[發明專利]大口徑元件體內缺陷快速檢測裝置和方法

有效

• 申請號: 201810605232.8
• 申請日: 2018-06-13
• 公開（公告）號: CN109060816B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 邵建達;劉世杰;倪開灶;黃保銘;潘靖宇;徐天柱;李靈巧
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種大口徑元件體內缺陷快速檢測裝置和方法，該裝置主要包括激光器、半波片、偏振片、光束整形器、第一成像鏡頭、第一CCD相機、第二成像鏡頭、第二CCD相機、顯微鏡照明光源、光纖、YZ二維移動平臺、XYZ三維移動平臺、掃描同步控制系統和計算機。本發明利用YZ二維移動平臺和XYZ三維移動平臺分別控制光源和高、低倍成像系統運動，避免了大口徑元件快速運動導致的危險性和測量結果不穩定性。本發明采用低倍全口徑激光散射快速掃描成像和高倍定點明場成像相結合的方式，不僅實現體缺陷快速定位，而且能準確測量其尺寸，為元件質量評價、分級提供可靠依據。

技術領域

本發明涉及元器件體內缺陷檢測技術領域，特別是一種大口徑元件的體內缺陷快速檢測裝置及方法。

背景技術

光學元件體缺陷主要是指熔煉過程中光學玻璃材料內部形成的氣泡，和從外界環境中引入夾雜在玻璃內部的雜質包裹物等。其具有隨機分布特性。光學元件體內微米級尺寸的缺陷嚴重影響元器件所在系統的性能，主要表現為以下幾個方面：體缺陷對光束產生散射效應，雜散光導致成像系統的成像質量下降。高功率激光系統中，體缺陷吸收部分入射激光能量，引起局部升溫，導致元件自身損傷。另外，體缺陷對入射激光產生嚴重的調制，使入射激光在下游元件的表面或體內局部光強得到極大增強，而這些光學元件基本工作在近臨界閾值附近，局部光強增強極易使其被損傷。更為關鍵的是，元件的損傷最終可能導致整個系統的崩潰。因此，必須準確檢測元件內部缺陷。

目前，國內對光學元件體缺陷檢測主要依賴目視法。在暗室環境中，強光手電照射玻璃內部，人眼避開入射光傳輸方向，從側面觀察體缺陷產生的散射光。人工檢對檢測員素質要求高，需長時間培養訓練，且不能準確測量記錄缺陷的三維位置分布。需要將元件搬運到顯微鏡等輔助設備上觀測缺陷尺寸，過程繁瑣、耗時較長，易使元件遭受二次損傷。美國勞倫斯利弗莫爾實驗室(LLNL)和法國原子能委員會(CEA)下屬的里梅爾-凡倫頓(Limeil-Valenton)研究中心基于激光散射暗場成像原理分別研制了一套大口徑光學元件體內包裹物自動探測系統。這兩套系統均采用二維導軌帶動元件快速移動，面陣或線陣CCD成像的方式，實現元件內部全部區域探測。利用導軌帶動大口徑元件快速移動存在較大的不穩定性。以熔融石英玻璃為例，尺寸為500mm×500mm×80mm的元件質量約為44Kg，給系統測量引入較大風險。此外，由于采用散射測量原理，這兩套系統均只能探測缺陷的位置分布，無法直接準確測量體缺陷的尺寸。

參考文獻：

1、J.Wolf,M.Runkel,System for detection of small inclusions in largeoptics[J].Proc.of SPIE,2008,7132:71320W-1-71320W-8.

2、Marc Leconte,AndréRoussel,Laser glass inspection system[J],Proc.ofSPIE,1997,3047:878-882.

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本發明提供一種大口徑元件體內缺陷快速檢測的裝置和方法。該裝置采用低倍全口徑激光散射快速掃描成像和高倍定點明場成像相結合的方式，不僅實現體缺陷快速定位，而且能準確測量其尺寸，為元件質量評價、分級提供可靠依據。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種大口徑元件體內缺陷的檢測裝置，其特點在于，包括激光器、半波片、偏振片、光束整形器、第一成像鏡頭、第一CCD相機、第二成像鏡頭、第二CCD相機、顯微鏡照明光源、光纖、YZ二維移動平臺、XYZ三維移動平臺、掃描同步控制系統和計算機；

所述的激光器、半波片、偏振片、光束整形器置于所述的YZ二維移動平臺上，且所述的激光器發出的激光依次經所述的半波片、偏振片和光束整形器形成準直帶狀光束沿X向輸出；在該準直帶狀光束的垂直方向設置待測元件，使準直帶狀光束垂直于所述的待測元件的側面入射到內部；