致的校准片，将校准片按照ccd相机每次拍摄固定图像大小的能力进行规则划分，便于ccd相机进行拍摄和后续的图像拼接，拍摄和后续的图像拼接方式与实施例一相同。根据拼接图像，判断是否达到校正要求，如果还未达到校正要求，重复上述过程直到达到要求，当满足达到校正要求，记录保存当前的电压值数据，然后取下校准片，放置玻璃底片，重新开启电子枪1和调整线圈13，对玻璃底片进行校正，校正完成后，ccd相机重新扫描一次，确保当前校正结果达到要求。对于不同的玻璃底片有不同的进度要求，当完成校准后的弯曲程度满足当前底片的最小精度要求误差时，校准目标达到，判断是否达到要求，由ccd相机拍摄得到的图形信息，经过拼接后得到的拼接结果来判断。

实施例三

本实施例的其它结构与实施例一相同，只是增加了底片支架。

根据不同玻璃底片的大小制造不同大小的底片支架，满足各类大小形状不同的玻璃底片的弯曲校正。针对不同的玻璃底片，可以通过调节底片支架上的滑行导轨，选择适合当前玻璃底片的固定方式，将玻璃底片在滑行导轨上固定后，再将底片支架整体固定在底座上，方便后续ccd相机进行拍摄采集图像信息。

如图3所示，玻璃底片或校准片通过底片固定螺栓25固定在滑行导轨24上，底片支架紧固螺栓22将底片支架21固定在底座上，底片支架21的另一半通过滑行导轨固定螺栓23与滑行导轨24连接，根据需求调节滑行导轨24可以放置不同大小的底片。

实施例的作用与效果

本实施例采用电子枪产生电子在偏转线圈的控制作用下轰击在玻璃底片的下表面，使得玻璃底片携带负电荷产生电场，并控制多个微小电极带负电荷，利用同种电荷相互排斥的原理，电极对玻璃底片产生电场作用力，从而抵消由于重力带来的弯曲，改善扫描结果。

本实施例采用非接触电场力对玻璃底片进行弯曲校正，避免了接触式校正方式的缺点，校正效果显著提高。

另外，采用ccd相机从光学角度评测校正结果，检测精度更高，校正结果精准程度同步提升。

进一步地，采用环形光源作为ccd相机的工作光源，减小由于光场不均匀造成的扫描误差。

进一步地，采用校准片替代玻璃底片完成参数计算，避免损伤玻璃底片，同时保存的标准数据可以建立数据库，随时取用。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。