CN116660318A - 一种大口径光学元件损伤定位装置及修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学损伤定位技术领域，具体提供一种大口径光学元件损伤定位装置及修复方法，本技术方案中，利用光学元件的识别区域吸收激光能量后形成红外热辐射信号，当存在表面损伤点时，所产生的红外热辐射信号存在异常这一技术特征，使用连续激光器以及扩束单元，使得连续激光器的激光能够覆盖整个光学元件，也就无需受到光学元件大口径的这一结构限制，即可一次性获得整个识别区域内的红外热辐射信号所生成的红外图像信息，再通过控制单元对红外图像信息进行解析，获得光学元件的表面损伤点的位置信息，整个过程高效并且能够精确获得表面损伤点的位置信息，极大地降低大口径光学元件表面损伤点定位与修复时所用的时间。

Description

一种大口径光学元件损伤定位装置及修复方法

技术领域

本发明涉及光学损伤定位技术领域，尤其涉及一种大口径光学元件损伤定位装置及修复方法。

背景技术

出于对清洁能源的追求以及国防建设的需要，各个国家都在加大投入开展高能激光系统的研究，如中国的神光装置、美国的国家点火装置等。这些高能激光系统中的核心之一是高精度、低损伤的光学元件，美国国家点火装置需要超过50000个高精度光学元件，同时对这些光学元件的表面质量有着严格的要求。在高能激光系统中，光学元件在连续、多次的激光辐照下，会发生表面损伤，当损伤增长到一定程度后，光学元件就会报废，这大大增加了高能激光系统维护的成本并且减少了系统的工作时间，但是如果在损伤发生之后，及时将受损的光学元件更换下来定位损伤并修复，就可以延长光学元件的使用寿命。

目前常用的激光损伤定位方法为表面散射法，通过面阵或线阵CCD，在LED光源的照射下，获取光学元件表面图像，再通过图像处理来获得表面损伤点的位置。获得表面损伤点的位置后，再使用激光熔融、微机械修复等方法修复表面损伤点，最后进行光学调制测试，检验修复的效果。

基于表面散射法来定位激光表面损伤点的方法虽然已经比较成熟，但是有以下缺点：一是大口径光学元件的检测效率较低，对于大口径光学元件的激光表面损伤点检测，通常采用步进扫描的方式进行，完全扫描完整个口径需要耗费较长的时间；二是拼接检测存在误差，由于扫描机构存在机械误差，所以各个图像拼接之后也会存在误差，导致最后损伤定位点的位置出现偏差。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种大口径光学元件损伤定位装置及修复方法，解决了现有的大口径光学元件的激光表面损伤点检测采用步进扫描存在耗费时长并且拼接检测的表面损伤点误差大的问题。

为实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种大口径光学元件损伤定位装置，适用于大口径光学元件，光学元件上设置有识别区域，定位装置包括激光照射模块、图像采集模块以及控制单元；

激光照射模块包括连续激光器以及扩束单元，连续激光器以及扩束单元沿光束传播方向依次设置，扩束单元用于将连续激光器发出的激光扩束后折转至识别区域，识别区域用于接收扩束后的激光的能量，产生红外热辐射信号；图像采集模块用于接收红外热辐射信号，根据红外热辐射信号生成识别区域对应的红外图像信息；控制单元与图像采集模块电连接，用于接收并解析红外图像信息，获得光学元件的表面损伤点的位置信息。

在一些实施例中，还包括激光吸收单元，激光吸收单元设置在识别区域对扩束后的激光进行反射后的反射路径上，用于接收识别区域所反射的扩束后的激光。

在一些实施例中，还包括损伤修复执行模块，损伤修复执行模块与控制单元电连接，用于根据控制单元传输的位移控制信号移动至光学元件的表面损伤点的位置处，对光学元件的表面损伤点进行修复。

在一些实施例中，损伤修复执行模块包括机械臂以及修复单元，机械臂包括输出端；修复单元设置在机械臂的输出端，修复单元包括铣削修复组件和/或激光熔融组件，铣削修复组件或激光熔融组件用于对光学元件的表面损伤点进行修复。

在第二方面，本发明还提供一种大口径光学元件损伤修复方法，适用于第一方面所述的损伤定位装置，方法包括：

连续激光器发出第一激光，第一激光经由扩束单元扩束后得到第二激光，第二激光被折转至识别区域；

识别区域吸收第二激光的能量，产生红外热辐射信号；

图像采集模块接收红外热辐射信号，得到识别区域对应的红外图像信息，红外图像信息包括识别区域上各个像素点的位置信息以及各个像素点对应的温度信息；

接收并解析红外图像信息，得到光学元件的表面损伤点的位置信息。

在一些实施例中，接收并解析红外图像信息，得到光学元件表面损伤点的位置信息包括：

接收并解析识别区域上各个像素点的位置信息以及各个像素点对应的温度信息；

依次判断各个像素点对应的温度信息是否位于第一预设温度范围内，若否，则将该像素点对应的位置信息和温度信息存储至异常温度集合中，将异常温度集合中的像素点作为光学元件的表面损伤点。

在一些实施例中，将异常温度集合中的像素点作为光学元件的表面损伤点还包括：

依次判断异常温度集合中的像素点对应的温度信息是否位于第二预设温度范围内，若是则将该像素点作为光学元件的表面损伤点，否则将该像素点从异常温度集合中剔除。

在一些实施例中，接收并解析红外图像信息，得到光学元件的表面损伤点的位置信息包括：

对红外图像信息进行灰度化处理，得到灰度图像；

对灰度图像进行二值化处理，得到二值化图像；

对二值化图像进行连通区域处理，筛选出若干连通区域；

采用质心计算公式计算每个连通区域的质心坐标；

根据质心坐标得到光学元件的表面损伤点的位置信息。

在一些实施例中，识别区域包括预设使用区域以及基准标识区域，预设使用区域与基准标识区域不重叠；

根据质心坐标得到光学元件的表面损伤点的位置信息包括：

将置于基准标识区域内的连通区域所对应的质心坐标置为原点坐标；

根据原点坐标将其余置于预设使用区域内的连通区域所对应的质心坐标换算成位置坐标，位置坐标即红外热辐射信号所对应的位置信息。

在一些实施例中，损伤定位装置还包括损伤修复执行模块，损伤修复执行模块与控制单元电连接，损伤修复执行模块包括机械臂以及修复单元，修复单元包括铣削修复组件或激光熔融组件；方法还包括：

控制损伤修复执行模块根据所传输的位移控制信号移动至对应位置，并对光学元件的表面损伤点进行修复；

当修复单元为铣削修复组件时，对光学元件的表面损伤点进行修复包括：对表面损伤点进行铣削处理，改变表面损伤点的外形尺寸，以削弱表面损伤点对识别区域的影响；

当修复单元为激光熔融组件时，对光学元件的表面损伤点进行修复包括：对表面损伤点进行激光熔融，以填充表面损伤点，削弱表面损伤点对识别区域的影响。

与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

连续激光器能够发出激光，并通过扩束单元扩束后照射至识别区域，识别区域能够根据激光的能量产生红外热辐射信号，图像采集模块对红外热辐射信号进行接收并生成红外图像信息，控制单元通过对红外图像信息进行分析获得光学元件的表面损伤点的位置信息。本技术方案中，利用光学元件的识别区域吸收激光能量后形成红外热辐射信号，当存在表面损伤点时，所产生的红外热辐射信号存在异常这一技术特征，使用连续激光器以及扩束单元，使得连续激光器的激光能够覆盖整个光学元件，也就无需受到光学元件大口径的这一结构限制，即可一次性获得整个识别区域内的红外热辐射信号所生成的红外图像信息，再通过控制单元对红外图像信息进行解析，获得光学元件的表面损伤点的位置信息，整个过程高效并且能够精确获得表面损伤点的位置信息，极大地降低大口径光学元件表面损伤点定位与修复时所用的时间。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的大口径光学元件损伤定位装置示意图；

图2是根据本发明实施例提供的大口径光学元件损伤修复方法第一示意图；

图3是根据本发明实施例提供的大口径光学元件损伤修复方法第二示意图；

图4是根据本发明实施例提供的大口径光学元件损伤修复方法第三示意图；

图5是根据本发明实施例提供的大口径光学元件损伤修复方法第四示意图。

附图标记：

1、连续激光器；

2、扩束单元；

3、光学元件；

4、基准标识区域；

5、激光吸收单元；

6、图像采集模块；

7、控制单元；

8、损伤修复执行模块。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

请参阅图1，在第一方面，本实施例提供了一种大口径光学元件3损伤定位装置，适用于大口径光学元件3，光学元件3上设置有识别区域，定位装置包括激光照射模块、图像采集模块6以及控制单元7；

激光照射模块包括连续激光器1以及扩束单元2，连续激光器1以及扩束单元2沿光束传播方向依次设置，扩束单元2用于将连续激光器1发出的激光扩束后折转至识别区域，识别区域用于接收扩束后的激光的能量，产生红外热辐射信号；图像采集模块6用于接收红外热辐射信号，根据红外热辐射信号生成识别区域对应的红外图像信息；控制单元7与图像采集模块6电连接，用于接收并解析红外图像信息，获得光学元件3的表面损伤点的位置信息。

识别区域特指光学元件3使用时所利用的外表面，例如，光学元件3为反射镜时，识别区域即为反射面；光学元件3为滤光片时，识别区域即为滤光面。

本实施例所利用的是光学元件3的识别区域在遇到激光照射时，会吸收激光所携带的光能量而产生红外热辐射这一原理，而在产生损伤时，表面损伤点处的光场由于入射光、反射光（若是透射光学元件3还会存在衍射光）的干涉而产生变化，使得该表面损伤点处的红外热辐射相对于正常的外表面所对应的红外热辐射而言存在更高值，即使得该表面损伤点处的温度更高。

连续激光器1的作用是发出连续的激励激光，扩束单元2能够将连续激光器1发出的激光进行扩束，扩束单元2一般可分为开普勒式扩束单元和伽利略式扩束单元。开普勒式扩束单元包括两个正透镜，伽利略式扩束单元则由一个正透镜和一个负透镜组成，扩束比由输出镜（出光侧）焦距/输入镜（入光侧）焦距决定，所以可以根据扩束比来确定两个透镜的焦距和他们之间的距离（一般为两个透镜焦距之和），图1示出了扩束单元2、连续激光器1以及光学元件3之间的位置关系，由于本实施例所示技术方案主要用于大口径的光学元件3，因此，连续激光器1发出的激光必然需要通过扩束单元2，才能使得激光的照射范围覆盖大口径光学元件3的识别区域。

光学元件3的识别区域在接收到扩束后的激光后，表面形成强度不均匀的光场分布，在经过光热效应等一系列内在转化机制后，识别区域形成了不均匀的温度分布，产生了具有不同强弱程度的红外热辐射信号，红外热辐射信号的强弱变化主要受到识别区域的外表面的形状影响：若存在表面损伤点，则红外热辐射信号的强弱变化大。

图像采集模块6可以是红外热成像仪，红外热成像仪能够接收识别区域所产生的红外热辐射信号，并且将其转换为红外图像信息。优选的，本实施例采用的红外热成像仪具有高分辨率、高灵敏度。红外图像信息内记录有识别区域内各个像素点的位置信息以及各个像素点对应的温度信息，便于控制单元7进行解析。

控制单元7通过对各个像素点对应的温度信息进行筛选，获得整个识别区域内的表面损伤点的位置信息。

利用光学元件3的识别区域吸收激光能量后形成红外热辐射信号，当存在表面损伤点时，所产生的红外热辐射信号存在异常这一技术特征，使用连续激光器1以及扩束单元2，使得连续激光器1的激光能够覆盖整个光学元件3，也就无需受到光学元件3大口径的这一结构限制，即可一次性获得整个识别区域内的红外热辐射信号所生成的红外图像信息，再通过控制单元7对红外图像信息进行解析，获得光学元件3的表面损伤点的位置信息，整个过程高效并且能够精确获得表面损伤点的位置信息，极大地降低大口径光学元件3表面损伤点定位与修复时所用的时间。

请参阅图1，在一些实施例中，还包括激光吸收单元5，激光吸收单元5设置在识别区域对扩束后的激光进行反射后的反射路径上，用于接收识别区域所反射的扩束后的激光。本实施例所示激光吸收单元5能够吸收识别区域所反射的扩束后的激光，即识别区域无法吸收的残余的激光能量，避免残余的激光能量折射或反射产生安全事故。

请参阅图1，在一些实施例中，还包括损伤修复执行模块8，损伤修复执行模块8与控制单元7电连接，用于根据控制单元7传输的位移控制信号移动至光学元件3的表面损伤点的位置处，对光学元件3的表面损伤点进行修复。本实施例所示损伤修复执行模块8主要用于对光学元件3对应的表面损伤点进行修复。

请参阅图1，在一些实施例中，损伤修复执行模块8包括机械臂以及修复单元，机械臂包括输出端；修复单元设置在机械臂的输出端，修复单元包括铣削修复组件和/或激光熔融组件，铣削修复组件或激光熔融组件用于对光学元件3的表面损伤点进行修复。

本实施例所示机械臂可以是多轴机器人，机械臂上设有输出端，可以在输出端上集成对应的修复单元，以使得机械臂可以带动修复单元到达大口径光学元件3需要修复的表面损伤点处，对其进行修复。

值得注意的是，铣削修复组件具体包括铣刀，利用铣刀对表面损伤点（通常为凹坑）进行铣削，修改表面损伤点的外形尺寸，降低表面损伤点的外形对激光进行折射、透射、衍射、反射产生的干扰性的光场增强，降低其对识别区域正常的光场分布的影响。

激光熔融组件包括一个小型化的激光器光学系统，利用激光照射至表面损伤点，使得熔融材料受热熔融后对表面损伤点进行填充，削弱表面损伤点处的光场增强，使其抗激光损伤水平与未损伤时接近。

请参阅图2，在第二方面，本实施例还提供一种大口径光学元件损伤修复方法，适用于第一方面所述的损伤定位装置，方法包括：

S11、连续激光器1发出第一激光，第一激光经由扩束单元2扩束后得到第二激光，第二激光被折转至识别区域；

S12、识别区域吸收第二激光的能量，产生红外热辐射信号；

S13、图像采集模块6接收红外热辐射信号，得到识别区域对应的红外图像信息，红外图像信息包括识别区域上各个像素点的位置信息以及各个像素点对应的温度信息；

S14、接收并解析红外图像信息，得到光学元件3的表面损伤点的位置信息。

本实施例所示第一激光为连续激光器1所发出的激光，值得注意的是，第一激光为激励激光。第二激光通过扩束单元对第一激光进行扩束后得到，第二激光为直接照射至识别区域的激光。

光学元件3的识别区域在接收到扩束后的激光后，表面形成强度不均匀的光场分布，在经过光热效应等一系列内在转化机制后，识别区域形成了不均匀的温度分布，产生了具有不同强弱程度的红外热辐射信号，红外热辐射信号的强弱变化主要受到识别区域的外表面的形状影响：若存在表面损伤点，则红外热辐射信号的强弱变化大。

利用光学元件3的识别区域吸收激光能量后形成红外热辐射信号，当存在表面损伤点时，所产生的红外热辐射信号存在异常这一技术特征，使用连续激光器1以及扩束单元2，使得连续激光器1的激光能够覆盖整个光学元件3，也就无需受到光学元件大口径的这一结构限制，即可一次性获得整个识别区域内的红外热辐射信号所生成的红外图像信息，再通过控制单元对红外图像信息进行解析，获得光学元件3的表面损伤点的位置信息，整个过程高效并且能够精确获得表面损伤点的位置信息，极大地降低大口径光学元件3表面损伤点定位与修复时所用的时间。

请参阅图3，在一些实施例中，接收并解析红外图像信息，得到光学元件表面损伤点的位置信息包括：

S21、接收并解析识别区域上各个像素点的位置信息以及各个像素点对应的温度信息；

S22、依次判断各个像素点对应的温度信息是否位于第一预设温度范围内，若否，则将该像素点对应的位置信息和温度信息存储至异常温度集合中，将异常温度集合中的像素点作为光学元件3的表面损伤点。

需要说明的是，第一预设温度范围为识别区域在光学元件3正常的使用状态下，接收第二激光照射后所产生的温度范围，即在第一预设温度范围内的像素点，均默认为无表面损伤。本实施例将不属于第一预设温度范围内的像素点存储在异常温度集合中，即表明该异常温度集合内的像素点均为识别区域上具有表面损伤的表面损伤点。

请参阅图3，在一些实施例中，将异常温度集合中的像素点作为光学元件的表面损伤点还包括：

S23、依次判断异常温度集合中的像素点对应的温度信息是否位于第二预设温度范围内，若是则将该像素点作为光学元件3的表面损伤点，否则将该像素点从异常温度集合中剔除。

值得注意的是，表面损伤点的损伤程度各有不同，第二预设温度范围包括损伤程度的上限值和下限值，当表面损伤点的损伤程度超出第二预设温度的上限值时，表明该处表面损伤点的损伤程度过于严重，超出可修复的范围，或者，当表面损伤点的损伤程度超出第二预设温度的下限值时，表明该处表面损伤点的损伤程度过于轻微，暂时不需要进行修复。即，并不是所有的表面损伤点都需要修复或者值得修复，一些小的表面损伤点不用去修复，一些很大的表面损伤点超过修复能力，失去了修复的价值，也没有修复的必要。

通过利用表面损伤点的温度信息对表面损伤点进行二次筛选，能够更为精确的获得需要修复的表面损伤点的数量，既能减少需要修复的表面损伤点的个数，提高表面损伤点的修复效率，又能够避免对超出第二预设温度范围的表面损伤点的多余操作，节省修复时间；并且，在现有技术中，表面损伤点的损伤程度评定复杂，评定这些表面损伤点是否修复需要人为判别或者通过复杂的算法来实现，采用上述实施例所示方法，无需人为判别，并且判断过程简单：只需要通过对表面损伤点及其所对应的温度信息进行二次筛选即可，极大简化了表面损伤点的损伤程度的判别的实现流程。

请参阅图4，在一些实施例中，接收并解析红外图像信息，得到光学元件的表面损伤点的位置信息包括：

S31、对红外图像信息进行灰度化处理，得到灰度图像；

S32、对灰度图像进行二值化处理，得到二值化图像；

S33、对二值化图像进行连通区域处理，筛选出若干连通区域；

S34、采用质心计算公式计算每个连通区域的质心坐标；

S35、根据质心坐标得到光学元件的表面损伤点的位置信息。

本实施例所示方法为对红外图像信息中像素点的位置信息的提取。在进行像素点的位置信息与其所对应的温度信息的筛选之前，需要先获取识别区域内像素点的位置信息。具体可结合图4进行理解：

对红外图像信息进行灰度化处理得到灰度图像后，再对其进行二值化处理，二值化处理是指将图像转换为只包含两个像素值的图像，通常是黑色和白色，这个过程可以帮助我们提取图像中的目标物体或者减少图像的复杂性，常见的二值化方法包括全局阈值法、自适应阈值法和基于图像梯度的阈值法等。连通区域处理是在二值图像中识别和标记具有相同像素值且相互连接的像素群体，这个过程主要用来分析和处理图像中的对象和区域，常见的连通区域处理算法包括基于深度优先搜索和基于宽度优先搜索的方法。

值得注意的是，本实施例所示连通区域即为表面损伤点所在的区域，连通区域的个数即表面损伤点的个数。

质心计算公式如下：

，/>；

式中，,/>为第k个表面损伤点的质心坐标，/>是第k个表面损伤点的第/>个点（每个表面损伤点实际都是一小块区域，由很多点组成，本实施例用“表面损伤点”代替这一块区域）的/>坐标，/>是第k个表面损伤点的第/>个点的/>坐标。

本实施例中，通过质心计算公式可以获得连通区域所对应的质心坐标，值得注意的是，此时在识别区域内还未存在一个用作参考作用的基点，需要在软件算法上单独设定一个虚拟基点作为后续修复的参考基准。

在一些实施例中，识别区域包括预设使用区域以及基准标识区域4，预设使用区域与基准标识区域4不重叠；

根据质心坐标得到光学元件的表面损伤点的位置信息包括：

将置于基准标识区域4内的连通区域所对应的质心坐标置为原点坐标；

根据原点坐标将其余置于预设使用区域内的连通区域所对应的质心坐标换算成位置坐标，位置坐标即红外热辐射信号所对应的位置信息。

需要说明的是，识别区域为光学元件上使用时所用到的表面，其中，识别区域还包括预设使用区域以及基准标识区域4，预设使用区域即光学元件在使用时光线会覆盖到的范围，以透射镜片为例：识别区域即表示透射镜片的透射面，预设使用区域即待透射的光束照射在透射镜片上时所覆盖的透射面上的区域，而基准标识区域4设置在光束照射在投射镜片上时未覆盖的透射面上的区域。换言之，预设使用区域即有效光学口径。

值得注意的是，基准标识区域4为具有一定深度的槽口，其深度范围比表面损伤点的深度更深，在激光辐照时，基准标识区域4所产生的红外热辐射信息大于其余表面损伤点的红外热辐射信息，则红外图像信息上，基准标识区域4所对应的连通区域上的温度信息为全部连通区域上的温度信息的最高值。基于此，基准标识区域4所对应的连通区域的质心坐标即可将其作为原点坐标。

在这一基础上，将其余连通区域的质心坐标根据原点坐标进行换算，具体的换算过程即：计算出其余连通区域的质心坐标相对于原点坐标的差值，并将该差值作为其余连通区域所对应的位置坐标，即为其所对应的位置信息。

本实施例所示方法能够将前文所述的虚拟基点转换为当前光学元件上的实际所对应的参考基点，即原点坐标。这一方式的优势在于，当需要对光学元件上的表面损伤点进行修复时，通常包括机械臂等执行单元的元件，而执行单元的元件也需要设置一个参考点，将参考基点直接设置在光学元件上，便于执行单元的元件的参考点直接与光学元件上的参考基点重合，而无需通过调试的形式使执行单元的元件的参考点与虚拟基点重合，提高修复效率。

在一些实施例中，损伤定位装置还包括损伤修复执行模块8，损伤修复执行模块8与控制单元7电连接，损伤修复执行模块8包括机械臂以及修复单元，修复单元包括铣削修复组件或激光熔融组件；方法还包括：

控制损伤修复执行模块8根据所传输的位移控制信号移动至对应位置，并对光学元件的表面损伤点进行修复；

当修复单元为铣削修复组件时，对光学元件的表面损伤点进行修复包括：对表面损伤点进行铣削处理，改变表面损伤点的外形尺寸，以削弱表面损伤点对识别区域的影响；

当修复单元为激光熔融组件时，对光学元件的表面损伤点进行修复包括：对表面损伤点进行激光熔融，以填充表面损伤点，削弱表面损伤点对识别区域的影响。

本实施例所示机械臂可以是多轴机器人，机械臂上设有输出端，可以在输出端上集成对应的修复单元，以使得机械臂可以带动修复单元到达大口径光学元件需要修复的表面损伤点处，对其进行修复。

值得注意的是，铣削修复组件具体包括铣刀，利用铣刀对表面损伤点（通常为凹坑）进行铣削，修改表面损伤点的外形尺寸，降低表面损伤点的外形对激光进行折射、透射、衍射、反射产生的干扰性的光场增强，降低其对识别区域正常的光场分布的影响。

激光熔融组件包括一个小型化的激光器光学系统，利用激光照射至表面损伤点，使得熔融材料受热熔融后对表面损伤点进行填充，削弱表面损伤点处的光场增强，使其抗激光损伤水平与未损伤时接近。

上述技术方案中，连续激光器能够发出激光，并通过扩束单元2扩束后照射至识别区域，识别区域能够根据激光的能量产生红外热辐射信号，图像采集模块6对红外热辐射信号进行接收并生成红外图像信息，控制单元7通过对红外图像信息进行分析获得光学元件的表面损伤点的位置信息。本技术方案中，利用光学元件的识别区域吸收激光能量后形成红外热辐射信号，当存在表面损伤点时，所产生的红外热辐射信号存在异常这一技术特征，使用连续激光器以及扩束单元2，使得连续激光器1的激光能够覆盖整个光学元件，也就无需受到光学元件大口径的这一结构限制，即可一次性获得整个识别区域内的红外热辐射信号所生成的红外图像信息，再通过控制单元7对红外图像信息进行解析，获得光学元件的表面损伤点的位置信息，整个过程高效并且能够精确获得表面损伤点的位置信息，极大地降低大口径光学元件表面损伤点定位与修复时所用的时间。

请参阅图5与图1，为利用上述修复方法结合实际使用所得出的应用实施例，本实施例中，图像采集模块6为红外热成像仪，损伤修复执行模块8为机械臂执行单元，基准标识区域4记为基准标识点，激光吸收单元5为吸收池：

首先清洗光学元件3，然后使用激励激光辐照光学元件3表面，再基于红外热成像仪采集镜面的温度数据，并传输给计算机处理，得到需要修复的表面损伤点的位置信息，传递给机械臂执行单元进行微修复。

首先使用去离子水清洗光学元件3，确保表面无残余的杂质粒子存在，避免杂质粒子吸热对表面损伤点的定位造成干扰。连续激光器1输出波长为的激励激光，光谱范围为，功率为/>，经过扩束单元2后（在激光功率较高时，选用伽利略式扩束单元，避免造成空气电离，对系统的传输效率造成影响），光束半径由/>扩展到/>，使得扩束后的激光光束口径大于待修复光学元件3的有效口径/>，确保能够检出所有的表面损伤点，在激光辐照的作用下，光学元件3表面的温度迅速上升，其中表面损伤点与刻划的基准标识点由于干涉、衍射效应，发生了光场增强，温度上升幅度会更大，表现出异于光学元件3表面的温度值，反射的残余激光进入吸收池，吸收池的材料应不与激光发生相互作用，以防发生安全事故。光学元件3发出的红外辐射信号被距离f的红外热成像仪所采集，使用的红外热成像仪具有高分辨率、高热灵敏度和大视场角、大测温范围的特性，支持带温度的数据读出，然后将采集的图像信息输入到计算机中进行处理，利用质心法等图像处理定位技术得到表面损伤点（温度异常点）和基准标识点的像素点位置，再与基准标识点的实际物理位置相比较，就可以得到表面损伤点在镜面上的实际物理位置，同时还可以获得表面损伤点的温度信息，之后根据预设的温度阈值/>和/>，评估需要修复的表面损伤点，此处预设的温度阈值对应第二预设温度范围的上限值与下限值；并将需要修复点的位置信息传输给机械臂执行单元，机械臂执行单元带载特殊的结构（即修复单元）对表面损伤点进行修复，机械臂具有大的工作空间和多自由度特性，能对表面损伤灵活修复，修复的方法根据光学元件3的材料特性、表面损伤点的具体情况而定，如微机械修复及磁流变抛光快速修复方法，都可以对表面损伤点进行修复，以提高光学元件3的激光损伤阈值。

本实施例采用的激励激光的波长为1064nm，光谱宽度29nm，功率低于激光损伤阈值，使用的红外热成像仪的分辨率为1280×1024，像元尺寸为12μm，热灵敏度≤25mK，视场角25°×19°，测温范围达到了-40℃~150℃。

本实施例所示方法解决了大口径光学元件3表面损伤点定位与修复时存在的扫描效率低以及存在表面损伤点定位偏差的问题，通过预先施加激励激光的方法，使得光学元件3表面所有表面损伤点因温度异常而暴露出来，再基于高分辨率、高热灵敏度红外热成像仪来一次获取光学元件3表面的温度信息，通过图像处理技术定位出表面损伤点的位置，同时还能获取表面损伤点的温度信息，并根据预设的温度阈值来自动评估需要修复的表面损伤点，然后传输给执行单元进行精确的微修复。

本实施例所示方法能大大降低大口径光学元件3表面损伤点定位与修复时所用的时间，提高工作效率，同时还能评估需要修复与不需要修复的表面损伤点，简化了复杂的人工评估流程。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大口径光学元件损伤定位装置，其特征在于，适用于大口径光学元件，所述光学元件上设置有识别区域，所述定位装置包括：

激光照射模块，包括连续激光器以及扩束单元，所述连续激光器以及扩束单元沿光束传播方向依次设置，所述扩束单元用于将所述连续激光器发出的激光扩束后折转至所述识别区域，所述识别区域用于接收所述扩束后的激光的能量，产生红外热辐射信号；

图像采集模块，用于接收所述红外热辐射信号，根据所述红外热辐射信号生成所述识别区域对应的红外图像信息；

控制单元，与所述图像采集模块电连接，用于接收并解析所述红外图像信息，获得所述光学元件的表面损伤点的位置信息。

2.根据权利要求1所述的大口径光学元件损伤定位装置，其特征在于，还包括：

激光吸收单元，设置在所述识别区域对扩束后的激光进行反射后的反射路径上，用于接收所述识别区域所反射的扩束后的激光。

3.根据权利要求1所述的大口径光学元件损伤定位装置，其特征在于，还包括：

损伤修复执行模块，与所述控制单元电连接，用于根据所述控制单元传输的位移控制信号移动至所述光学元件的表面损伤点的位置处，对所述光学元件的表面损伤点进行修复。

4.根据权利要求3所述的大口径光学元件损伤定位装置，其特征在于，所述损伤修复执行模块包括：

机械臂，包括输出端；

修复单元，设置在所述机械臂的输出端，所述修复单元包括铣削修复组件和/或激光熔融组件，所述铣削修复组件或激光熔融组件用于对所述光学元件的表面损伤点进行修复。

5.一种大口径光学元件损伤修复方法，其特征在于，适用于如权利要求1-4任意一项所述的大口径光学元件损伤定位装置，所述方法包括：

连续激光器发出第一激光，所述第一激光经由扩束单元扩束后得到第二激光，所述第二激光被折转至所述识别区域；

所述识别区域吸收所述第二激光的能量，产生红外热辐射信号；

图像采集模块接收所述红外热辐射信号，得到所述识别区域对应的红外图像信息，所述红外图像信息包括所述识别区域上各个像素点的位置信息以及各个像素点对应的温度信息；

接收并解析所述红外图像信息，得到所述光学元件的表面损伤点的位置信息。

6.根据权利要求5所述的大口径光学元件损伤修复方法，其特征在于，接收并解析所述红外图像信息，得到所述光学元件表面损伤点的位置信息包括：

接收并解析所述识别区域上各个像素点的位置信息以及各个像素点对应的温度信息；

依次判断各个像素点对应的温度信息是否位于第一预设温度范围内，若否，则将该像素点对应的位置信息和温度信息存储至异常温度集合中，将所述异常温度集合中的像素点作为所述光学元件的表面损伤点。

7.根据权利要求6所述的大口径光学元件损伤修复方法，其特征在于，将所述异常温度集合中的像素点作为所述光学元件的表面损伤点还包括：

依次判断所述异常温度集合中的像素点对应的温度信息是否位于第二预设温度范围内，若是则将该像素点作为所述光学元件的表面损伤点，否则将该像素点从所述异常温度集合中剔除。

8.根据权利要求5所述的大口径光学元件损伤修复方法，其特征在于，接收并解析红外图像信息，得到光学元件的表面损伤点的位置信息包括：

对所述红外图像信息进行灰度化处理，得到灰度图像；

对所述灰度图像进行二值化处理，得到二值化图像；

对所述二值化图像进行连通区域处理，筛选出若干连通区域；

采用质心计算公式计算每个连通区域的质心坐标；

根据所述质心坐标得到所述光学元件的表面损伤点的位置信息。

9.根据权利要求8所述的大口径光学元件损伤修复方法，其特征在于，所述识别区域包括预设使用区域以及基准标识区域，所述预设使用区域与所述基准标识区域不重叠；

根据所述质心坐标得到所述光学元件的表面损伤点的位置信息包括：

将置于所述基准标识区域内的连通区域所对应的质心坐标置为原点坐标；

根据所述原点坐标将其余置于所述预设使用区域内的连通区域所对应的质心坐标换算成位置坐标，所述位置坐标即所述红外热辐射信号所对应的位置信息。

10.根据权利要求5所述的大口径光学元件损伤修复方法，其特征在于，所述损伤定位装置还包括损伤修复执行模块，所述损伤修复执行模块与所述控制单元电连接，所述损伤修复执行模块包括机械臂以及修复单元，所述修复单元包括铣削修复组件或激光熔融组件；所述方法还包括：

控制所述损伤修复执行模块根据所传输的位移控制信号移动至对应位置，并对所述光学元件的表面损伤点进行修复；

当所述修复单元为铣削修复组件时，对所述光学元件的表面损伤点进行修复包括：对表面损伤点进行铣削处理，改变所述表面损伤点的外形尺寸，以削弱所述表面损伤点对所述识别区域的影响；

当所述修复单元为激光熔融组件时，对所述光学元件的表面损伤点进行修复包括：对所述表面损伤点进行激光熔融，以填充所述表面损伤点，削弱所述表面损伤点对所述识别区域的影响。