CN112611741A - 一种用于光学元件表面荧光特性颗粒检测的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光学元件表面荧光特性颗粒检测的装置及方法，包括：紫外荧光成像系统，其连接有控制电脑；运动机构，紫外荧光成像系统设置在运动机构上；将紫外荧光成像系统固定于运动机构上，将光学元件放置于底座内；通过运动机构的支架调整紫外荧光成像系统与光学元件的距离，使其成像最清晰；控制电脑控制紫外荧光成像系统，使用CCD相机拍照并分析检测结果；通过运动机构的纵向导轨、横向导轨和竖直导轨移动紫外荧光成像系统，并重复进行拍照分析，完成对光学元件的抽样检测。本发明可根据成像镜头的工作距离，通过运动机构调节紫外荧光成像系统与光学元件之间的距离。本发明检测方法为无损检测，与光学元件无接触，无二次污染产生。

Description

一种用于光学元件表面荧光特性颗粒检测的装置及方法

技术领域

本发明属于光学元件检测技术领域，更具体地说，本发明涉及一种用于光学元件表面荧光特性颗粒检测的装置及方法。

背景技术

高功率固体激光装置的建造需要数量巨大、种类繁多的光学元件，以NIF为例，全装置共包含7460块大口径光学元件(0.5～1.0m)，使其不仅成为世界最大的激光器，也是迄今为止最大的光学系统。激光装置在高通量运行条件下，光学元件表面的颗粒污染物在强激光的作用下会诱导损伤，是导致局部破坏的主要因素。因此，对光学元件的表面污染情况进行检测是非常有必要的。光学元件从制造到运输再到装校，整个过程中人是最大的污染源，80％以上的粒子都是由人产生和散布的，而由人产生的所有粒子都具有荧光性，因此对光学元件表面荧光特性颗粒进行检测对于控制光学元件表面洁净度非常重要。另外，光学元件造价非常昂贵，其中一部分还是镀膜元件，这就意味着对于光学元件表面颗粒检测只能采用非接触式无损检测。中国专利——检测精密光学元件表面颗粒物的在线检测系统及应用方法(CN201611233039.3)中采用暗场成像的方式来检测光学元件表面颗粒，但该装置属于固定安装的在线检测设备，不能随意移动，且该装置对于环境要求较高，拍摄环境中不能有其他杂散光源，再者，该方法的检测结果误差较大，检测到的颗粒尺寸较实际的颗粒尺寸偏大2-3倍。所以发明一套便携、误差更小、对环境要求较低的用于光学元件表面颗粒无接触式检测的装置及方法成为目前光学元件表面洁净检测急需解决的问题。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于光学元件表面荧光特性颗粒检测的装置，包括：

紫外荧光成像系统，其连接有控制电脑；

运动机构，所述紫外荧光成像系统设置在运动机构上。

优选的是，其中，所述紫外荧光成像系统的结构包括：

CCD相机，其下方固定设置有成像镜头，所述成像镜头下方固定设置有环形紫外光源。

优选的是，其中，所述运动机构的结构包括：

框架结构的底座，其上设置有两个平行布置的纵向导轨；

横向导轨，其两端分别设置有滑块Ⅰ，所述横向导轨通过滑块Ⅰ滑动设置在两个纵向导轨上；

滑块Ⅱ，其滑动设置在所述横向导轨上，且所述滑块Ⅱ上固定设置有竖直导轨，所述竖直导轨上滑动设置有支架，所述紫外荧光成像系统安装在支架上。

优选的是，其中，所述支架的结构包括：

相机板，其上设置有滑槽，所述相机板通过滑槽与所述竖直导轨滑动连接且所述荧光成像系统安装在相机板下端；

所述相机板两侧固定设置有夹持板，所述夹持板上螺纹连接有调节旋钮，所述调节旋钮的端部与竖直导轨相抵接。

优选的是，其中，所述底座一侧还设置有光学元件夹持机构，所述光学元件夹持机构的结构包括：

夹持底座，其上设置有两个夹持导轨，所述夹持导轨上滑动设置有夹持滑块；

所述夹持滑块前端设置有两个夹持腔，所述夹持腔中固定设置有导向杆，所述导向杆上套设有复位弹簧；两个L型夹持片，其一端分别设置在所述夹持腔中，且所述L型夹持片活动套设在导向杆上，且L型夹持片与所述复位弹簧相抵接；夹持螺杆，其与所述夹持滑块为螺纹连接，所述夹持螺杆的端部与L型夹持片侧面接触。

优选的是，其中，所述底座内设置有支撑机构，所述支撑机构的结构包括：

支撑底座，其两侧固定设置有支撑块；

放件平台，其位于所述支撑底座的正上方，且所述放件平台上设置有凸台，所述放件平台两端分别转动连接有调节螺杆；

所述调节螺杆上设置有与放件平台上表面相抵接的限位层，所述调节螺杆穿过放件平台两端并与所述支撑块螺纹连接；

缓冲弹簧，其套设在所述调节螺杆上，且所述缓冲弹簧两端分别与支撑块上表面和放件平台下表面相抵接。

优选的是，其中，所述环形紫外光源波长为365nm。

一种用于光学元件表面荧光特性颗粒检测的方法，包括以下步骤：

步骤一、将紫外荧光成像系统固定于运动机构的支架上，再将光学元件放置于底座内；

步骤二、通过运动机构的支架调整紫外荧光成像系统与光学元件之间的距离，使其成像最清晰；

步骤三、通过控制电脑软件控制紫外荧光成像系统，使用CCD相机拍照并分析检测结果；

步骤四、通过运动机构的纵向导轨、横向导轨和竖直导轨移动紫外荧光成像系统，并重复步骤三，完成对光学元件的抽样检测。

优选的是，其中，所述步骤一中，拧紧调节旋钮使相机板固定在竖直导轨上，然后使用螺栓将紫外荧光成像系统固定在相机板下端；放置光学元件的方法为：先将光学元件放置在两个L型夹持片上，拧紧夹持螺杆，使两个L型夹持片夹持光学元件两侧端部；然后沿夹持导轨滑动夹持滑块，使夹持机构将光学元件运送至放件平台上方，随后拧松夹持螺杆，使光学元件脱离L型夹持片的夹持，将光学元件放置于凸台表面，最后将夹持滑块移开；当需要调节光学元件的放置高度时，可以通过拧动调节螺杆，使光学元件的高度上升或下降，以满足紫外荧光成像系统的成像要求；

所述步骤二中调整紫外荧光成像系统与光学元件之间的距离的方法为：拧松调节旋钮，沿竖直导轨移动相机板和紫外荧光成像系统，拧紧调节旋钮后，即可将紫外荧光成像系统固定在新的位置；

所述步骤四中，沿纵向导轨移动横向导轨改变紫外荧光成像系统的纵向位置；沿纵向导轨移动滑块Ⅱ改变紫外荧光成像系统的横向位置；沿竖直导轨移动紫外荧光成像系统改变紫外荧光成像系统与光学元件之间的距离。

本发明至少包括以下有益效果：本发明的运动机构可控制紫外荧光成像系统在光学元件上方运动到不同的位置，从而可完成对大口径光学元件表面的抽样检测。检测时整个紫外荧光成像系统通过运动机构上的支架悬空于光学元件上方，根据成像镜头的工作距离，通过运动机构调节紫外荧光成像系统与光学元件之间的距离。本检测方法为无损检测，与光学元件无接触，无二次污染产生。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明：

图1为本发明提供的用于光学元件表面荧光特性颗粒检测的装置结构示意图；

图2为本发明提供的运动机构结构示意图；

图3本发明提供的紫外荧光成像系统爆炸视图；

图4为本发明提供的运动机构、夹持机构和支撑机构结构示意图；

图5为发明提供的夹持机构结构示意图；

图6为本发明提供的支撑机构的的结构示意图；

图7为使用本发明提供的检测装置和方法检测的光学元件试件Ⅰ的颗粒分布柱状图；

图8为使用本发明提供的检测装置和方法检测的光学元件试件Ⅰ的颗粒检测成像图；

图9为使用本发明提供的检测装置和方法检测的光学元件试件Ⅱ的颗粒分布柱状图；

图10为使用本发明提供的检测装置和方法检测的光学元件试件Ⅱ的颗粒检测成像图；

图11为使用本发明提供的检测装置和方法检测的光学元件试件Ⅲ的颗粒分布柱状图；

图12为使用本发明提供的检测装置和方法检测的光学元件试件Ⅲ的颗粒检测成像图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-6所示：本发明的一种用于光学元件表面荧光特性颗粒检测的装置，包括：

紫外荧光成像系统1，其连接有控制电脑3；

运动机构2，所述紫外荧光成像系统设置在运动机构2上。

在上述技术方案中，所述紫外荧光成像系统的结构包括：

CCD相机9，其下方固定设置有成像镜头8，所述成像镜头8下方固定设置有环形紫外光源7。

工作原理：具备荧光特性的颗粒在环形紫外光源的照射下，吸收紫外光并发射可见光(荧光)，成像镜头8和CCD相机9捕捉来自颗粒发射的可见光，形成图像传送至控制电脑3中，通过软件即可分析出其表面荧光特性颗粒的数量、粒径分布及粒子浓度等检测结果。运动机构2可控制紫外荧光成像系统在光学元件上方运动到不同的位置，从而可完成对大口径光学元件表面的抽样检测。检测时整个紫外荧光成像系统1通过运动机构2上悬空于光学元件上方，根据成像镜头8的工作距离，通过运动机构调节紫外荧光成像系统1与光学元件之间的距离。本检测装置为无损检测，与光学元件无接触，无二次污染产生。

在上述技术方案中，所述运动机构的结构包括：

框架结构的底座4，其上设置有两个平行布置的纵向导轨41；

横向导轨10，其两端分别设置有滑块Ⅰ101，所述横向导轨10通过滑块Ⅰ101滑动设置在两个纵向导轨41上；

滑块Ⅱ11，其滑动设置在所述横向导轨10上，且所述滑块Ⅱ上固定设置有竖直导轨12，所述竖直导轨12上滑动设置有支架，所述紫外荧光成像系统安装在支架上。通过沿纵向导轨10移动横向导轨41，可改变紫外荧光成像系统1的纵向位置；通过沿横向导轨移动滑块Ⅱ11，可改变紫外荧光成像系统1的横向位置；通过沿竖直导轨12移动支架，可改变紫外荧光成像系统1与光学元件之间的距离。通过上述对紫外荧光成像系统位置的调节，可以对大口径光学元件表面的荧光特性颗粒进行抽样检测。

在上述技术方案中，所述支架的结构包括：

相机板13，其上设置有滑槽，所述相机板13通过滑槽与所述竖直导轨12滑动连接，且所述紫外荧光成像系统1安装在相机板13下端；

所述相机板13两侧固定设置有夹持板132，所述夹持板132上螺纹连接有调节旋钮14，所述调节旋钮14的端部与竖直导轨12相抵接。通过夹持板132和调节旋钮14可以将相机板13的竖直位置固定。

在上述技术方案中，所述底座4一侧还设置有光学元件夹持机构，所述光学元件夹持机构的结构包括：

夹持底座15，其上设置有两个夹持导轨151，所述夹持导轨151上滑动设置有夹持滑块16；

所述夹持滑块16前端设置有两个夹持腔161，所述夹持腔161中固定设置有导向杆162，所述导向杆162上套设有复位弹簧17；两个L型夹持片18，其一端分别设置在所述夹持腔161中，且所述L型夹持片18活动套设在导向杆162上，且L型夹持片18与所述复位弹簧17相抵接；夹持螺杆19，其与所述夹持滑块16为螺纹连接，所述夹持螺杆19的端部与L型夹持片18侧面接触。L型夹持片18用于对光学元件两侧端面进行夹持，从而不会污染到光学元件待检测的表面，同时这种夹持方式稳固可靠，相比于现有技术中的光学元件夹持装置，本发明的夹持机构运送光学元件的过程更平稳，也不会对光学元件待检测的表面产生污染。复位弹簧17用于提供复位弹力，使L型夹持片18对光学元件夹持完成后，随着夹持螺杆19的拧动可以恢复至初始位置；同时复位弹簧17可以有效缓冲两个L型夹持片18夹持光学元件过程前的运动，避免夹持螺杆19拧动幅度过大对光学元件两端端面造成损坏。

在上述技术方案中，所述底座4内设置有支撑机构，所述支撑机构的结构包括：

支撑底座20，其两侧固定设置有支撑块201；

放件平台21，其位于所述支撑底座20的正上方，且所述放件平台21上设置有凸台211，所述放件平台21两端分别转动连接有调节螺杆22；

所述调节螺杆22上设置有与放件平台21上表面相抵接的限位层221，所述调节螺杆22穿过放件平台21两端并与所述支撑块201螺纹连接；

缓冲弹簧23，其套设在所述调节螺杆22上，且所述缓冲弹簧23两端分别与支撑块201上表面和放件平台21下表面相抵接。支撑机构用于调节光学元件的竖直高度，以满足紫外荧光成像系统1的成像要求，比如在紫外荧光成像系统1处于最低高度时，向下拧动调节螺杆22还能够使光学元件高度下降；缓冲弹簧23用于对放件平台21和光学元件形成支撑，同时由于缓冲弹簧23的弹力作用，可以保证调节光学元件高度过程的稳定性，相比于直接将光学元件放置在底座内的放置方法，本发明通过设置夹持机构和支撑机构，可以防止在光学元件放置过程中碰撞损坏现象的发生，对光学元件进行了有效的保护。凸台211的设置，当光学元件底面接触凸台211后，两个L型夹持片18可分别从凸台211两侧移开，便于脱离对光学元件的夹持。

在上述技术方案中，所述环形紫外光源波长为365nm。

一种用于光学元件表面荧光特性颗粒检测的方法，包括以下步骤：

步骤一、将紫外荧光成像系统1固定于运动机构2的支架上，再将光学元件放置于底座4内；

步骤二、通过运动机构2的支架调整紫外荧光成像系统1与光学元件之间的距离，使其成像最清晰；

步骤三、通过控制电脑软件控制紫外荧光成像系统，使用CCD相机9拍照并分析检测结果；

步骤四、通过运动机构1的纵向导轨41、横向导轨10和竖直导轨12移动紫外荧光成像系统1，并重复步骤三，完成对光学元件的抽样检测。

在上述技术方案中，所述步骤一中，拧紧调节旋钮14使相机板13固定在竖直导轨12上，然后使用螺栓将紫外荧光成像系统1固定在相机板13下端；放置光学元件的方法为：先将光学元件放置在两个L型夹持片18上，拧紧夹持螺杆19，使两个L型夹持片18夹持光学元件两侧端部；然后沿夹持导轨151滑动夹持滑块16，使夹持机构将光学元件运送至放件平台21上方，随后拧松夹持螺杆19，使L型夹持片脱离18对光学元件的夹持，将光学元件放置于凸台211表面，最后将夹持滑块16移开；当需要调节光学元件的放置高度时，可以通过拧动调节螺杆22，使光学元件的高度上升或下降，以满足紫外荧光成像系统1的成像要求；

所述步骤二中调整紫外荧光成像系统1与光学元件之间的距离的方法为：拧松调节旋钮14，沿竖直导轨12移动相机板13和紫外荧光成像系统1，拧紧调节旋钮14后，即可将紫外荧光成像系统1固定在新的位置；

所述步骤四中，沿纵向导轨41移动横向导轨10可改变紫外荧光成像系统1的纵向位置；沿纵向导轨41移动滑块Ⅱ11可改变紫外荧光成像系统1的横向位置；沿竖直导轨12移动紫外荧光成像系统1改变紫外荧光成像系统1与光学元件之间的距离。

图7、图9、图11分别为使用本发明提供的检测装置和方法检测的光学元件试件Ⅰ、试件Ⅱ和试件Ⅲ的颗粒分布柱状图，图中横坐标为荧光特性颗粒粒径大小，纵坐标为每平方厘米荧光特性颗粒分布数量，图8、图10、图12分别为对应试件Ⅰ、试件Ⅱ和试件Ⅲ的成像照片，从图中7～图12可以看出：试件Ⅰ和试件Ⅱ光学元件表面的荧光特性颗粒较少，且粒径较小，试件Ⅲ光学元件表面尺寸20um～100um的荧光特性颗粒分布较多。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种用于光学元件表面荧光特性颗粒检测的装置，其特征在于，包括：

紫外荧光成像系统，其连接有控制电脑；

运动机构，所述紫外荧光成像系统设置在运动机构上。

2.如权利要求1所述的用于光学元件表面荧光特性颗粒检测的装置，其特征在于，所述紫外荧光成像系统的结构包括：

CCD相机，其下方固定设置有成像镜头，所述成像镜头下方固定设置有环形紫外光源。

3.如权利要求1所述的用于光学元件表面荧光特性颗粒检测的装置，其特征在于，所述运动机构的结构包括：

框架结构的底座，其上设置有两个平行布置的纵向导轨；

横向导轨，其两端分别设置有滑块Ⅰ，所述横向导轨通过滑块Ⅰ滑动设置在两个纵向导轨上；

滑块Ⅱ，其滑动设置在所述横向导轨上，且所述滑块Ⅱ上固定设置有竖直导轨，所述竖直导轨上滑动设置有支架，所述紫外荧光成像系统安装在支架上。

4.如权利要求3所述的用于光学元件表面荧光特性颗粒检测的装置，其特征在于，所述支架的结构包括：

相机板，其上设置有滑槽，所述相机板通过滑槽与所述竖直导轨滑动连接且所述荧光成像系统安装在相机板下端；

所述相机板两侧固定设置有夹持板，所述夹持板上螺纹连接有调节旋钮，所述调节旋钮的端部与竖直导轨相抵接。

5.如权利要求3所述的用于光学元件表面荧光特性颗粒检测的装置，其特征在于，所述底座一侧还设置有光学元件夹持机构，所述光学元件夹持机构的结构包括：

夹持底座，其上设置有两个夹持导轨，所述夹持导轨上滑动设置有夹持滑块；

所述夹持滑块前端设置有两个夹持腔，所述夹持腔中固定设置有导向杆，所述导向杆上套设有复位弹簧；两个L型夹持片，其一端分别设置在所述夹持腔中，且所述L型夹持片活动套设在导向杆上，且L型夹持片与所述复位弹簧相抵接；夹持螺杆，其与所述夹持滑块为螺纹连接，所述夹持螺杆的端部与L型夹持片侧面接触。

6.如权利要求5所述的用于光学元件表面荧光特性颗粒检测的装置，其特征在于，所述底座内设置有支撑机构，所述支撑机构的结构包括：

支撑底座，其两侧固定设置有支撑块；

放件平台，其位于所述支撑底座的正上方，且所述放件平台上设置有凸台，所述放件平台两端分别转动连接有调节螺杆；

所述调节螺杆上设置有与放件平台上表面相抵接的限位层，所述调节螺杆穿过放件平台两端并与所述支撑块螺纹连接；

缓冲弹簧，其套设在所述调节螺杆上，且所述缓冲弹簧两端分别与支撑块上表面和放件平台下表面相抵接。

7.如权利要求2所述的用于光学元件表面荧光特性颗粒检测的装置，其特征在于，所述环形紫外光源波长为365nm。

8.一种用于光学元件表面荧光特性颗粒检测的方法，包括使用权利要求1-7任一项所述的用于光学元件表面荧光特性颗粒检测的装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将紫外荧光成像系统固定于运动机构的支架上，再将光学元件放置于底座内；

步骤二、通过运动机构的支架调整紫外荧光成像系统与光学元件之间的距离，使其成像最清晰；

步骤三、通过控制电脑软件控制紫外荧光成像系统，使用CCD相机拍照并分析检测结果；

步骤四、通过运动机构的纵向导轨、横向导轨和竖直导轨移动紫外荧光成像系统，并重复步骤三，完成对光学元件的抽样检测。

9.如权利要求8所述的用于光学元件表面荧光特性颗粒检测的方法，其特征在于，所述步骤一中，拧紧调节旋钮使相机板固定在竖直导轨上，然后使用螺栓将紫外荧光成像系统固定在相机板下端；放置光学元件的方法为：先将光学元件放置在两个L型夹持片上，拧紧夹持螺杆，使两个L型夹持片夹持光学元件两侧端部；然后沿夹持导轨滑动夹持滑块，使夹持机构将光学元件运送至放件平台上方，随后拧松夹持螺杆，使光学元件脱离L型夹持片的夹持，将光学元件放置于凸台表面，最后将夹持滑块移开；当需要调节光学元件的放置高度时，可以通过拧动调节螺杆，使光学元件的高度上升或下降，以满足紫外荧光成像系统的成像要求；

所述步骤二中调整紫外荧光成像系统与光学元件之间的距离的方法为：拧松调节旋钮，沿竖直导轨移动相机板和紫外荧光成像系统，拧紧调节旋钮后，即可将紫外荧光成像系统固定在新的位置；

所述步骤四中，沿纵向导轨移动横向导轨改变紫外荧光成像系统的纵向位置；沿纵向导轨移动滑块Ⅱ改变紫外荧光成像系统的横向位置；沿竖直导轨移动紫外荧光成像系统改变紫外荧光成像系统与光学元件之间的距离。

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