[發明專利]大口徑熔石英光學元件表面微缺陷快速暗場檢測方法

有效

• 申請號: 201710600207.6
• 申請日: 2017-07-21
• 公開（公告）號: CN107356608B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 袁曉東;趙林杰;程健;陳明君;廖威;王海軍;張傳超;陳靜;張麗娟
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心;哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N21/95
• 分類號: G01N21/95
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 鄭健

本發明公開了一種大口徑熔石英光學元件表面微缺陷快速暗場檢測方法，首先采用明場面陣CCD顯微系統對光學元件進行定位，確定光學元件在絕對坐標系下的位置，再利用光譜共焦測距系統確定光學元件強激光輻照出光面方程，最后利用暗場線陣CCD顯微系統對精確移動的大口徑熔石英光學元件表面進行單向光柵式逐行快速掃描，獲取微缺陷信息，并采用明場面陣CCD顯微系統在線監測光學元件。本發明實現了對光學元件表面微缺陷進行全口徑自動化掃描，大大提高檢測效率，全口徑光學元件表面微缺陷的快速掃描與檢測時間可控制在30min以內。

技術領域

本發明屬于工程光學領域，具體涉及一種大口徑熔石英光學元件表面微缺陷快速暗場檢測方法。

背景技術

大口徑熔石英光學元件是高功率固體激光裝置的終端光學組件中應用最為普遍的光學元器件，它是一種典型的硬脆材料，在冷加工過程中易產生微裂紋、凹坑等表層或亞表層微缺陷，尤其是在高功率固體激光系統中，當大口徑熔石英光學元件在三倍頻紫外強激光的輻照下，更易于產生微裂紋、微凹坑等燒蝕點微缺陷。當微裂紋或微凹坑等燒蝕點微缺陷出現時，光學元件的通光性能、熱力學特性會被弱化，嚴重影響了強激光輸出的能流密度及光學元件的使用壽命。微缺陷產生后若不及時采取激光微修復等措施，損傷點將呈指數性增長，最終導致整個光學元件損壞。因此，有必要采用高效、高精度的方法將大口徑熔石英光學元件的表面微缺陷快速、精確地搜尋并檢測出來，以獲取其不同尺度的信息特征，并且需要及時、準確描述出微缺陷的精確位置信息，以利于后續激光修復工藝參數的優化選擇。

在現有檢測手段中較為常用的是目測法，操作人員利用強光照射光學元件表面，利用微缺陷的散色特性從不同角度可觀察到微缺陷的存在。目測法受操作人員的熟練度限制，每次檢測都會導帶有一定的主觀性，長時間操作會導致眼睛疲勞，同時對于檢測到的微缺陷尺寸和位置信息無法進行精確量化，檢測準確度與效率都較低。隨著技術的發展，出現了采用面陣CCD相機對熔石英光學元件表面進行全口徑掃描檢測的方法，該方法提高了檢測的準確率，并且對獲取的微缺陷圖像進行數據處理以提取微缺陷的信息特征，可實現微缺陷信息的精確量化，但受限于面陣CCD相機的采集幀率，掃描速度需要保持在較低的范圍內，大大降低了掃描效率。本專利提出采用線陣CCD顯微系統對大口徑熔石英光學元件表面進行全口徑快速掃描檢測的方法，線陣CCD相機的行頻高，采集圖像時運動速度可為面陣CCD相機的3-5倍，通過優化算法實現對獲取的圖像進行實時圖像處理，并實現大口徑熔石英光學元件表面微缺陷的全自動掃描與圖像拼接，極大地提高了檢測效率，同時方法使用面陣CCD相機對獲取的微缺陷進行在線監測，提高了微缺陷精確識別的準確率。

發明內容

本發明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優點。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種一種大口徑熔石英光學元件表面微缺陷快速暗場檢測方法，包括以下步驟：

步驟一、將機床檢測系統自動初始化，找到機床零點，以機床檢測系統的二維運動平臺為X,Y軸、顯微檢測系統為Z軸，建立機床檢測系統的坐標系，即絕對坐標系；

步驟二、將熔石英光學元件安裝在二維運動平臺上；

步驟三、采用顯微檢測系統的明場面陣CCD顯微系統確定熔石英光學元件的幾何中心坐標值，以光學元件的幾何中心為原點建立大口徑熔石英光學元件的工件坐標系；

步驟四、采用顯微檢測系統的暗場線陣CCD顯微系統對光學元件出光面進行全口徑單向光柵式快速逐行掃描，獲取出光面的掃描圖像；

步驟五、對暗場線陣CCD顯微系統掃描采集的微缺陷圖像直接進行圖像二值化處理，同時采用邊掃描邊處理的方法，將處理后的二值化圖像進行拼接，提取在工件坐標系下的微缺陷特征信息，并根據工件坐標系與絕對坐標系的關系，將工件坐標系下的微缺陷坐標值轉化為絕對坐標系下的坐標值；實現對大口徑熔石英光學元件表面微缺陷的快速暗場檢測。