[發明專利]差動共焦定面干涉靶丸內、外表面缺陷檢測方法與裝置

有效

• 申請號: 202011396205.8
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112630232B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 趙維謙;楊帥;王允;邱麗榮
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N21/892
• 分類號: G01N21/892
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 張利萍

1.差動共焦定面干涉靶丸內、外表面缺陷檢測方法，其特征在于：包括如下檢測步驟：

(1-1)打開短相干激光器，發出的測量光束經過準直透鏡和測量物鏡后會聚，利用差動共焦高精度定位技術分別準確定位被測靶丸和干涉相機，使靶丸內、外表面分別精確對焦成像在干涉相機上；

(1-2)由近向遠地調整參考臂的光學延遲，干涉相機中第一次出現的干涉條紋即外表面干涉條紋，第二次出現的干涉條紋即內表面干涉條紋；軸向步進式地驅動參考鏡進行機械式移相，干涉相機采集N幀移相干涉圖，移相干涉圖的光強表達式表示為：

其中I_i及I_o分別表示內、外表面干涉圖光強，(x,y)表示干涉圖的像素坐標，n＝1,2…N表示移相干涉圖的幀數，A和B分別表示背景光強和調制度，和分別表示內、外表面反射波面的相位，δ表示移相量；

(1-3)利用移相干涉算法從采集的移相干涉圖中提取和經過解包裹、擬合剔除和高通濾波處理后，利用公式(2)得出內、外表面缺陷分布h_i和h_o

其中λ表示光源的中心波長，M表示由外表面缺陷對內表面測量光相位調制造成的內表面偽缺陷，外表面缺陷與其造成的內表面偽缺陷具有相同的像素坐標，根據外表面缺陷的像素位置將內表面偽缺陷精準、原位地標記或剔除。

2.根據權利要求1所述的差動共焦定面干涉靶丸內、外表面缺陷檢測方法，其特征在于：步驟(1)所述利用差動共焦高精度定位技術分別準確定位被測靶丸和干涉相機，使靶丸內、外表面分別精確對焦成像在干涉相機上的步驟如下：

(2-1)將靶丸外表面精確定位在貓眼位置：在貓眼位置軸向掃描靶丸，將第一探測器和第二探測器探測的光強差動相減即得到如公式(3)所述的差動共焦響應曲線，

其中，I_D表示差動共焦光強，u表示歸一化軸向位移，u_M表示探測器的歸一化離焦量；調整靶丸的軸向位置使差動共焦響應曲線的強度為零；

(2-2)將干涉相機定位在外表面共軛成像位置：將靶丸從貓眼位置向靠近測量物鏡的方向移動d₁的距離使得外表面反射光束的聚焦點與貓眼位置的距離正好是靶丸外徑，此時反射的測量光匯聚在干涉相機靶面上；軸向掃描干涉相機并記錄其軸向位置，在干涉相機上設置虛擬針孔，將虛擬針孔內所有像素灰度值的積分作為探測光強即可探測到共焦響應曲線，

其中I_C表示共焦光強，u表示歸一化軸向位移；對該曲線進行單邊平移差動處理或sinc²擬合處理即可精確獲得其頂點的軸向位置坐標，將干涉相機準確調整至該坐標位置；

(2-3)將靶丸精確定位在共焦位置：將靶丸繼續向靠近物鏡的方向移動至共焦位置附近并軸向掃描靶丸，差動共焦探測系統探測到差動共焦響應曲線，調整靶丸的軸向位置使差動共焦響應曲線的強度為零，此時實現靶丸外表面精準對焦；

(2-4)將干涉相機定位在內表面共軛成像位置：以干涉相機的外表面共軛成像位置為原點，將干涉相機向靠近成像透鏡的方向移動d₂的距離，即將干涉相機定位在內表面共軛成像位置，此時實現靶丸內表面精準對焦。

3.根據權利要求1所述的差動共焦定面干涉靶丸內、外表面缺陷檢測方法，其特征在于：步驟(1-2)所述移相還能夠通過同步瞬態移相技術實現，即無需軸向步進式地驅動參考鏡進行機械式移相；

所述同步瞬態移相的方法為：在成像光路中增加四分之一波片，將干涉相機的每4個像素分為一組，每組像素前依次放置0°,45°,90°,135°的偏振片，進而從一幀干涉圖中即能夠提取出4幀移相量為90度的移相干涉圖。

4.根據權利要求2所述的差動共焦定面干涉靶丸內、外表面缺陷檢測方法，其特征在于：步驟(2-2)所述共焦響應曲線進行單邊平移差動處理步驟如下：選取共焦曲線兩側相對強度在0.45-0.65之間的數據點，分別擬合出兩條直線l_A和l_B，將兩直線差動相減可得到差動共焦直線l_dc，求出l_dc的絕對零點軸向坐標即共焦曲線的頂點軸向坐標。