[發(fā)明專利]大口徑光學晶體表面微缺陷的快速尋位與批量檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810520557.6
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN108645867B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程健;陳明君;左澤軒;劉啟;楊浩;趙林杰;王廷章;劉志超;王健;許喬
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務(wù)所 23109
• 代理人: 楊立超

大口徑光學晶體表面微缺陷的快速尋位與批量檢測方法，屬于光學工程領(lǐng)域。本發(fā)明為了解決大口徑光學晶體表面微缺陷的批量、快速和精確檢測的難題而提出的。本方法首先采用“連續(xù)運動采集”的光柵掃描方式對整塊晶體元件完整掃描；然后，通過開發(fā)圖像采集程序并建立其與數(shù)控運動程序的通訊，實現(xiàn)根據(jù)晶體實時掃描位置來采集圖像的功能；基于圖像處理算法實現(xiàn)對采集圖像中缺陷點輪廓位置的橢圓擬合，獲得單張圖片中缺陷點數(shù)量、位置、尺寸等信息；最后，開發(fā)缺陷點自動檢測程序，建立基于Microsoft Access微缺陷信息的數(shù)據(jù)庫，以實現(xiàn)對采集圖像的批量檢測和缺陷點信息的保存、更新。本發(fā)明還為大口徑晶體元件表面微缺陷的修復(fù)和控制提供詳細的參數(shù)依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學工程領(lǐng)域，具體涉及一種大口徑光學晶體表面微缺陷的快速尋位與批量檢測方法。

背景技術(shù)

隨著人類社會的快速發(fā)展，地球上的化石燃料短缺危機愈發(fā)嚴重。核聚變能源因具有豐富、清潔、高效的優(yōu)點而成為世界各國近年來一直追求的目標。建立大型的高能量固體激光裝置是實現(xiàn)受控核聚變的關(guān)鍵，激光核聚變裝置的輸出能量高低也直接決定了核聚變點火成功與否。為了實現(xiàn)高能量的輸出，激光核聚變裝置需大批量使用大口徑、高精度、高質(zhì)量光學元件對常規(guī)低能量種子激光進行整形、傳輸、放大、倍頻等處理。美國已建成世界上輸出能量最高的激光核聚變裝置——“國家點火裝置”共使用大口徑光學元件8000余件，小口徑光學元件30000余件。其中，KDP光學晶體因具備獨特的光學性能而成為現(xiàn)階段激光核聚變裝置中唯一不可替代的核心元件，并且需求量巨大。然而，大口徑KDP晶體在加工制備過程中易在表面引入微米量級缺陷點，這些缺陷點在強激光使用環(huán)境下會誘導(dǎo)激光損傷并急劇擴展，最終造成整塊元件報廢。大口徑光學晶體表面微缺陷引起的激光損傷問題已成為制約激光核聚變裝置輸出能量提升的瓶頸，目前采用各種先進的手段對晶體表面微缺陷進行修復(fù)去除是延緩損傷增長、提升元件使用壽命的主流途徑。在對KDP晶體元件進行修復(fù)時，首先需要在大尺度的光學表面范圍快速、準確的檢測缺陷，以獲得所有待修復(fù)缺陷點的位置、形狀、尺寸等信息。實際激光核聚變裝置的打靶密度要求必須在4小時內(nèi)完成一次光學元件的更換、檢測、修復(fù)和再安裝。然而，KDP光學晶體的口徑大(410mm×410mm)，表面缺陷尺寸小、數(shù)量多、分布不均勻、且特征多樣，如何實現(xiàn)大區(qū)域光學表面微缺陷的快速尋位和批量、精確檢測，對工程用昂貴KDP功能晶體的高效修復(fù)和激光核聚變裝置輸出能量的提升具有極其重要的作用。

光學晶體元件表面微缺陷的檢測以及整體修復(fù)效率是工程中實現(xiàn)大口徑KDP晶體有效修復(fù)的關(guān)鍵。為了提高晶體元件的修復(fù)效率，除了必要的缺陷加工去除時間外，需盡量縮短微缺陷檢測等輔助時間。因此，不能單純依靠人工操作而急需開發(fā)高效、穩(wěn)定的批量自動化檢測系統(tǒng)；另外，大口徑KDP晶體表面微缺陷點的可靠識別、缺陷位置的精確探尋，直接影響著微缺陷的修復(fù)質(zhì)量和效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決大口徑光學晶體表面微缺陷的批量、快速和精確檢測的難題，進而提出一種大口徑光學晶體表面微缺陷的快速尋位和批量檢測方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：

一種大口徑光學晶體表面微缺陷的快速尋位與批量檢測方法，它由以下步驟實現(xiàn)：

步驟1.安裝待測光學晶體元件，組裝并調(diào)整微缺陷檢測顯微系統(tǒng)，晶體元件移動機構(gòu)各軸自動回零；

步驟2.基于大口徑元件光柵式掃描路徑，確定顯微鏡實際放大倍率，估算不同放大倍率下缺陷檢測CCD的視野范圍，選擇整塊晶體元件表面微缺陷掃描步距；

步驟3.采用連續(xù)運動采集的掃描方案獲得整塊晶體表面微缺陷圖像；

步驟4.采用基于歐洲機器視覺協(xié)會制定的GenlCam標準開發(fā)的JAI SDK函數(shù)庫，編制檢測缺陷時CCD圖像采集程序，通過建立圖像采集程序與給定的數(shù)控運動程序的通訊，實現(xiàn)根據(jù)晶體實時掃描位置采集圖像的功能；圖像采集程序用于控制CCD采集圖像，數(shù)控運動程序用于控制晶體元件的移動；