[发明专利]大口径元件体内缺陷快速检测装置和方法

说明书

一种大口径元件体内缺陷快速检测装置和方法，该装置主要包括激光器、半波片、偏振片、光束整形器、第一成像镜头、第一CCD相机、第二成像镜头、第二CCD相机、显微镜照明光源、光纤、YZ二维移动平台、XYZ三维移动平台、扫描同步控制系统和计算机。本发明利用YZ二维移动平台和XYZ三维移动平台分别控制光源和高、低倍成像系统运动，避免了大口径元件快速运动导致的危险性和测量结果不稳定性。本发明采用低倍全口径激光散射快速扫描成像和高倍定点明场成像相结合的方式，不仅实现体缺陷快速定位，而且能准确测量其尺寸，为元件质量评价、分级提供可靠依据。

技术领域

本发明涉及元器件体内缺陷检测技术领域，特别是一种大口径元件的体内缺陷快速检测装置及方法。

背景技术

光学元件体缺陷主要是指熔炼过程中光学玻璃材料内部形成的气泡，和从外界环境中引入夹杂在玻璃内部的杂质包裹物等。其具有随机分布特性。光学元件体内微米级尺寸的缺陷严重影响元器件所在系统的性能，主要表现为以下几个方面：体缺陷对光束产生散射效应，杂散光导致成像系统的成像质量下降。高功率激光系统中，体缺陷吸收部分入射激光能量，引起局部升温，导致元件自身损伤。另外，体缺陷对入射激光产生严重的调制，使入射激光在下游元件的表面或体内局部光强得到极大增强，而这些光学元件基本工作在近临界阈值附近，局部光强增强极易使其被损伤。更为关键的是，元件的损伤最终可能导致整个系统的崩溃。因此，必须准确检测元件内部缺陷。

目前，国内对光学元件体缺陷检测主要依赖目视法。在暗室环境中，强光手电照射玻璃内部，人眼避开入射光传输方向，从侧面观察体缺陷产生的散射光。人工检对检测员素质要求高，需长时间培养训练，且不能准确测量记录缺陷的三维位置分布。需要将元件搬运到显微镜等辅助设备上观测缺陷尺寸，过程繁琐、耗时较长，易使元件遭受二次损伤。美国劳伦斯利弗莫尔实验室(LLNL)和法国原子能委员会(CEA)下属的里梅尔-凡伦顿(Limeil-Valenton)研究中心基于激光散射暗场成像原理分别研制了一套大口径光学元件体内包裹物自动探测系统。这两套系统均采用二维导轨带动元件快速移动，面阵或线阵CCD成像的方式，实现元件内部全部区域探测。利用导轨带动大口径元件快速移动存在较大的不稳定性。以熔融石英玻璃为例，尺寸为500mm×500mm×80mm的元件质量约为44Kg，给系统测量引入较大风险。此外，由于采用散射测量原理，这两套系统均只能探测缺陷的位置分布，无法直接准确测量体缺陷的尺寸。

参考文献：

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.

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种大口径元件体内缺陷快速检测的装置和方法。该装置采用低倍全口径激光散射快速扫描成像和高倍定点明场成像相结合的方式，不仅实现体缺陷快速定位，而且能准确测量其尺寸，为元件质量评价、分级提供可靠依据。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种大口径元件体内缺陷的检测装置，其特点在于，包括激光器、半波片、偏振片、光束整形器、第一成像镜头、第一CCD相机、第二成像镜头、第二CCD相机、显微镜照明光源、光纤、YZ二维移动平台、XYZ三维移动平台、扫描同步控制系统和计算机；

所述的激光器、半波片、偏振片、光束整形器置于所述的YZ二维移动平台上，且所述的激光器发出的激光依次经所述的半波片、偏振片和光束整形器形成准直带状光束沿X向输出；在该准直带状光束的垂直方向设置待测元件，使准直带状光束垂直于所述的待测元件的侧面入射到内部；