[發(fā)明專利]一種大口徑曲面光學(xué)元件表面缺陷自動檢測裝置及方法

有效

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• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109490313B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 全海洋;徐富超;付韜韜;胡小川;吳高峰;侯溪;伍凡;李聲
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種大口徑曲面光學(xué)元件表面缺陷自動檢測裝置及方法，屬于光電技術(shù)檢測領(lǐng)域。該裝置包括測量頭、旋轉(zhuǎn)工件臺、自動取樣裝置和噴淋裝置。測量頭包括傳感器系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和成像系統(tǒng)，照明系統(tǒng)為被測樣品表面提供高均勻性和高亮度照明，旋轉(zhuǎn)工件臺和成像系統(tǒng)用于對光學(xué)表面區(qū)域的缺陷進(jìn)行環(huán)帶掃描和高分辨率散射成像。自動取樣裝置用作自動化生產(chǎn)中機(jī)械手自動夾取光學(xué)元件；噴淋設(shè)備一旦檢測到表面上有灰塵、雜質(zhì)等異物就被激活，用于準(zhǔn)確去除被測件表面的灰塵、雜質(zhì)等偽缺陷。本發(fā)明有效解決了大口徑光學(xué)元件表面缺陷檢測困難、效率低下的問題，可以快速測量大口徑平面、球面和非球面光學(xué)元件的表面缺陷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于先進(jìn)光學(xué)制造與檢測領(lǐng)域，涉及一種光學(xué)檢測裝置，特別涉及一種大口徑曲面光學(xué)元件表面缺陷自動探測裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)的不斷發(fā)展，微電子裝備、航空航天、精密測量和激光系統(tǒng)等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ζ浜诵慕M成部件精密光學(xué)元件的表面加工質(zhì)量提出了更高的技術(shù)需求。曲面光學(xué)元件表面在研磨、拋光后常常存在各種缺陷(如劃傷、凹陷、裂紋、崩邊等表面缺陷)，這些缺陷不僅會降低用戶體驗(yàn)，甚至?xí)绊懝鈱W(xué)系統(tǒng)的性能。

大口徑曲面光學(xué)元件表面缺陷檢測仍以人工定性檢測為主，現(xiàn)在主流的人工目視檢測不僅效率低下，而且主觀判別準(zhǔn)確度差，嚴(yán)重制約先進(jìn)光學(xué)制造的自動化進(jìn)程。近年來基于機(jī)器視覺的缺陷檢測技術(shù)被廣大研究者所關(guān)注，但現(xiàn)行方法檢測精度低且耗時長，并不能滿足現(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場的實(shí)時檢測需求。并且對于曲面表面缺陷的檢測更是無能為力。因此需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)大口徑曲面光學(xué)元件表面缺陷自動化檢測的裝置和方法，利用機(jī)器視覺的方法代替人工，極大地提高檢測效率及檢測精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決上述背景技術(shù)中提出的問題，提供一種大口徑曲面光學(xué)元件表面缺陷自動化檢測裝置及方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種大口徑曲面光學(xué)元件表面缺陷的自動測量裝置，包括傳感器系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、大口徑光學(xué)元件、旋轉(zhuǎn)工件臺、自動取樣裝置、噴淋裝置、導(dǎo)軌，其中傳感器系統(tǒng)、成像系統(tǒng)和照明系統(tǒng)構(gòu)成測量頭，豎直安裝在導(dǎo)軌上，實(shí)現(xiàn)大口徑光學(xué)元件的多軸聯(lián)動，包括沿X、Z軸的平動和繞Y軸的擺動，保證檢測過程中測量頭的光軸與大口徑光學(xué)元件表面法線始終保持一致；大口徑光學(xué)元件置于可繞Z軸360度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)工件臺上，測量頭配合旋轉(zhuǎn)工件臺實(shí)現(xiàn)大口徑光學(xué)元件表面缺陷的全口徑掃描測量；其中自動取樣裝置固定在導(dǎo)軌的支架上，自動取樣裝置主要由機(jī)械手組成，自動取樣裝置用于自動化生產(chǎn)中機(jī)械手自動夾取光學(xué)元件；噴淋裝置跟測量頭保持聯(lián)動關(guān)系，隨測量頭運(yùn)動到被測表面指定位置，傳感器系統(tǒng)一旦檢測到表面上有灰塵、雜質(zhì)異物，噴淋裝置就被激活，用于準(zhǔn)確去除被測件表面的灰塵、雜質(zhì)偽缺陷。

其中，照明系統(tǒng)為分布在成像系統(tǒng)四周的多角度環(huán)形LED光源，并且每個環(huán)帶光源角度可以控制。

其中，成像系統(tǒng)包括高解析度的線陣鏡頭、高分辨率的線陣相機(jī)以及與相機(jī)信號連接的高速數(shù)據(jù)采集卡；同時包含相位掩膜版、全息光學(xué)元件或微透鏡陣列的成像系統(tǒng)景深范圍的光學(xué)調(diào)制元件。

其中，檢測過程中傳感器測量頭的光軸與被測大口徑光學(xué)元件表面法線始終保持一致。

其中，每個環(huán)帶測量前調(diào)整傳感器測量頭實(shí)現(xiàn)對焦，使整個環(huán)帶在景深范圍內(nèi)在成像系統(tǒng)的相機(jī)傳感器上成像清晰。

每次測量前噴淋裝置對整個表面進(jìn)行吹淋和清潔；每次測量后根據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)灰塵識別算法準(zhǔn)確識別光學(xué)表面上灰塵，噴淋裝置對每個位置上的灰塵進(jìn)行吹淋去除，噴嘴選用過濾空氣或水，一種利用所述大口徑曲面光學(xué)元件表面缺陷的自動測量裝置的大口徑光學(xué)元件表面缺陷的測量方法，包括如下具體步驟：

步驟1)、多軸聯(lián)動移動導(dǎo)軌使傳感器測量頭的成像光軸、大口徑光學(xué)元件的球心以及旋轉(zhuǎn)工件臺的旋轉(zhuǎn)中心重合，獲得被測樣品的初始檢測位置。