[发明专利]一种非球面熔石英元件表面微缺陷快速定位方法

说明书

一种非球面熔石英元件表面微缺陷快速定位方法，它属于工程光学技术领域。本发明解决了现有光学元件表面微缺陷检测效率以及定位准确率低的问题。本发明建立机床坐标系，根据待测熔石英元件的非球面的四条边界线在机床坐标系下的位置，来获得待测熔石英元件的非球面的几何中心在机床坐标系下的坐标；将待测熔石英元件移动至光谱共焦位移测距仪处，对待测熔石英元件的非球面表面的特征点进行测距，根据非球面表面的特征点坐标来拟合出待测熔石英元件的非球面在元件坐标系下方程；采用CMOS面阵相机采集图像后，将图像的二维信息还原至三维，从而获得待测熔石英元件非球面表面缺陷点的位置信息。本发明可以应用于光学元件表面微缺陷检测技术领域。

技术领域

本发明属于工程光学技术领域，具体涉及一种非球面熔石英元件表面微缺陷快速定位方法。

背景技术

大口径非球面熔石英元件是高功率固体激光系统终端光学组件的关键元件，能够将平行射入的三倍频激光聚焦于真空靶室靶点，从而获得很高的聚焦功率密度。图1为大口径非球面光学元件的三维结构示意图，其入光面为非球面，材料为熔石英。熔石英作为一种典型的硬脆材料，在加工过程中极易产生微裂纹、凹坑等表层微缺陷，强激光辐照更加剧了缺陷的产生和增长。研究表明，如果不及时对熔石英表面微缺陷进行修复或抑制，在激光辐照下缺陷尺寸将呈指数性增长。这将导致透过熔石英的光束质量下降，使光学元件无法满足生产需要而报废。因此，必须设计一种高精度、高效率的方法实现非球面光学元件表面微缺陷的快速定位，以便于后续对缺陷进行激光修复。

光学元件表面微缺陷检测定位的常用方法有目测法和机器视觉检测法。目测法是用光束以一定角度照射元件表面，检测人员在光束反射或透射方向观察呈现亮斑的缺陷，该方法由于操作简便被广泛应用于早期检测中。但单纯通过肉眼识别无法得到缺陷准确的位置、尺寸信息，且效率低下出错率高。

随着技术的发展，机器视觉被引入光学元件表面缺陷的检测中。该检测方法借助高分辨率相机采集光学元件表面图像，经过图像处理得到表面微缺陷的具体位置和尺寸，通过和电控平台的结合可对微缺陷进行定位，易于实现修复的精密化和自动化。但目前对大口径光学元件多采用线阵相机扫描检测，需对光学元件进行逐行扫描拍照并且需要对图像进行拼接，导致检测效率较低。且现阶段检测元件多为平面元件，而非球面元件被检测表面为曲面，根据映射关系在相机成像时曲面信息会转化为平面信息，在此过程中沿光轴方向的深度信息将被压缩，导致定位的准确率低。

发明内容

本发明的目的是为解决现有光学元件表面微缺陷检测效率以及定位准确率低的问题，而提出了一种非球面熔石英元件表面微缺陷快速定位方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种非球面熔石英元件表面微缺陷快速定位方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、以机床的机械零点为原心O，建立机床坐标系O-XYZ，机床坐标系的三轴指向同空间直角坐标系的三轴指向；

步骤二、基于步骤一，使待测熔石英元件位于明场视野中心，利用面阵CCD相机采集待测熔石英元件图像，根据待测熔石英元件的非球面的四条边界线在机床坐标系下的位置，来获得待测熔石英元件的非球面几何中心移动至明场视野中心时，机床在机床坐标系下的坐标；

步骤三、将待测熔石英元件移动至光谱共焦位移测距仪处，对待测熔石英元件的非球面表面的特征点进行测距，获得非球面表面特征点的坐标值；

并利用非球面表面特征点的坐标值，来拟合出待测熔石英元件的非球面在元件坐标系下方程；

步骤四、基于步骤二和步骤三，将待测熔石英元件移至CMOS面阵相机工位进行单幅拍照，对采集的图像进行处理后，将图像的二维信息还原至三维，从而获得待测熔石英元件非球面表面缺陷点的位置信息，并对待测熔石英元件非球面表面缺陷点进行修复。