[发明专利]大口径熔石英光学元件表面微缺陷快速暗场检测方法

说明书

本发明公开了一种大口径熔石英光学元件表面微缺陷快速暗场检测方法，首先采用明场面阵CCD显微系统对光学元件进行定位，确定光学元件在绝对坐标系下的位置，再利用光谱共焦测距系统确定光学元件强激光辐照出光面方程，最后利用暗场线阵CCD显微系统对精确移动的大口径熔石英光学元件表面进行单向光栅式逐行快速扫描，获取微缺陷信息，并采用明场面阵CCD显微系统在线监测光学元件。本发明实现了对光学元件表面微缺陷进行全口径自动化扫描，大大提高检测效率，全口径光学元件表面微缺陷的快速扫描与检测时间可控制在30min以内。

技术领域

本发明属于工程光学领域，具体涉及一种大口径熔石英光学元件表面微缺陷快速暗场检测方法。

背景技术

大口径熔石英光学元件是高功率固体激光装置的终端光学组件中应用最为普遍的光学元器件，它是一种典型的硬脆材料，在冷加工过程中易产生微裂纹、凹坑等表层或亚表层微缺陷，尤其是在高功率固体激光系统中，当大口径熔石英光学元件在三倍频紫外强激光的辐照下，更易于产生微裂纹、微凹坑等烧蚀点微缺陷。当微裂纹或微凹坑等烧蚀点微缺陷出现时，光学元件的通光性能、热力学特性会被弱化，严重影响了强激光输出的能流密度及光学元件的使用寿命。微缺陷产生后若不及时采取激光微修复等措施，损伤点将呈指数性增长，最终导致整个光学元件损坏。因此，有必要采用高效、高精度的方法将大口径熔石英光学元件的表面微缺陷快速、精确地搜寻并检测出来，以获取其不同尺度的信息特征，并且需要及时、准确描述出微缺陷的精确位置信息，以利于后续激光修复工艺参数的优化选择。

在现有检测手段中较为常用的是目测法，操作人员利用强光照射光学元件表面，利用微缺陷的散色特性从不同角度可观察到微缺陷的存在。目测法受操作人员的熟练度限制，每次检测都会导带有一定的主观性，长时间操作会导致眼睛疲劳，同时对于检测到的微缺陷尺寸和位置信息无法进行精确量化，检测准确度与效率都较低。随着技术的发展，出现了采用面阵CCD相机对熔石英光学元件表面进行全口径扫描检测的方法，该方法提高了检测的准确率，并且对获取的微缺陷图像进行数据处理以提取微缺陷的信息特征，可实现微缺陷信息的精确量化，但受限于面阵CCD相机的采集帧率，扫描速度需要保持在较低的范围内，大大降低了扫描效率。本专利提出采用线阵CCD显微系统对大口径熔石英光学元件表面进行全口径快速扫描检测的方法，线阵CCD相机的行频高，采集图像时运动速度可为面阵CCD相机的3-5倍，通过优化算法实现对获取的图像进行实时图像处理，并实现大口径熔石英光学元件表面微缺陷的全自动扫描与图像拼接，极大地提高了检测效率，同时方法使用面阵CCD相机对获取的微缺陷进行在线监测，提高了微缺陷精确识别的准确率。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种一种大口径熔石英光学元件表面微缺陷快速暗场检测方法，包括以下步骤：

步骤一、将机床检测系统自动初始化，找到机床零点，以机床检测系统的二维运动平台为X,Y轴、显微检测系统为Z轴，建立机床检测系统的坐标系，即绝对坐标系；

步骤二、将熔石英光学元件安装在二维运动平台上；

步骤三、采用显微检测系统的明场面阵CCD显微系统确定熔石英光学元件的几何中心坐标值，以光学元件的几何中心为原点建立大口径熔石英光学元件的工件坐标系；

步骤四、采用显微检测系统的暗场线阵CCD显微系统对光学元件出光面进行全口径单向光栅式快速逐行扫描，获取出光面的扫描图像；

步骤五、对暗场线阵CCD显微系统扫描采集的微缺陷图像直接进行图像二值化处理，同时采用边扫描边处理的方法，将处理后的二值化图像进行拼接，提取在工件坐标系下的微缺陷特征信息，并根据工件坐标系与绝对坐标系的关系，将工件坐标系下的微缺陷坐标值转化为绝对坐标系下的坐标值；实现对大口径熔石英光学元件表面微缺陷的快速暗场检测。