[发明专利]一种基于移动环形光源的光学表面划痕表征装置及方法

说明书

本发明专利涉及测试计量技术领域，尤其是一种基于移动环形光源的光学表面划痕表征装置及方法，结构上包括上位机、电动照明平移台、照明模块、成像模块、电动聚焦平移台、待测光学元件、电动样品平移台、电机驱动模块；待测光学元件置于电动样品平移台上，照明模块固定在电动照明平移台上，电动照明平移台上可沿照明模块上下移动，调整照明模块与待测光学元件之间的相对位置并调整照明角度，电动聚焦平移台安装于固定的支架上，成像模块可沿电动聚焦平移台上下移动。本发明可使用低分辨率进行表面测量，同时多角度测量提供了更准确的数据，有助于划痕等级反演，具有准确高效的优点。

技术领域

本发明专利涉及测试计量技术领域，具体涉及一种基于移动环形光源的光学表面划痕表征方法及装置，适用于精密光学元件表面划痕的表征。

背景技术

表面光洁度是影响精密光学元件性能的重要参数之一，其性能参数直接影响了集成光学系统的成像质量，比如卫星相机镜头、光刻机镜头、大数值孔径显微物镜等光学系统必须对透镜表面光洁度进行严格的控制。

目前表面光洁度表征一般有人工目测和机器视觉两种方法。人工目测中一般使用强光照射透镜表面，观察并比较划痕与麻点缺陷与标准划痕与麻点的亮度决定缺陷等级，虽然适用范围广，但主观性强，难以定量表征，且工作环境恶劣，人力成本很高，对光学加工企业造成了较大的负担。机器视觉中使用工业相机拍摄透镜表面，基于图像处理技术提取缺陷亮度及形状，计算后确定缺陷等级。目前主要有ISO-10110-7: 2008及MIL-PRF-13830B两种缺陷检测标准。由于划痕一般宽度较小，需要较高分辨率，导致使用ISO-10110-7:2008标准时难以兼顾测量效率及极限划痕等级。尽管MIL-PRF-13830B标准通过划痕亮度可高效表征划痕，但划痕亮度与宽度、深度、照明角度等多种因素有关，单纯使用亮度指标表征划痕误差较大。目前国外已分别基于ISO-10110-7: 2008及MIL-PRF-13830B开发了商业化设备，但市场反馈表明两种类型的设备并不能满足加工检测需求，国内厂家仍然主要依靠人工进行检测，因此迫切需要改进现有测量技术，开发一种新型表面划痕光学表征方法，实现表面划痕的高效、定量测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于移动环形光源的光学表面划痕表征方法及装置，适用于平面、球面精密光学元件表面划痕的高效、定量表征，在光学元件检测中有广阔的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于移动环形光源的光学表面划痕表征装置，包括上位机、电动照明平移台、照明模块、成像模块、电动聚焦平移台、待测光学元件、电动样品平移台、电机驱动模块；

待测光学元件置于电动样品平移台上，上位机通过电机驱动模块驱动电动样品平移台控制待测光学元件移动至用户指定位置；

照明模块固定在电动照明平移台上，电动照明平移台上可沿照明模块上下移动，调整照明模块与待测光学元件之间的相对位置并调整照明角度；

电动聚焦平移台安装于固定的支架上，成像模块可沿电动聚焦平移台上下移动，成像模块位于照明模块上方。

作为更进一步的优选方案，照明模块包括多组LED组成的环形光源、强度检测模块、匀光板及照明驱动模块，匀光板位于环形光源下方，强度检测模块位于匀光板上。

作为更进一步的优选方案，环形光源可为白色或其它单色波长LED，每组LED可单独控制通断。

作为更进一步的优选方案，成像模块包括成像镜头及工业相机，成像镜头为普通机器视觉使用镜头，工业相机像素数目为500万以上。

作为更进一步的优选方案，电动照明平移台、电动聚焦平移台及电动样品平移台分别由闭环步进电机驱动，分辨率高于5 um，重复定位精度高于20 um，各个闭环步进电机均由电机驱动模块控制，其中控制电动照明平移台和电动聚焦平移台的闭环步进电机均安装有刹车。