[發明專利]大口徑熔石英光學元件表面微缺陷多工位集成修復方法

有效

• 申請號: 201710600243.2
• 申請日: 2017-07-21
• 公開（公告）號: CN107389688B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 袁曉東;趙林杰;王海軍;陳明君;程健;廖威;白陽;蔣曉龍;欒曉雨
• 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: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01N21/95;G01S11/12;B23K26/00;B23K26/354
• 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

1.一種大口徑熔石英光學元件表面微缺陷多工位集成修復方法，其特征在于，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、顯微檢測系統和CO₂紅外激光系統為Z₁軸、紫外激光預處理系統為Z₂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、采用顯微檢測系統建立工位Ⅰ紫外激光處理系統、工位Ⅱ顯微檢測系統和工位ⅢCO₂紅外激光系統的相對坐標系；采用顯微檢測系統建立熔石英光學元件的工件坐標系；

步驟四、將光學元件移動到工位Ⅰ紫外激光處理系統的零點處，采用紫外激光系統對熔石英光學元件進行逐行往復式紫外激光預處理；

步驟五、將光學元件移動到工位Ⅱ顯微檢測系統的零點處，利用顯微檢測系統的暗場線陣CCD顯微系統對熔石英光學元件表面微缺陷進行全口徑暗場掃描檢測，照明光源以一定的角度入射，獲取光學元件表面微缺陷點的暗場圖像，同時對圖像進行處理，獲得微缺陷的大小、位置以及形狀信息；

步驟六、在工位Ⅱ顯微檢測系統處，將暗場線陣CCD顯微系統檢測到的微缺陷移動到明場面陣CCD顯微系統視野中心，在線監測光學元件表面微缺陷的大小及形狀信息特征，為設置CO₂激光修復微缺陷參數提供參考；

步驟七、在工位Ⅱ顯微檢測系統處選定所需要修復的光學元件表面微缺陷點，將微缺陷點在工位Ⅱ的坐標位置變換到工位Ⅲ坐標系下的坐標位置，并將微缺陷點移動到工位Ⅲ處，采用CO₂紅外激光系統對光學元件表面進行局部單點融熔修復，并用明場面陣CCD顯微系統在線觀測CO₂紅外激光修復微缺陷點后的效果；

所述顯微檢測系統包括明場面陣CCD顯微系統、暗場線陣CCD顯微系統、光譜共焦測距系統和光源；

所述紫外激光系統包括固體激光器、能量卡計、分光劈板、聚焦透鏡和準直激光；

所述CO₂紅外激光系統包括CO₂紅外激光器、合束鏡、聚焦透鏡和準直光；

所述步驟三中，坐標系的建立過程為：移動安裝熔石英光學元件的二維運動平臺，將光學元件移動到明場面陣CCD顯微系統視野中；移動二維運動平臺，分別將光學元件上、下、左、右四個邊界移動到明場面陣CCD顯微系統視野中心，并記錄各邊在絕對坐標系下對應的坐標值；通過記錄的四個邊界坐標值計算光學元件幾何中心的位置坐標，以此中心位置為原點建立工件坐標系和相對坐標系；

所述步驟三和步驟四之間還包括以下步驟：利用光譜共焦測距系統進行覆蓋全口徑的9點測量法，即在光學元件出光面選取覆蓋全口徑的9個陣列坐標點，利用光譜共焦測距系統分別測量9點的距離值，采用最小二乘法建立光學元件的出光面方程，用此方程分別計算Z₁軸和Z₂軸運動時的隨動誤差方程；

所述步驟七中，CO₂激光修復分為兩個過程，首先是在低激光功率，即作用溫度低于熔石英軟化點下長時間預熱，接著是在高激光功率，即作用溫度高于熔石英軟化點，低于熔石英氣化點下融熔微缺陷點進行融熔修復。

2.如權利要求1所述的大口徑熔石英光學元件表面微缺陷多工位集成修復方法，其特征在于，所述明場面陣CCD顯微系統由面陣CCD相機、可變焦光學顯微鏡頭和同軸光源組成，面陣相機分辨率為2456×2058，像元大小為3.45μm×3.45μm，可變焦光學顯微鏡頭的變焦范圍是0.87x～10.5x，其工作距離為105mm。

3.如權利要求1所述的大口徑熔石英光學元件表面微缺陷多工位集成修復方法，其特征在于，所述暗場線陣CCD顯微系統由線陣CCD相機、不可變焦光學顯微鏡頭、高亮型線陣光源組成，線陣相機分辨率為8192×2，像素尺寸為7.04μm×7.04μm，鏡頭放大倍率需實際測量，其工作距離為95mm，光源采用高亮型線陣光源，其入射角度為45°，工作距離為110mm。