氘灯扣背景原理

最近，我公司完成千岛湖背景站的大气气溶胶在线有机碳/元素碳分析仪的安装服务。 相关知识介绍: 大气气溶胶中2.5微米以下粒子中有机碳元素碳一般在空气总粒子占比达到30-70%,是严重危害人体健康的有效危害成份,研究证明:其危害程度甚至超过吸烟 的危害. 大气污染物中元素碳/有机碳的直接连续含量测量,可以轻易剔除很容易造成数据失真的空气中水份等无伤害数值，直接评价大气中有机物和碳类无机物污染真实状态和对生物伤害程度. 大气气溶胶有机物含量的 连续原位监测是在环境科学领域清晰,有效定量区分雾和霾的有效化学原理的仪器分析方法.此仪器可以同时测试出大气气溶胶中的有机碳，黑碳，总碳等数据。 大气气溶胶粒子中元素碳/有机碳含量的监测已成为国际上关注的热点,我公司的产品现已在长三角,株三角,北京等重点地区初步建成多点网络连续监测,使我国的大气气溶胶有机碳/元素碳的监测水平同发达国家同步. 这些大量连续累积灰霾监测宝贵数据的获得，使我们国家拥有了大气气溶胶空气环境质量评价更多的话语权。 我公司提供的在线元素碳/有机碳分析仪同时具备监测黑碳成份的能力,对太阳辐射水平,灰霾,沙尘传输等气象研究也提供了有力的工具. 热光分析法测量大气颗粒物中有机碳/元素碳含量是国际上公认的方法，其中光热透射法已经建立了职业健康标准-EPA NIOSH5040，这个技术解决了光学法只能测量颗粒物黑碳含量而无法精确测量有机碳、传统热学测量法在分析过程中有机碳炭化会引起测量误差等问题，实现了对大气碳颗粒物质量浓度的高精度实时测量. 我公司的RT-4在线大气气溶胶有机碳/元素碳分析仪产品同时具备实验室测试功能，仪器中的激光测试部分具备直接测试黑碳功能，而光热结合测试可以对大气气溶胶中的无机碳,有机碳，碳酸盐等成份做准确定量测试，每个样品的测试过程仪器都会完成自动标气内校步骤。

刘文清院士从事环境光学工作二十余年，总结多年的研究成果，新著《环境光学和技术》。为了更好的交流环境光学技术，刘文清院士近日在北京做了报告《碳达峰碳中和背景下 环境光学与技术发展机遇》，报告结束之后，刘院士接受了仪器信息网的采访。中国工程院院士 安徽光机所所长 刘文清关于《环境光学和技术》《环境光学和技术》全书600多页，分为十章，主要内容包括绪论、差分光学吸收光谱技术、可调谐半导体激光吸收光谱技术、傅里叶变换红外光谱技术、非分散红外测量技术、激光雷达技术、光散射测量技术、荧光光谱技术、激光诱导击穿光谱技术和大气环境立体监测技术系统集成及应用。刘院士为我们简单的介绍了这本书的情况。“我们从2000年就开始做环境光学研究，很早就想把自己做的研究、成果、经验，甚至一些教训，进行总结、分享。但是一直比较忙，此书的出版还要感谢安徽科学技术出版社，是他们的不断督促，让这本书得以最后出版。”“这本书比较实际，没有特别多理论方面的内容，主要包括我们的一些实际数据、基本公式推导以及一些第一手资料等，更加偏向技术层面。”“我们刚开始从事这方面研究的时候，环境领域还不太认可光谱技术，而随着国家环境问题越来越多，需要对快速的环境变化进行观察，尤其是一些污染物痕量气体的相互作用，环境光学技术越来越多的发挥作用。这本书的出版也希望给现在的学生、想做行业交叉研究人员做参考、借鉴。”新技术、新应用是环境光学发展的驱动器环境光学就是利用光学的技术来解决环境领域的需求，随着光学技术的发展和环境领域新需求的提出，环境光学技术也在不断发展。刘院士以空气质量监测子站为例，介绍了技术发展对行业的推动作用。目前空气质量监测子站监测的六个参数的检测采用的是光谱技术，这都是国外三四十年前开发的技术，而其中的光源有氘灯、氙灯、汞灯等。随着光电技术的发展，出现了LED光源，LED光源一是省电一是寿命长，而氘灯和氙灯也就2000个小时的寿命。所以用LED光源代替原来光源，再加上新算法，我们就可以形成自己特有的仪器设备。但是新技术的推动可能需要政府、协会或者公司间联盟来推动，仅靠一家公司可能推动不了。碳达峰和碳中和是我国未来40年环保的重要任务之一，而碳源碳汇监测技术是双碳目标达成的重要技术支撑。国际大气成分变化探测网络涉及的仪器包括高分辨率FTS光谱仪、雷达、太阳辐射计、微波辐射计、UV-Vis光谱仪等，而这些仪器设备也以进口居多，我们还需要研发国产化的设备。碳达峰和碳中和下的仪器需求要想实现碳中和，需要很多技术支撑，比如二氧化碳捕集封存与利用技术、工业减碳技术、新能源替代技术等，但要想评估效果如何，需要的是监测技术。中国承诺两年一次自报清单、回应质询，但没有自己的排放监测数据，排放清单根据IPCC提供的排放因子计算。但采用国外的排放因子，结果普遍偏高，没有检查核对指标的主动权，没有碳交易的定价权！因此对于温室气体的监测，需要从点源、多点源、面源、区域、全球等不同空间尺度开发天空地一体化碳源碳汇监测技术。点源就是工业排放源的碳监测（包括二氧化碳、甲烷等主要温室气体），美国已经在2005年开始在工业排放气体监测设备中增加了CO2作为必须监测指标；多点源就是多个点源监测；面源监测主要针对面源排放，如养殖场，可以采用傅里叶红外技术，测量养殖场边界的二氧化碳和甲烷浓度，从而计算养殖场碳排放情况；区域监测主要针对一个区域，可以采用无人机遥感技术；全球监测需要采用的就是卫星，目前中国、美国、日本、韩国、欧洲等都已经发射了碳卫星，只不过分辨率还有待改进。如此多的监测需求，全部采用进口设备是不现实的，我国的仪器仪表厂商需要开发相应的仪器设备，并且刘院士相信国内的厂商也具备研发相关设备的实力。未来，对于仪器设备，国家应该会安排一些科研项目，也会有企业进行先期开发，我们还有十几年时间来达到碳达峰，还有40年时间达到碳中和，如果企业从现在开始策划，投入研发，肯定能赶上我国大量碳监测仪器设备需求。刘院士重点强调了二氧化碳背景站需求。目前二氧化碳浓度大约为400ppm，而每年的变化大约在1-1.5ppm，对于背景站的二氧化碳分析仪来说，相当于测量高背景下的微小变化，因此要求仪器有足够的分辨率。二氧化碳最早的背景站是美国在二十世纪五十年代在夏威夷设立，当时仪器采用的是非分光红外的原理，采用滤光片分光，随着新技术如强增强、强衰荡、量子级联激光器等的出现，二氧化碳分析仪可以利用的技术种类也在增多。二氧化碳有很强的光谱特征，如基频、泛频和二倍泛频，都是不同的吸收截面，而吸收截面越大，仪器分辨率就越高，这样就可以满足二氧化碳的背景值监测。在接受采访之前，刘院士刚刚参加完习总书记的科学技术大会，刘院士为我们分享了其感想。“习总书记的讲话中提到，科技就是要自强自立，技术是买不来的，技术的垄断可能比市场垄断更重要。我觉得我们还需要把一些关键核心技术掌握在自己手上。而且现在国家支持创业，我看到很多年轻人很有想法，很快组成一个微型公司，将想法变成现实，他做的可能不是整个仪器，可能只是一个部件，这都是非常好的。”

《产品外观缺陷机器视觉在线检测技术及设备开发》一文由合肥工业大学仪器科学与光电工程学院卢荣胜教授投稿分享，包括自序、研究背景、典型系统组成、成像技术及实现策略、关键核心单元部件、缺陷识别与分类、结束语、致谢几个部分。由于篇幅较长分为四篇发布，以下为第一部分：自序、研究背景、典型系统组成。1．自序本人1985年大学毕业后在量仪厂从事量具、刃具、工装、专机与机加工工艺开发等技术工作，于1992年从师费业泰教授攻读硕士与博士学位，从事精密机械热变形误差、精密仪器精度理论方面研究， 1998年末博士毕业后又拜师天津大学叶声华教授，从事机器视觉在线检测方面的博士后研究，研究方向随之聚焦于机器视觉与光学精密测量领域。之后在香港城市大学、英国帝国理工学院和哈德斯菲尔德大学进行了为期6年的三维机器视觉、自动光学检测和光学测量技术研发工作，于2006年5月返回母校合肥工业大学任教。回国后继续从事机器视觉与光学测量方面的研究，坚持面向平板显示、新能源、软性电路板、半导体等先进制造产业，注重技术的应用开发。先后主持了国家自然科学基金项目3项、863专项1项、国家科技支撑项目1项、国家重大科学仪器设备开发专项1项、国家重点研发课题1项、以及其它省部级项目和产学研合作项目10余项，在机器视觉与光学测量领域已培养硕士和博士研究生100余人。鉴于在机器视觉技术研究及应用开发方面20余年的研究积累，2021年无锡市锡山区政府与我们科研团队合作，联合创立了一个新型科技研发机构——无锡维度机器视觉产业技术研究院，采用实体化运营模式，面向先进制造产业链，从事机器视觉与光学精密测量方面产业共性关键技术研究与产业化开发。研究内容与产业化业务范围涉及机器视觉缺陷在线检测、三维机器视觉精密测量、机器人视觉引导、半导体检测、机器视觉关键零部件开发等。开发的视觉系统与仪器已经在平板显示、光伏、锂电池、软性电路板、半导体等行业得到成功应用。鉴于篇幅问题，本文重点聚焦于产品外观缺陷视觉在线检测技术，归纳了我20多年来在这些方面的科学研究与产业化开发的进展情况与心得体会。2．研究背景在产品制造过程中，由于生产环境不理想、制造工艺不规范等各种原因，零部件和产品外观难免会含有多种缺陷，如印制电路板上出现孔位、划伤、断路、短路和污染，液晶面板的基板玻璃和滤光片表面含有针孔、划痕、颗粒，带钢表面产生裂纹、辊印、孔洞和麻点，铁路钢轨出现凹坑、鼓包、划痕、擦伤、色斑和锈蚀，等等。这些缺陷不仅影响产品外观，更重要的是影响产品性能，严重时甚至危害生命安全，对用户造成巨大经济损失，因此，现代制造业对产品的表面质量控制非常重视。产品外观缺陷在线检测最传统的方法就是采用人工目视检测法，目前高端制造工厂大部分都采用自动化生产，但人工目视检测岗位仍占据工厂整体人员的15%-30%。鉴于人工目视检测存在对人眼伤害大、主观性强、准确率低、不确定性大、易产生歧义和效率低下等缺点，已很难满足现代工业对产品质量及外观越来越高的严格要求。随着电子技术、图像传感技术和计算机技术的快速发展，利用基于图像传感技术的视觉在线检测方法已逐渐成为外观缺陷检测的重要手段，因为这种方法具有自动化、非接触、速度快、准确度高等优点。目前，外观缺陷视觉在线检测技术已经广泛应用于工业、农业、生物医疗等行业，尤其在现代制造业，如平板显示、光伏、锂电池、半导体、汽车、3C电子（计算机、通讯和消费电子产品）等领域，对能够实现机器换人的外观缺陷视觉检测技术需求越来越旺盛。3．典型系统组成产品外观缺陷机器视觉检测是基于人眼视觉成像与人脑智能判断的原理，采用图像传感技术获取被测对象的信息，通过数字图像处理增强缺陷目标特征，再通过Blob(Binary large object)分析、模板匹配或深度学习等算法从背景图像中提取缺陷特征信息，并进行分类与表征。在工业应用领域，外观缺陷视觉检测系统实际上是一种智能化的数字成像与处理系统，即采用各种成像技术（如光学成像）模拟人眼的视觉成像功能，用计算机处理系统代替人脑执行实时图像处理、特征识别与分类等任务，最后把结果反馈给执行机构，代替人手进行操作，执行产品的分类、分组或分选、生产过程中的质量控制等任务。（左）6代线液晶阵列和彩色滤光片缺陷检测仪 （中）8.5代线玻璃基板缺陷检测仪 （右）ITO导电膜表面缺陷检测仪图 1 高世代液晶面板关键工艺节点缺陷视觉在线检测系统图 2 表面缺陷视觉在线检测系统组成原理图图1为我们在国家重大科学仪器设备开发专项的资助下，针对6代线和8.5代线液晶面板显示器制程中关键工艺节点，开发的三种缺陷视觉在线检测系统。该系统能很好地揭示一个视觉在线检测系统的各个组成部分、关键技术难点，以及所需的关键零部件。主要技术参数为：待测幅面大小≤1800x2200mm, 快速发现缺陷分辨率10μm, 复检显微分辨率0.5μm， 并行图像处理与缺陷识别系统采用CPU+FPA+GPU 主从分布式异构并行处理架构，检测时间节拍20s。系统组成与关键零部件单元可用图2示意图来清晰地描述，它由精密传输机构、光源、相机阵列、显微复检、并行处理、控制、主控计算机、服务器等单元模块，以及与工厂数据中心互联的工业局域网组成。图 3 展示了我们开发的手机液晶显示屏背光源模组缺陷转盘式多工位视觉在线检测系统的结构组成，该检测系统包括自动上料、编码、对准、检测、分选、返修识别等几个部分。图 3 背光源模组在线自动光学检测系统3.1 自动上料机构自动上料机构包括装配线上传输来的背光源模组位姿探测、电动与气动机构抓取、位置校正、送料等部分组成。工作原理如下：1. 在装配线传输带工位（1）的上方放入一个监视相机，当前道工序组装系统装配好背光源模组传输到工位（1）后，监视相机拾取到有待测模组时，计算模组在工位（1）处的位置与模组姿态信息，并发出工作同步指令给后续上料与检测系统。2. 监视相机发出工作同步指令后，气动与电动缸组成的送料系统把工位（1）处的背光源模组从传输带上吸起来，然后在气动滑台的带动下，把工位（1）处的背光源模组搬运到工位（2）处。在放到工位（2）上之前，计算机根据工位（1）上方的相机拍摄到的模组位置与姿态，发出指令给真空抓取吸盘角度校正电缸，初步校正背光源模组在空间的角度。当背光源模组运送到工位（2）后，模组在工位（2）处由4个气动滑缸从四边向中间对中，校正模组的位置，然后背光源模组下方的相机，对模组成像，识别待检背光源模组喷码序列号，作为有缺陷模组在返修过程中，从缺陷数据库中自动调出缺陷信息，指导返修任务。3. 在工位（1）处吸盘抓取背光源模组的同时，右边的吸盘在工位（2）处把已经校正好的模组吸起来，然后在气动滑台的带动下，把校正后的模组输送检测转盘工位（3）处。至此，一个上料循环完成。3.2 检测机构检测机构由间隙转动工位转盘、上料位置对准探测、异常检测、画面检测和外观检测工位组成。工作原理如下：1. 背光源模组被自动送料机构传输到工位（3）后，转盘在控制系统的控制下，转到工位（4）。在工位（4）的上方安装一个相机，检测背光源模组定位是否正常，模组LED灯工作是否正常，并把信息传给主控计算机。如果一切正常，则后续检测工位按预定的方案进行检测；如果不正常，后续检测对该模组不检测，然后传送到工位（9），由分选机构抓取，传送到不良品传输带上。2. 当模组转到工位（5）~（8）处后，缺陷扫描成像系统对画面缺陷进行扫描检测，缺陷扫描成像系统由高速扫描相机、一维滑动台、光栅、伺服系统、调整机构组成。由于外观检测项目较多，一个工位难以不够，故把工位（7）和（8）两个工位作为外观检测机构。3.3 分选机构分选机构由良品与不良品气动抓取机构、间隙运动传输带组成。结构布局参看图 3 所示，其工作原理如下：1. 如图 3 所示，画面（外观、异常等）缺陷检测完毕后，模组继续向下道工位转动，当模组运动到工位（9）后：分选机构左边的气动吸盘抓取工位（9）上的模组，传输到工位（11）处。2. 如果该模组是不良品，在分选机构向工位（9）移动的过程中，不良品传输带向前移动一个工位，把工位（11）清空，等待放置下个模组。3. 如果是良品，在下一个时刻分选机构抓取工位（9）上的模组时，右边的吸盘同时抓取工位（11）上的模组，在分选机构左吸盘把模组放到工位（11）处时，右吸盘把良品模组放置到良品传输带上工位（12）处，然后良品传输带向前移动一个工位，清空工位（12）等待放置下个模组。传输带之所以作间隙运动，一方面可以节省空间，另一方面考虑到不良品只是少数，这样可以让不良品按顺序一个一个经凑地排列在传输带上，不需要有人监视，返修人员只要传输带上放满了不良品后取走返修。3.4 复检与不良品返修对于检测到的不良品，再采用人工目视复检，并对不良品进行返修。在返修工作台上放置一个电脑，并安装一台成像系统，拾取不良品背面的编码。返修显示电脑通过工业以太网与缺陷数据库服务器相连，相机在电脑的控制下，获得带返修的不良品编码后，根据编码从服务器中调用缺陷信息，显示在屏幕上，导引返修人员对不良品进行合理的返修。