CN102528639B - 大口径平面光学元件抛光盘表面平整性在线检测系统 - Google Patents

Abstract

大口径平面光学元件抛光盘表面平整性在线检测系统，涉及一种光学元件的检测。设有2个DSP摄像头、支撑架、数据传输装置和计算机；所述支撑架固定在防震块上，所述支撑架和防震块一起锁于机床床身上并处于竖直方向，所述2个DSP摄像头设于支撑架下方，2个DSP摄像头间的距离为人眼距离，每个DSP摄像头与水平方向呈5～10°角，2个DSP摄像头的重合拍摄区域径向长度为抛光盘的半径，通过设置抛光机床旋转轴的转速以及2个DSP摄像头同时拍摄的时间，产生2张不同角度的画面形成视差，然后通过数据传输装置将采集到的2张带有视差的图像输出至计算机进行处理。

Description

大口径平面光学元件抛光盘表面平整性在线检测系统

技术领域

本发明涉及一种光学元件的检测，尤其是涉及一种大口径平面光学元件抛光盘表面平整性在线检测系统。

背景技术

超精密表面在各工业领域中都有广泛的应用，目前主要集中在两个方面：一是以强激光、短波光学等为代表的工程光学领域，如：激光聚变系统、紫外光学系统、X射线光学系统、X射线激光系统、高温等离子体诊断等光学领域。在这类系统中，为了减小散射损失，提高抗破坏阈值所用的光学组件都应精密和光滑。二是以磁记录头、大规模集成电路基片等器件为主的电子工业领域。现代科学技术的不断发展对超精密表面的需求越来越多，与之相应的加工技术就称为超精密表面加工技术。近年来，超精密表面加工技术作为超精加工技术领域的一个重要分支得到了很大的发展，许多国家都纷纷投入大量人力、物力、财力开展这方面的研究工作，使其成为加工领域争先发展的热点。美国、英国、日本、德国、荷兰等发达国家的超精密加工技术居世界前列。超精密表面在现代光学及光电子学科领域的作用愈来愈重要，特别是在国家战略层面上。

现今许多大型系统需要大量的大口径高精度平面光学元件就需要超精密表面加工技术进行加工。在大口径高精度平面光学元件的加工中，抛光是一种非常重要的技术，化学机械抛光(CMP)已经被广泛应用到大口径平面光学元件的抛光中，而抛光盘表面平整性在大口径平面光学元件的化学机械抛光中起着重要作用，加工区域中的抛光粉磨粒借助抛光盘上粘贴的抛光垫的支撑作用，对工件表面刮擦来实现材料去除。因而，当抛光垫粘贴不均匀导致抛光盘表面不平整出现凹凸不平的状况时会严重影响工件的加工质量。

中国专利200580033336.7公开一种自动3D成像的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对大口径平面光学元件抛光中抛光垫粘贴不均匀造成抛光盘表面不平整而出现凹凸不平最终影响工件加工质量等问题，提供一种大口径平面光学元件抛光盘表面平整性在线检测系统，用于采集抛光前或抛光中抛光盘表面平整性三维图像，然后根据测量的抛光盘平整性三维图像与系统自带的面形数据库中的面形图比较，确定是否进行抛光垫修整及修整时修整轴需要倾斜的角度。

本发明设有2个DSP摄像头、支撑架、数据传输装置和计算机；所述支撑架固定在防震块上，所述支撑架和防震块一起锁于机床床身上并处于竖直方向，所述2个DSP摄像头设于支撑架下方，2个DSP摄像头间的距离为人眼距离，每个DSP摄像头与水平方向呈5～10°角，2个DSP摄像头的重合拍摄区域径向长度为抛光盘的半径，通过设置抛光机床旋转轴的转速以及2个DSP摄像头同时拍摄的时间，产生2张不同角度的画面形成视差，然后通过数据传输装置将采集到的2张带有视差的图像输出至计算机进行处理。

所述支撑架可通过螺钉固定在防震块上。

所述计算机进行处理并生成3D图像的方法可参见照中国专利200580033336.7所公开的一种自动3D成像的方法，该方法的一般处理步骤为：

1)传感器系统(相当于本发明中的DSP摄像机)用于获取据以要创建3D图像的场景的两个交叠的数字图像；

2)处理系统对每个图像进行校正，以去除透镜失真的效果或者使透镜失真的效果最小化；

3)输入传感器系统到场景中的对象的距离值；

4)处理系统利用传感器系统的相对位置和取向的信息来确定数字图像的水平交叠度；

5)处理系统利用传感器系统的相对位置和取向的信息来确定数字图像的垂直交叠度；

6)通过处理系统来确定立体视差的每个图像的水平交叠区域和垂直交叠区域的信息；

7)处理系统搜索每个图像中的处理区域，并且识别每个图像中的对应点之间的视差；

8)利用传感器系统的视线的相对位置和取向信息，处理系统将视差信息转换成相对于传感器系统的空间位置，由此创建3D图像。

随后，系统根据测量生成的抛光盘平整性三维图像与系统自带的面形数据库中的面形图比较，确定是否进行抛光垫修整以及修整时修整轴需要倾斜的角度

本发明的设计原理是，将人眼立体成像技术应用于大口径平面光学元件抛光盘表面平整性的检测。人眼立体成像的原理：人的双眼基本处于同一平面，但两眼间有一定的间距，因此观看物体时视线会形成一个交叉角度，角度越大，立体感和距离感就越强。由于交叉角度的存在，双眼看到的画面并不相同，也就是产生了“视差”，两幅具有视差的画面经过大脑处理后才能得到完整的立体景象。双镜头成像系统是模仿人的两只眼睛获取图像的原理，两个镜头之间的距离及其视线之间的夹角和距离模仿人的两个眼球动作，随着拍摄物体的距离变化不断进行调整，以使拍摄的两个图像的视差与人眼直接观看的视差相同，然后将拍摄的两个图像进行处理后达到3D成像的效果。

本发明所具有的优点如下：

1)可检测抛光盘平整性

根据两个DSP摄像头不同角度拍摄抛光盘局部表面形貌图并且经过处理后得到光学元件抛光前或者抛光中的抛光盘局部表面三维面形图，系统根据测量的抛光盘平整性三维图像与系统自带的面形数据库中的面形图比较，确定是否进行抛光垫修整以及修整时修整轴需要倾斜的角度；

2)镜头可更换，精度高

可根据抛光垫材料的不同选择相应精度的镜头，甚至显微镜头，以保证所采集的图像的精度。

3)结构简单，操作方便

本发明包含2个DSP摄像头、支撑架、数据传输装置和计算机。结构简单，易与抛光夹具结合，操作简单方便。

附图说明

图1为本发明实施例中抛光垫平整性检测系统的工作示意图。

图2为本发明实施例中抛光垫平整性检测系统图像采集后的处理框图。

以下给出各图中的主要配件的代号：

在图1和2中，各标记为：1抛光盘、2抛光垫、3工件、4抛光夹具、5机床床身、6抛光机床旋转轴、7支撑架、8DSP摄像头、9旋转轴、10数据传输装置、11计算机、12防震块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步阐述。

参见图1和2，本发明实施例设有2个DSP摄像头8、支撑架7、数据传输装置10和计算机11；所述支撑架7固定在防震块12上，所述支撑架7和防震块12一起锁于机床床身5上并处于竖直方向，所述2个DSP摄像头8设于支撑架7下方，2个DSP摄像头8间的距离为人眼距离，每个DSP摄像头8与水平方向呈5～10°角，2个DSP摄像头8的重合拍摄区域径向长度为抛光盘1的半径，通过设置抛光机床旋转轴6的转速以及2个DSP摄像头8同时拍摄的时间，产生2张不同角度的画面形成视差，然后通过数据传输装置10将采集到的2张带有视差的图像输出至计算机11进行处理。

所述支撑架7通过螺钉固定在防震块12上。

本发明工作前，利用刻度盘调节好2个DSP摄像头8的倾斜角度并设置好2个DSP摄像头8的间距后用螺钉锁紧固定在支撑架7下方。每个DSP摄像头与水平方向呈5～10°角，2个DSP摄像头8间距为人眼距离，而且2个DSP摄像头8视角下方的重合区域径向宽度等于抛光盘1的半径，调节好支撑架7的平衡以及2个DSP摄像头8的焦距后，将支撑架7通过螺钉固定在防震块12上并一起锁于机床床身5上，由于测量所用的2个DSP摄像头8都固定在支撑架7下方，因此应该保证其在机床床身5上的安装精度。

当工作时，抛光盘1和抛光垫2在旋转轴9的带动下做旋转运动，旋转轴9旋转速度、2个DSP摄像头8同时摄像的时间可以设置使得抛光盘1以及抛光垫2每个区域经过DSP摄像头8下方时，都能获得两个不同角度的拍摄图像，采集到的二维图像的后续处理步骤如图2(本发明实施例中抛光垫平整性检测系统图像采集后的处理框图)所示，其中3D成像方法的具体步骤为：

(1)将两个DSP摄像头8中采集的图像数据通过数据传输装置10传输至计算机11中；

(2)对每个图像进行校正，以去除透镜失真的效果或者使透镜失真的效果最小化；

(2)输入DSP摄像头8与抛光垫2之间的距离数据；

(3)利用两个DSP摄像头8的相对位置和取向的信息来确定数字图像的水平交叠度；

(4)利用两个DSP摄像头8的相对位置和取向的信息来确定数字图像的垂直交叠度；

(5)确定立体视差的每个图像的水平交叠区域和垂直交叠区域的信息；

(6)搜索每个图像中的处理区域，并且识别每个图像中的对应点之间的视差；

(7)利用DSP摄像头8的视线的相对位置和取向信息，将视差信息转换成相对于DSP摄像头8的空间位置，由此创建3D图像。

采集的二维图像经过3D成像方法后输出抛光盘平整性三维图像，随后，系统根据测量生成的抛光盘平整性三维图像与系统自带的面形数据库中的面形图比较，确定是否进行抛光垫修整以及修整时修整轴需要倾斜的角度。

由于抛光垫2的材料有差别，对DSP摄像头8的分辨率也会有区别，精度要求最高的时候可以更换显微镜头，以保证测量的准确性。

Claims (1)

1.大口径平面光学元件抛光盘表面平整性在线检测系统，其特征在于设有2个DSP摄像头、支撑架、数据传输装置和计算机；所述支撑架固定在防震块上，所述支撑架和防震块一起锁于机床床身上并处于竖直方向，所述2个DSP摄像头设于支撑架下方，2个DSP摄像头间的距离为人眼距离，每个DSP摄像头与水平方向呈5～10°角，2个DSP摄像头的重合拍摄区域径向长度为抛光盘的半径，通过设置抛光机床旋转轴的转速以及2个DSP摄像头同时拍摄的时间，产生2张不同角度的画面形成视差，然后通过数据传输装置将采集到的2张带有视差的图像输出至计算机进行处理；所述支撑架通过螺钉固定在防震块上。