CN107064173A - 大型平面光学元件表面疵病的检测装置和检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种大型平面光学元件表面疵病的检测装置和检测方法，检测装置由一个待测光学元件模块、两个显微检测模块、一台计算机组成，其中两个检测模块的结构和配置完全相同，二者相对放置，分别位于待测光学元件的两侧，用于对待测光学元件的两个表面同时进行疵病检测，计算机用于对整机进行控制。本发明具有使用简单、元件双面同时检测、占地面积小、检测速度快、使用效率高的特点，尤其适用于大型平面元件在生产过程中或结束后的表面疵病检测。
Description
技术领域
本发明涉及光学检测，特别是一种大型平面光学元件表面疵病的检测装置和检测方法。
技术背景
在激光惯性约束核聚变等高精尖国防大型工程中，大量采用各种不同尺寸的平面光学元件。此类光学元件尺寸较大，且系统对其表面疵病提出了极为苛刻的要求，有必要在生产过程中和生产结束后对光学元件的表面进行严格的疵病检测，因为在高强激光的照射下，疵病的散射会降低光学元件的激光损伤阈值，导致光学元件产生新的损伤，严重影响系统的正常运行。
在先技术中，发明专利“光滑表面疵病的自动化检测方法及其系统”(发明专利号：CN1563957A)，提出一种检测仪和检测方法，该检测仪采用显微镜和多角度照明的冷光源，实现了被检面疵病的散射光的反射式成像；实用新型专利“一种表面瑕疵光学检测装置”(专利号：CN204536217U),提出了一种基于激光扫描的表面缺陷检测装置和方法，能在较短时间内确定光滑表面缺陷的具体位置和类别。上述发明具有一定的优点，但是仍然都存在着不足：对于透射型的大型平面光学元件，必须对其双面进行疵病检测，然而上述两个发明均采用的是元件平躺测量的方式，这样一次仅能测量一个面，测量另外一个面必须人工手动翻面，但大型平面元件重量大，表面容易损坏，翻面操作带来了额外的工作量和损坏元件的风险，大幅降低了工作效率；发明专利“光滑表面疵病的自动化检测方法及其系统”采用光源和显微成像系统固定不动，元件移动的方式实现了元件的全幅面扫描检测，但大型光学元件重达数百公斤，精密二维平移如此重的元件不仅对平移台提出了很高要求，而且此结构需要占用元件双倍尺寸的面积，非常不利于检测仪器的小型化和维护检修；新型专利“一种表面瑕疵光学检测装置”采用激光扫描进行疵病快速检测定位，其结构复杂，造价昂贵，且仅为初检，确定疵病位置后仍然需要传统检测仪器再次检测，因而并未真正提高检测的效率。
发明内容
本发明的目的在于克服了上述在先技术的不足，提供一种大型平面光学元件表面疵病的检测装置和检测方法，该装置具有使用简单、元件双面同时检测、占地面积小、检测速度快、使用效率高的特点，尤其适用于大型平面元件在生产过程中或结束后的表面疵病检测。
本发明的技术解决方案如下：
一种大型平面光学元件表面疵病的检测装置，其特点在于该装置包括一个待测光学元件模块、置于待测光学元件模块两侧的第一显微检测模块、第二显微检测模块和计算机；
所述的待测光学元件模块由待测光学元件、元件上底座和元件下底座三者组成，所述的元件下底座具有承载元件上底座的滑槽，该滑槽的宽度略大于所述的元件上底座下端的宽度，该滑槽的一端安装有元件上底座的限位挡块，所述的待测光学元件竖直地固定在所述的元件上底座上；
所述的第一显微检测模块、第二显微检测模块的结构和配置完全相同，所述的第一显微检测模块、第二显微检测模块均由水平电动导轨、竖直电动导轨、自动调焦控制器和显微成像单元组成，所述的竖直电动导轨垂直地固定在所述的水平电动导轨上，所述的自动调焦控制器安装在所述的竖直电动导轨上，所述的显微成像单元安装在自动调焦控制器上，所述的水平电动导轨和竖直电动导轨驱动所述的自动调焦控制器和显微成像单元在平行于待测光学元件的表面的平面内移动，所述的自动调焦控制器自动控制所述的显微成像单元与所述的待测光学元件的表面之间的距离，使所述的待测光学元件的表面始终处于显微成像单元的焦平面，所述的显微成像单元由水平方向依次的工业相机、显微镜头组和环形照明光源组成；
所述的计算机的输出端与所述的第一显微检测模块的水平电动导轨、竖直电动导轨、自动调焦控制器的控制端相连，和第二显微检测模块的水平电动导轨、竖直电动导轨、自动调焦控制器的控制端相连，所述的工业相机与所述的计算机之间建立通讯联系。
所述的待测光学元件为平面光学玻璃或平面光学晶体。
所述的水平电动导轨、竖直电动导轨为步进电机、伺服电机、直线电机驱动的一维直线导轨。
所述的工业相机为CMOS相机或CCD相机。
所述的环形光源为以LED、光导纤维作为基础单元的环形照明器。
所述的自动调焦控制器为具有距离反馈控制功能的自动调焦控制器。
所述的元件上底座与所述的滑槽的限位挡块之间具有位置到位蜂鸣器。
利用上述大型平面光学元件表面疵病的检测装置对大型平面光学元件表面疵病的检测方法，其特点在于该方法包括下列步骤：
1)放置待测的光学元件：
将待测的光学元件固定在所述的元件上底座上，将元件上底座的下端置于所述的元件下底座的滑槽内，并推动至所述的限位挡块；
2)初始化：
所述的水平电动导轨和竖直电动导轨在计算机的控制下，分别将所述的第一显微检测模块、第二显微检测模块的自动调焦控制器和显微成像单元移动至各自的零位处，为避免光源相互干扰，第一显微检测模块、第二显微检测模块的零位分别位于待测光学元件的两对角，所述的第一显微检测模块、第二显微检测模块的自动调焦控制器在所述的计算机的控制下分别精密调节各自的显微成像单元与待测光学元件的两个表面之间的距离，使所述的显微成像单元对待测光学元件的表面清晰成像；
3)扫描拍摄疵病：
在计算机的控制下，所述的第一显微检测模块、第二显微检测模块的水平电动导轨、竖直电动导轨分别控制各自的显微成像单元在两个平行于所述的待测光学元件的表面的XY平面内逐行移动扫描，在移动扫描过程中，所述的自动调焦控制器持续精密追踪待测光学元件的表面，使所述的待测光学元件的表面始终处于显微镜头组的工作面上，所述的工业相机在设定的网格位置拍摄待测光学元件的表面疵病照片，并将该表面疵病照片的清晰图像传送所述的计算机保存，直至扫描拍摄结束；
4)数据分析：
计算机对所有疵病照片进行数据分析，通过所有疵病照片的自动拼接，得到所述的待测光学元件两个表面的疵病分布。
本发明的技术效果如下：
1)本发明在使用过程中，待测光学元件直接被推入滑槽后即被限制在了特定的位置，无需调整即可进行检测，操作非常方便；
2)本发明中采用双显微模块对工件的两个表面同时进行检测，将检测时间缩短一半，提高了工作效率；
3)本发明的显微检测模块中采用了自动调焦控制器调节调节物镜与工工件表面之间的距离，无需人为调整即可对工件表面准确聚焦，使用便捷；
4)本发明在检测过程中无需移动笨重的光学工件，仅需要移动较为轻巧的显微检测头，没有损坏工件的风险，不仅安全性大幅提高，占地面积也较小，拓展了其使用范围；
总之，本发明具有使用简单、元件双面同时检测、占地面积小、检测速度快、使用效率高的特点，尤其适用于大型平面元件在生产过程中或结束后的表面疵病检测。
附图说明
图1为本发明大型平面光学元件表面疵病的检测装置的实施例的平面结构示意图。
图2为本发明大型平面光学元件表面疵病的检测装置的实施例的三维结构示意图。
图3为显微成像单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步的详细说明。
请参阅图1、图2和图3，由图可见，本发明大型平面光学元件表面疵病的检测装置，包括一个待测光学元件模块S，相对地置于待测光学元件模块S两侧的第一显微检测模块A、第二显微检测模块B和计算机P，
所述的待测光学元件模块S由待测光学元件1、元件上底座2和元件下底座3三者组成，所述的元件下底座3具有承载元件上底座2的滑槽，该滑槽的宽度略大于所述的元件上底座2下端的宽度，该滑槽的一端安装有元件上底座2的限位挡块，所述的待测光学元件1竖直地固定在所述的元件上底座2上；
所述的第一显微检测模块A、第二显微检测模块B的结构和配置完全相同，均由水平电动导轨4、竖直电动导轨5、自动调焦控制器6和显微成像单元7组成，所述的竖直电动导轨5垂直地固定在所述的水平电动导轨4上，所述的自动调焦控制器6安装在所述的竖直电动导轨5上，所述的显微成像单元7安装在自动调焦控制器6上，所述的水平电动导轨4和竖直电动导轨5驱动所述的自动调焦控制器6和显微成像单元7在平行于待测光学元件1的表面的平面内移动，所述的自动调焦控制器6自动控制所述的显微成像单元7与所述的待测光学元件1的表面之间的距离，使所述的待测光学元件1的表面始终处于显微成像单元7的焦平面，所述的显微成像单元7由水平方向依次的工业相机7-1、显微镜头组7-2和环形照明光源7-3组成；
所述的计算机P的输出端与所述的第一显微检测模块A的水平电动导轨4、竖直电动导轨5、自动调焦控制器6的控制端相连，和第二显微检测模块B的水平电动导轨4、竖直电动导轨5、自动调焦控制器6的控制端相连，所述的工业相机7-1与所述的计算机P之间建立通讯联系。
由一个待测光学元件模块S、两个显微检测模块A、B组成和一台计算机P，其中两个检测模块A、B的结构和配置完全相同，二者相对放置，分别位于待测光学元件1的两侧，用于对待测光学元件1的两个表面进行疵病检测,计算机P用于对整个系统进行控制。
待测光学元件模块A由待测光学元件1、元件底座2、滑槽3三者组成，待测光学元件1侧向放置，固定在元件底座2上，滑槽3宽度略大于元件底座2，且在一侧安装有限位的挡块，元件底座2可携带元件，由人工手动推动至滑槽3里的固定位置用于测量。
显微检测模块A和B均由水平电动导轨4、竖直电动导轨5、自动调焦控制器6、显微成像单元7组成，水平和竖直电动导轨4、5驱动自动调焦控制器6和显微成像单元7在平行于元件1表面的平面内移动，逐行扫描拼接后可实现对元件1表面的全面积成像检测。显微成像单元7安装在自动调焦控制器6上，在测试过程中，自动调焦控制器6精密调节显微成像单元7与元件1表面之间的距离，以实现在扫描过程中精密调焦，进而在任何位置均可得到清晰的元件1表面疵病图像。显微成像单元7由工业相机7-1、显微镜头组7-2和环形照明光源7-3组成，工业相机7-1安装在显微镜头组7-2的后方，而环形照明光源7-3固定在显微镜头组7-2的外侧，它们三者组成一套完整的显微成像系统，用于对待测光学元件1表面的疵病进行显微成像。
本发明的工作过程是如下：
1.放置元件。将待测光学元件1连同元件底座2一通放置在滑槽3内，并将其推动至滑槽3限位挡块处。待测光学元件1被推入滑槽3后就被限制在了特定的位置，因此无需调整，操作非常方便。
2.初始化。水平电动导轨4和竖直电动导轨5在计算机P的控制下，分别将显微检测模块A、B的自动调焦控制器6和显微成像单元7移动至各自的零位处。为避免光源相互干扰，显微检测模块A、B的零位分别位于待测光学元件的对角。显微检测模块A、B的自动调焦控制器6分别精密调节各自的显微成像单元7与待测光学元件1的两个表面之间的距离，使得显微成像单元对元件1表面清晰成像。
3.扫描拍摄疵病。在计算机P的控制下，显微检测模块A、B的水平、竖直导轨4、5分别控制各自的显微成像单元7逐行移动扫描，在移动过程中，一方面工业相机7-1在特定的网格位置拍摄待测光学元件1表面疵病照片，另一方面自动调焦控制器6持续精密追踪待测光学元件1的表面，使得光学元件1的表面一直位于显微镜头组7-2的工作面上，移动过程中始终可以获得清晰图像。
4.数据分析。拍摄过程完成后，计算机P收集工业相机7-1拍摄的所有疵病照片，进行事后数据分析，得到待测光学元件表面疵病分布。
本发明大型平面光学元件表面疵病的检测装置及方法，具有自动化程度高、人工操作简单、使用操作便利、检测速度快、效率高等诸多优点，尤其适用于大型平面光学元件的生产厂家，采用此装置快速检测生产过程中对元件进行快速高效表面疵病检测，最大限度降低产品次品率，提升产品品质。
Claims (8)
1.一种大型平面光学元件表面疵病的检测装置，其特征在于该装置包括一个待测光学元件模块(S)、相对地置于待测光学元件模块(S)两侧的第一显微检测模块(A)、第二显微检测模块(B)和计算机(P)，
所述的待测光学元件模块(S)由待测光学元件(1)、元件上底座(2)和元件下底座(3)三者组成，所述的元件下底座(3)具有承载元件上底座(2)的滑槽，该滑槽的宽度略大于所述的元件上底座(2)下端的宽度，该滑槽的一端安装有元件上底座(2)的限位挡块，所述的待测光学元件(1)竖直地固定在所述的元件上底座(2)上；
所述的第一显微检测模块(A)、第二显微检测模块(B)的结构和配置完全相同，均由水平电动导轨(4)、竖直电动导轨(5)、自动调焦控制器(6)和显微成像单元(7)组成，所述的竖直电动导轨(5)垂直地固定在所述的水平电动导轨(4)上，所述的自动调焦控制器(6)安装在所述的竖直电动导轨(5)上，所述的显微成像单元(7)安装在自动调焦控制器(6)上，所述的水平电动导轨(4)和竖直电动导轨(5)驱动所述的自动调焦控制器(6)和显微成像单元(7)在平行于待测光学元件(1)的表面的平面内移动，所述的自动调焦控制器(6)自动控制所述的显微成像单元(7)与所述的待测光学元件(1)的表面之间的距离，使所述的待测光学元件(1)的表面始终处于显微成像单元(7)的焦平面，所述的显微成像单元(7)由水平方向依次的工业相机(7-1)、显微镜头组(7-2)和环形照明光源(7-3)组成；
所述的计算机(P)的输出端与所述的第一显微检测模块(A)的水平电动导轨(4)、竖直电动导轨(5)、自动调焦控制器(6)的控制端相连，和第二显微检测模块(B)的水平电动导轨(4)、竖直电动导轨(5)、自动调焦控制器(6)的控制端相连，所述的工业相机(7-1)与所述的计算机(P)之间建立通讯联系。
2.根据权利要求1所述的大型平面光学元件表面疵病的检测装置，其特征在于所述的待测光学元件为平面光学玻璃或平面光学晶体。
3.根据权利要求1所述的大型平面光学元件表面疵病的检测装置，其特征在于所述的水平电动导轨、竖直电动导轨为步进电机、伺服电机、直线电机驱动的一维直线导轨。
4.根据权利要求1所述的大型平面光学元件表面疵病的检测装置，其特征在于所述的工业相机为CMOS相机或CCD相机。
5.根据权利要求1所述的大型平面光学元件表面疵病的检测装置，其特征在于所述的环形光源为以LED、光导纤维作为基础单元的环形照明器。
6.根据权利要求1所述的大型平面光学元件表面疵病的检测装置，其特征在于所述的自动调焦控制器为具有距离反馈控制功能的自动调焦控制器。
7.根据权利要求1所述的大型平面光学元件表面疵病的检测装置，其特征在于所述的元件上底座与所述的滑槽的限位挡块之间具有位置到位蜂鸣器。
8.利用权利要求1所述的大型平面光学元件表面疵病的检测装置对大型平面光学元件表面疵病的检测方法，其特征在于该方法包括下列步骤：
1)放置待测的光学元件：
将待测的光学元件(1)固定在所述的元件上底座(2)上，将元件上底座(2)的下端置于所述的元件下底座(3)的滑槽内，并推动至所述的限位挡块；
2)初始化：
所述的水平电动导轨(4)和竖直电动导轨(5)在计算机(P)的控制下，分别将所述的第一显微检测模块(A)、第二显微检测模块(B)的自动调焦控制器(6)和显微成像单元(7)移动至各自的零位处，为避免光源相互干扰，第一显微检测模块(A)、第二显微检测模块(B)的零位分别位于待测光学元件(1)的两对角，所述的第一显微检测模块(A)、第二显微检测模块(B)的自动调焦控制器(6)在所述的计算机(P)的控制下分别精密调节各自的显微成像单元(7)与待测光学元件(1)的两个表面之间的距离，使所述的显微成像单元(7)对待测光学元件(1)的表面清晰成像；
3)扫描拍摄疵病：
在计算机(P)的控制下，所述的第一显微检测模块(A)、第二显微检测模块(B)的水平电动导轨(4)、竖直电动导轨(5)分别控制各自的显微成像单元(7)在两个平行于所述的待测光学元件(1)的表面的XY平面内逐行移动扫描，在移动扫描过程中，所述的自动调焦控制器(6)持续精密追踪待测光学元件(1)的表面，使所述的待测光学元件(1)的表面始终处于显微镜头组(7-2)的工作面上，所述的工业相机(7-1)在设定的网格位置拍摄待测光学元件(1)的表面疵病照片，并将该表面疵病照片的清晰图像传送所述的计算机(P)保存，直至扫描拍摄结束；
4)数据分析：
计算机(P)对所有疵病照片进行数据分析，通过所有疵病照片的自动拼接，得到所述的待测光学元件(1)两个表面的疵病分布。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170818 |