法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2016-01-20
授权
授权
2014-04-23
实质审查的生效 IPC(主分类):G01N21/958 申请日:20131224
实质审查的生效
2014-03-26
公开
公开
技术领域
本发明属于大口径光学元件表面损伤检测领域,具体地说是一种能够 实现大口径光学元件表面损伤检测的装置和相应的检测方法。
背景技术
随着光学加工水平的快速发展,大口径光学元件的使用比重越来越大, 如何能够快速高精度的进行大口径光学元件的表面损伤检测,近年来备受 关注。国内外很多高校研究所也都对此开展了相关的研究工作,在光源选 型、照明实验设计、CCD选择、扫描控制、损伤识别等方面都提出了比较 实用和值得借鉴的方法,但仍然还存在着一些局限和不足,如检测精度差、 检测效率低、检测对象单一、操作不便等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够克服上述不足、满足大口径光学元件 表面损伤检测需求的检测装置和相应的检测方法。
为了实现上述目的,
根据本发明的一方面,提出一种大口径光学元件表面损伤检测装置, 该装置包括:专用夹具、激光自准直仪、线阵相机组件、显微镜组件、扫 描聚焦组件和数据采集处理系统,其中:
所述专用夹具固定安装在检测平台上,用于实现待检测光学元件的定 位和夹紧,并根据数据采集处理系统的调整指令对待检测光学元件的姿态 进行调整;
所述激光自准直仪安装于可检测到待检测光学元件的位置,用于检测 待检测光学元件的姿态信息,并将检测到的姿态信息反馈给所述数据采集 处理系统;
所述线阵相机组件安装于可观测到待检测光学元件的位置,用于获取 待检测光学元件表面局部缩小的线阵图像,并将获取到的线阵图像发送给 所述数据采集处理系统进行存储、处理和分析;
所述显微镜组件安装于可观测到待检测光学元件的位置,用于获取待 检测光学元件表面局部放大的面阵图像,并将获取到的面阵图像发送给所 述数据采集处理系统进行存储、处理和分析;
所述扫描聚焦组件与所述线阵相机组件、显微镜组件和激光自准直仪 连接,用于根据所述数据采集处理系统的驱动指令运动,以实现所述线阵 相机组件、所述显微镜组件或激光自准直仪对于待检测光学元件表面的扫 描、定位和聚焦;
所述数据采集处理系统与所述激光自准直仪、线阵相机组件、显微镜 组件和扫描聚焦组件连接,用于对于所述专用夹具和扫描聚焦组件的运动 进行控制,并对接收到的图像进行存储、处理和图像损伤信息分析。
根据本发明的另一方面,还提出一种大口径光学元件表面损伤检测方 法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤1,将待检测光学元件安装到专用夹具上进行定位和夹紧,并根 据激光自准直仪的检测结果对待检测光学元件的姿态进行调整;
步骤2,驱动扫描聚焦组件中的前后聚焦轴运动,使得线阵相机组件 中的相机镜头对待检测光学元件的表面进行聚焦;
步骤3,驱动扫描聚焦组件中的水平扫描轴和竖直扫描轴运动,将线 阵相机组件中的相机镜头定位到待检测光学元件的左上角,并按照先竖直 后水平的原则对待检测光学元件的表面进行线扫描成像,得到多幅局部缩 小的线阵图像;
步骤4,将扫描得到的局部缩小的线阵图像进行拼接,得到待检测光 学元件的整体表面图像,对该图像进行处理和损伤分析,可以得到待检测 光学元件表面的损伤信息。
本发明能够实现长度尺寸在400-1000毫米之间方形平面光学元件的 表面损伤离线检测,线阵相机可以识别的最小损伤点尺寸约为30微米, 显微镜精确测量损伤点的尺寸精度优于5微米,损伤点位置估计精度优于 50微米,本发明稍作改动即可用于非方形曲面光学元件的表面损伤离线检 测,因此本发明具有广泛的应用前景和可观的社会经济效益。
附图说明
图1是本发明大口径光学元件表面损伤检测装置的结构示意图。
图2是利用本发明检测装置对大口径光学元件表面损伤进行检测的方 法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实 施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。
图1是本发明大口径光学元件表面损伤检测装置的结构示意图,如图 1所示,根据本发明的一方面,提供一种大口径光学元件表面损伤检测装 置,该检测装置包括专用夹具1、激光自准直仪2、线阵相机组件3、显微 镜组件4、扫描聚焦组件5和数据采集处理系统6,其中:
所述专用夹具固定安装在检测平台上,用于实现待检测光学元件的定 位和夹紧,并根据数据采集处理系统的调整指令对待检测光学元件的姿态 进行调整,待检测光学元件的姿态包括俯仰和偏摆角度等姿态;
在本发明一实施例中,所述专用夹具是一种柔性夹具,其可以实现厚 度尺寸60-150毫米,长度尺寸400-1000毫米,宽度尺寸200-500毫米之 间方形光学元件的定位和夹紧,如若需要夹持非方形光学元件,则仅需改 变专用夹具的形状即可。
所述激光自准直仪是一种角度测量工具,其安装于可检测到待检测光 学元件的位置,用于检测待检测光学元件的姿态信息,并将检测到的姿态 信息反馈给所述数据采集处理系统。
所述线阵相机组件安装于可观测到待检测光学元件的位置,用于获取 待检测光学元件表面局部缩小的线阵图像,并将获取到的线阵图像发送给 所述数据采集处理系统进行存储、处理和分析;
所述线阵相机组件包括线阵CCD、相机镜头和线光源,其中,线光源 用于照亮待检测光学元件表面的线区域,相机镜头用于将该区域成像到线 阵CCD上,从而获取待检测光学元件表面局部缩小的线阵图像。
在本发明一实施例中,所述线阵CCD的行频最高可达几十KHz,所 述线阵相机组件的分辨率为8.5微米。
所述显微镜组件安装于可观测到待检测光学元件的位置,用于获取待 检测光学元件表面局部放大的面阵图像,并将获取到的面阵图像发送给所 述数据采集处理系统进行存储、处理和分析;
所述显微镜组件包括面阵CCD、显微镜头和同轴光源,其中,所述同 轴光源用于照亮待检测光学元件表面的面区域,显微镜头用于将该区域成 像到面阵CCD上,从而获取待检测光学元件表面局部放大的面阵图像。
在本发明一实施例中,所述显微镜组件的放大倍数为0.71倍-4.5倍, 最高分辨率为1.57微米。
所述扫描聚焦组件与所述线阵相机组件、显微镜组件和激光自准直仪 连接,用于根据所述数据采集处理系统的驱动指令运动,以实现所述线阵 相机组件、所述显微镜组件或激光自准直仪对于待检测光学元件表面的扫 描、定位和聚焦;
所述扫描聚焦组件包括一个水平扫描轴、一个竖直扫描轴和一个前后 聚焦轴,驱动所述前后聚焦轴运动可以实现所述线阵相机组件中的相机镜 头或者所述显微镜组件中的显微镜头对待检测光学元件表面的聚焦,驱动 所述水平扫描轴和竖直扫描轴运动可以实现相机镜头、显微镜头或者激光 自准直仪对待检测光学元件表面的扫描和定位。
所述数据采集处理系统与所述激光自准直仪、线阵相机组件、显微镜 组件和扫描聚焦组件连接,用于对于所述专用夹具和扫描聚焦组件的运动 进行控制,并对接收到的图像进行存储、处理和图像损伤信息分析,具体 地,所述数据采集处理系统接收所述激光自准直仪检测到的姿态信息,根 据所述姿态信息向所述专用夹具发出调整指令,以对待检测光学元件的姿 态进行调整;向所述扫描聚焦组件发出驱动指令,以实现所述线阵相机组 件或所述显微镜组件对于待检测光学元件表面的扫描、定位和聚焦;接收 所述线阵相机组件获取的线阵图像,并对其进行存储、处理和图像损伤信 息分析;接收所述显微镜组件获取的面阵图像,并对其进行存储、处理和 图像损伤信息分析;
所述数据采集处理系统包括显示器、上位机和下位机,其中,所述下 位机负责利用图像采集卡实现图像的采集,利用运动控制器对相应组件运 动的驱动控制;所述上位机负责图像的存储、处理和图像损伤信息分析, 所述图像处理至少包括图像拼接,所述图像损伤信息分析至少包括损伤识 别、损伤分割、损伤统计;所述显示器用于显示操作界面,提供人机互动 的窗口,所述窗口包括图像显示区、图像参数设置区、图像处理区、运动 组件参数控制区和损伤信息处理区。
根据本发明的另一方面,提供一种利用所述检测装置对于大口径光学 元件的表面损伤进行检测的方法,如图2所示,所述方法包括以下步骤:
步骤1,将待检测光学元件安装到专用夹具上进行定位和夹紧,并根 据激光自准直仪的检测结果对待检测光学元件的姿态进行调整;
步骤2,驱动扫描聚焦组件中的前后聚焦轴运动,使得线阵相机组件 中的相机镜头对待检测光学元件的表面进行聚焦;
步骤3,驱动扫描聚焦组件中的水平扫描轴和竖直扫描轴运动,将线 阵相机组件中的相机镜头定位到待检测光学元件的左上角,并按照先竖直 后水平的原则对待检测光学元件的表面进行线扫描成像,得到多幅局部缩 小的线阵图像;
步骤4,将扫描得到的局部缩小的线阵图像进行拼接,得到待检测光 学元件的整体表面图像,对该图像进行处理和损伤分析,可以得到待检测 光学元件表面的损伤信息,包括损伤尺寸、个数和位置等信息。
所述处理至少包括但不限于图像拼接;所述损伤分析至少包括损伤识 别、损伤分割、损伤统计等。
所述方法还包括通过驱动扫描聚焦组件将显微镜组件中的显微镜头 快速定位到待检测光学元件表面上损伤的感兴趣位置,获取感兴趣位置局 部放大的面阵图像,以对损伤的感兴趣位置进行放大成像和进行更高精度 的测量的步骤,所述扫描聚焦组件的驱动具体为:先驱动扫描聚焦组件中 的扫描轴运动,再驱动扫描聚焦组件中的聚焦轴运动。
在本发明一实施例中,线阵相机组件中的线光源使用奥普特生产的型 号为LS202的线光源、线阵CCD使用DASAL生产的型号为ES-8k的TDI 线阵相机、相机镜头使用施耐德生产的Mako镜头,所述线阵相机组件的 图像分辨率为8.5微米,单幅图像尺寸为1×8000,线扫描频率最高可达 34kHz;显微镜组件中的同轴光源使用奥普特生产的型号为PI0803的点光 源、面阵CCD使用Pointgray生产的Chameleon系列的1/3″靶面CCD、显 微镜头使用Navitar生产的Zoom6000系列的显微镜头,所述显微镜组件 的放大倍数为0.71倍-4.5倍可调,最高分辨率为1.57微米;扫描聚焦组件 中使用卓立汉光生产的KSA系列的行程为800mm和500mm的电动位移 平台、以及Sigma生产的型号为SGSP26-50的行程50mm的电动位移平台, 其中,聚焦轴的重复定位精度为3μm,竖直扫描轴的定位精度为1μm,水 平扫描轴的定位精度为20μm;所述激光自准直仪与柔性夹具是本发明自 行研制的,该激光自准直仪的角度测量精度为5″,柔性夹具可夹持的光学 元件的尺寸范围为厚度60-150毫米,长度400-1000毫米,宽度200-500 毫米,该柔性夹具还可以对光学元件的偏转角和俯仰角进行调节,最小调 节步长约10′。
实际中的应用证明,本发明实施方便,能够方便快速、高精度的实现 大口径光学元件的表面损伤状态离线检测,可以满足大口径光学元件加工、 清洗、输运、安装、使用过程中各个阶段的损伤情况的表面损伤状态离线 检测的需求,为光学元件能否继续使用、修复或者作废提供判断依据。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而 已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修 改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
机译: 表面损伤检测方法及表面损伤检测装置
机译: 表面损伤检测方法及表面损伤检测装置
机译: 大口径曲面光学元件的表面检测自动检测装置及方法