CN206362529U - 检测精密光学元件表面颗粒物的在线检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种检测精密光学元件表面颗粒物的在线检测系统，包括：箱体，其顶部设置有可供激光进入的入光口；设置在箱体内部的光学元件；其中，所述光学元件的镜框边缘上方相对设置有2个线光源；所述箱体一侧设置有光学显微成像装置；所述成像装置通过与其通信连接的上位机进而实现对光学元件表面颗粒物的在线检测。本实用新型提供一种检测精密光学元件表面颗粒物的在线检测系统，其能够通过光学元件与线光源，上位机与光学显微成像装置的配合，实现对光机装置中光学元件表面颗粒污染物的在线监测，并高效、高精度地实时提供光学元件表面洁净状态信息。

Description

检测精密光学元件表面颗粒物的在线检测系统

技术领域

本实用新型涉及一种属于检测测量和图像处理结合的检测系统。更具体地说，本实用新型涉及一种用在光机系统的大口径光学元件的颗粒污染物状态在线检测系统。

背景技术

光机系统在运行过程中，由于运行环境的影响，光学元件表面会产生多种污染，这些污染主要来自环境中的微小颗粒残留物以及高功率激光束对光学元件表面产生的损伤。同时光机系统运行一段时间后，精密光学元件表面滞留固体颗粒，光学元件经过激光的多次照射后其表面的疵病会产生新的颗粒污染，而系统运行时表面的洁净状态对系统的安全运行十分关键，由此需要对元件表面的固体颗粒物进行检测，而对于光机系统中的光学元件来说，固体颗粒是影响其正常工作的关键因素之一，因此对大口径光学元件表面颗粒污染物的检测势在必行。

而在表面洁净度无损检测和识别方面，目前主要采用的方法有：目测法、称重法、颗粒物计数检测、声波检测、红外光谱检测和基于机器视觉的检测等。其中目测法和称重法是国家标准和国家军标中规定的常规方法。NIF采用间接测量的方法，使用特殊的清洗液冲洗一定面积的光学表面，用滤纸收集清洗液中的固体颗粒，得到其大小和数量，间接表示表面洁净度；基于声波的实时检测法是将发射脉冲式YAG激光到检测表面，当有颗粒污染物时会产生特定频带的声波，分析该声波，得到对应颗粒物的大小和分布；红外光谱检测法是将检测的实际光学元件表面红外光反射频谱密度分布，与不同污染物红外光反射频谱密度分布的系列样本比较，判定污染物的类型和分布；这三种方案在不同程度上分别存在费用昂贵、精度不高、效率不高和检测困难等问题，尤其在效率方面，光机系统中存在大量的多种类型的大口径光学元件，检测速度慢将导致检测效率大大降低，影响系统使用。

重庆大学搭建的精密光学元件表面洁净度检测系统，提出了基于机器视觉方法的图像检测系统，设计了适用于多种尺寸待检测元件的活动夹具和三维电控平台。利用边缘检测算子分割出被检对象边缘，用凸壳的方法得到被检对象的封闭区域，采用关联向量机法，对待检测对象封闭区域的几何空间、灰度空间和变换域空间参数构成的待检测向量进行分析，识别出固体颗粒残留物和非固体颗粒残留物，最终得到精密光学元件表面的洁净度等级。但是该系统只能实现光学元件的离线测量，光学元件在搬运的过程中可能会产色新的颗粒污染，而离线系统不能显示光学元件运行时的颗粒污染物状态，且算法复杂，运用效果一般。

总之，国内外对光学元件的检测研究工作取得了一些进展，但是这些技术尚未实现在线检测光学元件状态，且不能高效、高精度测量光学元件的表面洁净度。

实用新型内容

本实用新型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。

本实用新型还有一个目的是提供一种检测精密光学元件表面颗粒物的在线检测系统，其能够通过光学元件与线光源，上位机与光学显微成像装置的配合，实现对光机装置中光学元件表面颗粒污染物的在线监测，并高效、高精度地实时提供光学元件表面洁净状态信息。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种检测精密光学元件表面颗粒物的在线检测系统，其中包括：

箱体，其顶部设置有可供激光进入的入光口；

设置在箱体内部，并与激光的入射光路呈45度夹角以将入射光路反射出箱体的光学元件；

其中，所述光学元件的镜框边缘上方相对设置有，以对光线元件表面进行对称打光2个线光源；

所述箱体一侧设置有拍摄角度与光学件表面相垂直的光学显微成像装置；

所述成像装置通过与其通信连接的上位机进而实现对光学元件表面颗粒物的在线检测。

优选的是，其中，包括：各所述线光源通过以可拆卸方式相对设置的两个夹持组件进而与光学元件连接。

优选的是，其中，各所述夹持组件均包括：

与光学元件镜框相配合的夹持机构；

设置在夹持机构上，以与线光源配合的支撑机构；

其中，所述连接件的自由端设置有角度旋转机构，所述线光源上设置有与角度旋转机构相配合的连接件，以通过角度旋转机构将线光源的出射光调节至与光学元件的表面相对平行。

优选的是，其中，所述支撑机构包括：

与夹持机构相配合的固定部；

以及套设在固定部内，并可沿固定部的长度方向伸缩的支撑部；

其中，所述支撑部靠近固定的一端设置有通槽，另一端设置有与角度旋转机构相配合的U形槽，所述固定部上设置有与通槽相配合，以调节支撑部伸缩长度的第一调节孔；

所述角度旋转机构包括：

一与连接件相配合的T形连接部；

一设置在T形连接部一端，以与U形槽相配合的扁平固定部；

其中，所述支撑部上设置有至少一个，以对线光源偏转角度进行调节的第二调节孔。

优选的是，其中，所述箱体上设置有与光学显微成像装置相配合的安装窗；

所述安装窗包括一伸入箱体内部的观察镜筒，以及设置在观察镜筒一端以与箱体配合连接的折弯部；

其中，所述光学显微成像装置的镜头一端伸入至观察镜筒，另一端通过一固定板进而与箱体的外侧壁连接；

所述观察镜筒、镜头朝向光学元件一端的端平面被配置为与光学元件表面平行，以使观察镜筒及镜头的筒轴与光学元件表面垂直。

优选的是，其中，还包括：所述光学显微成像装置的通过一控制盒与上位机通信连接。

本实用新型的目的还可以通过一种应用检测系统的方法来实现，包括：

步骤一，采用上位机对光学显微成像装置的内部参数进行校正调节，以得到相应畸变参数；

步骤二，上位机通过带有不同尺寸颗粒的标准板，对标准板中颗粒图像的像素与颗粒实际尺寸关系进行建模，以得到二者之间的模型函数；

步骤三，通过上位机中的检测软件，对光学显微成像装置的放大倍率进行调整聚焦，以通过光学显微成像装置获得清晰的待测光学元件表面颗粒物灰度图片，并保存至上位机；

步骤四，所述检测软件导入保存的灰度图片，通过所述畸变参数对图片进行畸变校正，再通过模型函数运算以得到待测光学元件表面某一颗粒物的实际尺寸，以得到相应的关于颗粒长度、宽度、面积、周长相关的参数信息。

优选的是，其中，在步骤一中，所述畸变参数的获得包含以下步骤：

步骤S11：将带有黑白相间的格状棋盘平面置于检测系统中，聚焦清晰后采集棋盘平面在不同角度的图像；

步骤S12：根据所得不同位姿棋盘平面的图像，使用平面相机参数标定法得到相机的内参数模型，进而得到相应畸变参数；

在步骤二中，所述模型函数的获得包括以下步骤：

S21：在照明条件及图像采集系统的工作距离相同的情况下，将带有典型不同尺寸颗粒的标准板置于检测系统中，参照步骤三至步骤四的方法得到标准板的颗粒图像；

S22：使用局部动态二值化的方法，以得到标准板的二值图像，进而提取轮廓得到标准板上典型颗粒的像素长宽；

S23：将带有典型颗粒的标准板置于测量显微镜下，使用测量显微镜测出标准板上对应的典型颗粒的实际长宽；

S24：根据S23、S22中得到的同一颗粒的实际长宽以及像素长宽关系进行对比建模，得到两者之间的模型函数。

优选的是，其中，，在步骤三中，所述光学显微成像装置与待测光学元件的垂直距离被配置为430mm，所述光学显微成像装置中变倍镜头的放大倍率被配置为0.055x-10.55x。

优选的是，其中，还包括：

步骤五，所述检测系统通过对待测光学元件表面各颗粒的参数信息进行统计，得到与待测光学元件表面颗粒相匹配的颗粒统计信息，并保存至上位机中；

其中，所述颗粒统计信息包括：待测光学元件表面颗粒的总数目，以及其中的现状、点状颗粒数目；

线状、点状颗粒数目统计分别是对(0-20μm 20-50μm 50-100μm 100μm-∞)区间段中所包含的各颗粒数目及参数信息进行统计。

本实用新型至少包括以下有益效果：其一，本实用新型通过线光源与光学元件表面的配合，以得到更佳的暗场灰度图像；通过上位机与光学显微成像装置的配合，实现对光机装置中光学元件表面颗粒污染物的在线监测，并高效、高精度地实时提供光学元件表面洁净状态信息。

其二，本实用新型通过在线光源与光学元件镜之间设置的夹持组件，使得线光源与光学元件表面的距离和角度可调，以适应实际使用复杂环境和高精度的要求，具有可实施效果好，稳定性强，适应性好的效果。

其三，本实用新型通过对监测窗口进行改造得到一安装窗，使得安装窗窗口玻璃与光学元件表面平行，并且通过改变安装窗口玻璃与元件表面之间的距离，以适应变焦距镜头的工作距离，具有适应性好，稳定性好，可靠性强的效果。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型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为本实用新型的一个实施例中检测精密光学元件表面颗粒物的在线检测系统的组成框图；

图2本实用新型的一个实施例在线检测系统中箱体及内部元件的结构框图；

图3本实用新型的一个实施例在线检测系统中支撑组件的组成框图；

图4为图3的侧面视图；

图5本实用新型的一个实施例在线检测系统中畸变校正的数据处理流程图；

图6本实用新型的一个实施例在线检测系统中局部动态二值化的数据处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型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。

图1-2示出了根据本实用新型的一种检测精密光学元件表面颗粒物的在线检测系统的实现形式，其中包括：

箱体1，其顶部设置有可供激光进入的入光口10，大口径光学元件放置于带有检测窗(光学显微成像装置)的箱体内部，光机系统的主光路为激光从箱体上部进入，经光学元件反射出箱体；

设置在箱体内部，并与激光的入射光路呈45度夹角以将入射光路反射出箱体的光学元件2；

其中，所述光学元件的镜框20边缘上方相对设置有，以对光线元件表面进行对称打光2个线光源3，斜45°向上的光学元件在两组线光源的斜入射光照明下可形成暗场成像系统，且在光学元件镜框边缘上方对称安装的2个线光源，能实现对光学元件的低角度全范围对称打光，且各线光源被配置为呈条形并与光学元件上表面平行，以保证清晰显示光学元件表面颗粒，获得对比鲜明的暗场图像；

所述箱体一侧设置有拍摄角度与光学件表面相垂直的光学显微成像装置4，光学显微成像装置包含变焦镜头40和高分辨率的CCD 41，而变焦镜头的变焦范围被配置为0.055x-0.55x，在实际成像过程中，对于100μm的颗粒物使用0.055×放大倍数的镜头，可以全范围检测到光学元件的颗粒污染，而对于30μm的颗粒物，使用0.55×放大倍数的镜头。通常相机(摄像机)在最小视野(对应的放大倍数为0.55x)下达到的像素分辨率为17μm，在最大视野(对应的放大倍数为0.055x)下达到的像素分辨率为73μm，但而由于暗场成像系统对颗粒污染物具有散射放大效应，实际尺寸为10μm左右的颗粒物，通过暗场成像放大能达到20μm及以上尺寸，因此颗粒物污染监测精度在最小视野(即最大放大倍数)下能达到的像素分辨率为10μm；

所述成像装置通过与其通信连接的上位机5进而实现对光学元件表面颗粒物的在线检测。采用这种方案主要利用线性光源的出射光经过理想光学元件洁净表面反射后不进入镜头，只在光学元件污染的地方形成散射，散射光进入镜头，在CCD靶面形成较亮的点，若用无颗粒的光学元件作为物体，则获得均匀的暗场，而当光学元件表面存在灰尘时，进入物镜成像的是灰尘散射的光线束，该方式能在暗的背景上，给出亮的颗粒像，对比好，可使分辨率提高，可观察小于镜头极限的微小质点-即超显微质点，具有可实施效果好，可操作性强，结构简单，检测速度快，检测精度高，可实现在线实时监测的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适应性替换和/或修改。

如图2所示，在另一种实施例中，包括：各所述线光源通过以可拆卸方式相对设置的两个夹持组件6进而与光学元件连接。采用这种方案的使得线光源与光学元件的距离可调整，并在空间上对两个线性光源进行四点支撑，以使其具有更好的稳定性，利于后期维护和更换的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适应性替换和/或修改。

如图3-4所示，在另一种实施例中，各所述夹持组件均包括：

与光学元件镜框相配合的夹持机构60，其被配置为U形结构，其上还设置有螺孔601，以将夹持机构固定在镜框上；

设置在夹持机构上，以与线光源配合的支撑机构61；

其中，所述连接件的自由端设置有角度旋转机构62，所述线光源上设置有与角度旋转机构相配合的连接件(未示出)，以通过角度旋转机构将线光源的出射光调节至与光学元件的表面相对平行。采用这种方案通过夹持机构使得光源位于光学元件的两侧，对称照射元件表面上，为实现较好的照明的效果，其将线光源与支撑机构之间设置为可按需调整角度的方式，使得其能适应实际的使用需要，实现光源的照射角度的灵活调整，具有适应性好，可实施效果强，稳定性好的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适应性替换和/或修改。

如图3-4所示，在另一种实施例中，所述支撑机构包括：

与夹持机构相配合的固定部610；

以及套设在固定部内，并可沿固定部的长度方向伸缩的支撑部611，其使得线光源与光学元件的表面的高度可调整，以使其具有更好的照明效果；

其中，所述支撑部靠近固定的一端设置有通槽612，另一端设置有与角度旋转机构相配合的U形槽613，所述固定部上设置有与通槽相配合，以调节支撑部伸缩长度的第一调节孔614；

所述角度旋转机构包括：

一与连接件相配合的T形连接部620；

一设置在T形连接部一端，以与U形槽相配合的扁平固定部621；

其中，所述支撑部上设置有至少一个，以对线光源偏转角度进行调节的第二调节孔615。采用这种方案提供一种暗场成像所需的线光源夹持机构的具体实施方式，以对精密光学元件提供照明光源，便于检测元件表面颗粒物污染，光源位于光学元件的两侧，采用平行打光方式，对称照射元件表面，在视觉系统中实现暗场成像，通过角度旋转机构与支撑机构的配合，实现线光源照射角度及高度的灵活调整，具有对线光源进行2个自由度调整的效果，以使适应不同的使用环境，达到最佳的照明效果，以达到最佳的暗场成像效果，具有适应性好，稳定性好，可实施效果强，可操作性强的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适应性替换和/或修改。

如图1-2所示，在另一种实施例中，所述箱体上设置有与光学显微成像装置相配合的安装窗7；

所述安装窗包括一伸入箱体内部的观察镜筒70，以及设置在观察镜筒一端以与箱体配合连接的折弯部71，其用于将观察镜筒端平面与光学元件的表面设置在平行；

其中，所述光学显微成像装置的镜头一端伸入至观察镜筒，另一端通过一固定板8进而与箱体的外侧壁连接；

所述观察镜筒、镜头朝向光学元件一端的端平面被配置为与光学元件表面平行，以使观察镜筒及镜头的筒轴与光学元件表面垂直。通常情况下箱体的右上方带有观察窗口，而现有窗口上的白玻璃与元件表面成45°夹角，不利于成像系统的成像，采用这种方案的安装窗对监测窗口进行改造得，使得观察镜筒端的窗口玻璃与光学元件表面平行，并且可以通过改变监测窗口玻璃与元件表面之间的距离，以适应变焦距镜头的工作距离，具有可实施效果好，可操作性强，易于实施，稳定性好，检测精度可靠的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适应性替换和/或修改。

在另一种实施例中，还包括：所述光学显微成像装置的通过一控制盒9与上位机通信连接。采用这种方案通过控制盒进行控制信号的发送和中转传递，以减轻上位机的工作量，提高工作速率，具有可实施效果好，可操作性强，稳定性好，效率高的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适应性替换和/或修改。

以上方案还可以通过一种应用检测系统的方法来实现，包括：

步骤一，采用上位机对光学显微成像装置的内部参数进行校正调节，以得到相应畸变参数，CCD采集得到图像后会有些偏差，如倾斜、线条连续度不够等情况，故需做畸变矫正处理，又因为CCD的光轴被垂直设置于光学元件表面，故相机的外部参数固定，这里只需要对内参数中畸变参数进行设定，以便于之后做图像处理和测量的工作时对图片做校正处理；

步骤二，上位机通过带有不同尺寸颗粒的标准板，对标准板中颗粒图像的像素与颗粒实际尺寸关系进行建模，以得到二者之间的模型函数；

步骤三，通过上位机中的检测软件，对光学显微成像装置的放大倍率进行调整聚焦，以通过光学显微成像装置获得清晰的待测光学元件表面颗粒物灰度图片，并保存至上位机，检测系统使用大变倍比的镜头，可以在最小倍率下，观察到光学元件通光孔径内全面积的图像，测量光学元件表面的全部颗粒数目及密度分布等信息，同时可以聚焦特定区域的颗粒，检测该区域的颗粒的尺寸统计规律；

步骤四，所述检测软件导入保存的灰度图片，通过所述畸变参数对图片进行畸变校正，再通过模型函数运算以得到待测光学元件表面某一颗粒物的实际尺寸，以得到相应的关于颗粒长度、宽度、面积、周长相关的参数信息。采用这种方案中的步骤三，在对待测光学元件表面颗粒物进行检测之前，还需要对系统中的各固件进行适应性调整，其具体的操作主要包括步骤如下：

步骤S31：调节光源支撑杆中机构3，使得光源略高于光学元件表面，调节光源支撑杆机构1，使得光源的出射光略平行于元件表面。

步骤S32：安装并调节改造窗口角度，使得改造窗的玻璃平行光学元件表面，并且改造窗口筒轴垂直于光学元件表面。

步骤S33：安装显微成像装置到改造窗口内。

步骤S34：打开光源，调节线光源控制器，使得线光源亮度高且恒定。

步骤S35：将显微成像装置和控制盒连接，将显微成像装置中的CCD使用网线与控制上位机连接，将控制盒与控制上位机使用USB连接。打开控制盒、显微成像装置电源。

而采用通过上位机中的检测软件对待测光学元件表面颗粒物进行检测的具体步骤包括：

步骤S36：打开光学元件表面颗粒检测系统软件，界面见附图4，点击打开相机按钮，等待界面中区域1显示光学元件表面图像，电机开始初始化按钮。

步骤S37：进入界面区域8，设置放大倍率为0.055x，点击聚焦控制区域+/-按钮，直至图像比较清晰，点击直达聚焦按钮，得到清晰的图像，点击保存图像按钮，保存到计算机的硬盘。

步骤S38：点击打开图片按钮，打开上述保存的图片，点击畸变校正按钮，应用上述显微视觉成像装置内参数校正得到畸变参数对图像进行畸变矫正，点击自动处理按钮，应用上述学元件颗粒图像像素与颗粒实际尺寸关系建模所得模型测量元件的实际尺寸，得到结果颗粒信息显示在界面区域7，按照面积从大到小排序，每条记录包含长度、宽度、面积、周长。

本方案主要利用光学元件在低角度对称线光源的平行入射光辐照下可形成暗场，而调节变焦镜头到合适放大倍率下、聚焦、保存高分辨率CCD捕获的灰度图像，灰度图像进过滤波(畸变校正)和动态局部阈值处理(模型参数)，得到二值图像便于提取轮廓，对于得到的轮廓获取最小面积外接矩形，最终得到颗粒的尺寸和颗粒的空间分布及尺寸分布，进而通过上位机实现对待测光学元件表面颗粒物的在线检测，具体来说，本系统采用标准板对比法来实现对被检颗粒物尺寸的正确度量，将用于标定的同质光学元件(体积较小，适合显微镜观察)与在线使用的光学元件置于同一检测系统中(此时照明条件相同，图像采集系统的工作距离相同)，使用测量显微镜测出颗粒的实际大小，计算出系统采集图像并提取轮廓后所得颗粒大小，两者对比建模F，图像中由于复杂背景带来的噪声的影响，为避免过高阶数的模型可能陷入过拟合(测试误差较大)现象，使用正则化核方法拟合模型，得到精度更高的颗粒参数信息，实现在线检测，具有可实施效果好，稳定性好，检测精度度，易于实施的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适应性替换和/或修改。

在另一种实施例中，在步骤一中，所述畸变参数的获得包含以下步骤：

步骤S11：将带有黑白相间的格状棋盘平面置于检测系统中，聚焦清晰后采集棋盘平面在不同角度的图像，本方案中将的黑白相间的格状棋盘作为标定模板来校正镜头畸变，其通过确定物理尺寸和像素间的换算关系，以及确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系，建立相机成像的几何模型，通过相机拍摄带有固定间距图案阵列平板、经过标定算法的计算，可以得出相机内部参数的几何模型，从而得到高精度的测量和重建结果；

步骤S12：根据所得不同位姿棋盘平面的图像，使用平面相机参数标定法得到相机的内参数模型，进而得到相应畸变参数，畸变参数的获得是在内参数模型的基础上加减一个补偿常数，简单实用，传统相机标定法需要使用尺寸已知的标定物，通过建立标定物上坐标已知的点与其图像点之间的对应，利用一定的算法获得相机模型的内外参数，根据标定物的不同可分为三维标定物和平面型标定物，三维标定物可由单幅图像进行标定，标定精度较高，但高精密三维标定物的加工和维护较困难，而平面型标定物比三维标定物制作简单，精度易保证；

在步骤二中，所述模型函数的获得包括以下步骤：

S21：在照明条件及图像采集系统的工作距离相同的情况下，将带有典型不同尺寸颗粒的标准板置于检测系统中，参照步骤三至步骤四的方法得到标准板的颗粒图像；

S22：使用局部动态二值化的方法，以得到标准板的二值图像，进而提取轮廓得到标准板上典型颗粒的像素长宽，由于光源亮度较高，导致箱体内壁会在光学元件上有投影，而在CCD形成的图片上构成复杂的背景，因此使用全局阈值二值化方法，会错分背景和物体，故本检测系统中使用了局部动态二值化的方法，以通过图像二值化处理之后提取颗粒的轮廓、几何尺寸、灰度和变换空间等特征，进一步拟合与颗粒实际尺寸较为接近的像素长宽；

S23：将带有典型颗粒的标准板置于测量显微镜下，使用测量显微镜测出标准板上对应的典型颗粒的实际长宽；

S24：根据S23、S22中得到的同一颗粒的实际长宽以及像素长宽关系进行对比建模，得到两者之间的模型函数，其模型函数简单，相当于乘以一个固定系数，固可实施效果好。本实用新型中畸变校正的数据流程如图5所示，局部动态二值化的数据处理流程如图6所示，采用这种方案通过对采集到的图片进行畸变校正后，在与标准板中的模型函数进行运算，以得到精度更高的颗粒参数信息，具有可实施效果好，检测精度稳定，精度高的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适应性替换和/或修改。

在另一种实施例中，在步骤三中，所述光学显微成像装置与待测光学元件的垂直距离被配置为430mm，所述光学显微成像装置中变倍(变焦)镜头的放大倍率被配置为0.055x-10.55x。采用这种方案对显微成像装置与待测光学元件的垂直距离，以及放大倍率的大小进行设置，以使其具有测量精度更高，稳定性更好的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适应性替换和/或修改。

在另一种实施例中，还包括：

步骤五，所述检测系统通过对待测光学元件表面各颗粒的参数信息进行统计，得到与待测光学元件表面颗粒相匹配的颗粒统计信息，其用于实时统计元件表面的颗粒分布信息，并保存至上位机中；

其中，所述颗粒统计信息包括：待测光学元件表面颗粒的总数目，以及其中的现状、点状颗粒数目；

线状、点状颗粒数目统计分别是对(0-20μm 20-50μm 50-100μm 100μm-∞)区间段中所包含的各颗粒数目及参数信息进行统计。采用这种方案通过点击检测软件界面中的颗粒统计并保存按钮，可以将得到的颗粒统计信息保存到Excel电子表格中，其中显示颗粒总数目，其中现状颗粒数目，点状颗粒数目。点状和线状颗粒分别统计(0-20μm 20-50μm 50-100μm 100μm-∞)各区间段包含的颗粒数目，以及各颗粒长、宽、周长、面积，实现对光学元件所有颗粒信息统计分析，以利于对其进行更为有利，更为全面的清洁维护，同时可对其工作状态进行实时监测，具有可实施效果好，稳定性强的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适应性替换和/或修改。

本实用新型的检测系统中的光学元件位于密封箱体下部，斜45°向上，改造窗位于密封箱体上部，窗口正对反射镜表面，显微视觉成像装置安装在改造窗口内部，成像装置连接至控制盒及控制上位机，显微成像装置包含变焦镜头和高分辨率CCD。

而应用本实用新型的检测系统测量大倍率下表面部分区域颗粒尺寸分布主要有以下步骤：

步骤S41：调节光源支撑杆中机构3，使得光源略高于光学元件表面，调节光源支撑杆机构1，使得光源的出射光略平行于元件表面。

步骤S42：安装并调节改造窗口角度，使得改造窗的玻璃平行光学元件表面，并且改造窗口筒轴垂直于光学元件表面。

步骤S43：安装显微成像装置到改造窗口内。

步骤S44：打开光源，调节线光源控制器，使得线光源亮度高且恒定。

步骤S45：将显微成像装置和控制盒连接，将显微成像装置中的CCD使用网线与控制上位机连接，将控制盒与控制上位机使用USB连接。打开控制盒、显微成像装置电源。

步骤S46：打开光学元件表面颗粒检测系统软件，界面见附图4，点击打开相机按钮，等待界面中区域1显示光学元件表面图像，电机开始初始化按钮。

步骤S47：进入界面区域8，设置放大倍率为0.55x，点击聚焦控制区域+/-按钮，直至图像比较清晰，点击直达聚焦按钮，得到清晰的图像，点击保存图像按钮，保存到计算机的硬盘。

步骤S48：点击打开图片按钮，打开上述保存的图片，点击畸变校正按钮，应用上述显微视觉成像装置内参数校正得到畸变参数对图像进行畸变矫正，点击自动处理按钮，应用上述学元件颗粒图像像素与颗粒实际尺寸关系建模所得模型测量元件的实际尺寸，得到结果颗粒信息显示在界面区域7，按照面积从大到小排序，每条记录包含长度、宽度、面积、周长。

步骤S49：点击颗粒统计并保存按钮，可以将得到的颗粒统计信息保存到Excel电子表格中，其中显示颗粒总数目，其中现状颗粒数目，点状颗粒数目。点状和线状颗粒分别统计(0-20μm 20-50μm 50-100μm 100μm-∞)各区间段包含的颗粒数目，以及各颗粒长、宽、周长、面积。

上述步骤中S41-S44为对称低角度光源的安装步骤，S46-S47为采集图像的步骤，S48-S49为使用采集图像获得颗粒信息的步骤。

S41-S47步骤完成后通过软件界面进行图像具体操作主要有以下步骤：

步骤S51：打开所采集的图像，进入软件区域9，点击显示直方图，弹出窗口显示当前图像的直方图。

步骤S52：点击直方图均衡按钮，得到直方图均衡之后的结果显示在界面中区域1.

步骤S53:点击图像减按钮，弹出对话框选定被减图像，在区域1显示图像减的结果。

步骤S54：进入区域5，点击手动测量，然后在左边区域1左键拖动，选中要测量的长度。

步骤S55:点击保存局部，在左边区域1左键拖动，矩形框选中要保存的局部区域。

步骤S56:点击选定放大，在左边区域1左键拖动，矩形框选中要显示的局部区域。系统利用暗场成像来检测光学元件表面颗粒物，在系统中成像的放大倍数不是恒定的，对于不同大小的颗粒物，散射光效应对颗粒所成像大小的影响不同，呈现非线性关系。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型的检测精密光学元件表面颗粒物的在线检测系统及其应用方法的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本实用新型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实用新型的领域。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，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种检测精密光学元件表面颗粒物的在线检测系统，其特征在于，包括：

箱体，其顶部设置有可供激光进入的入光口；

设置在箱体内部，并与激光的入射光路呈45度夹角以将入射光路反射出箱体的光学元件；

其中，所述光学元件的镜框边缘上方相对设置有，以对光线元件表面进行对称打光2个线光源；

所述箱体一侧设置有拍摄角度与光学件表面相垂直的光学显微成像装置；

所述成像装置通过与其通信连接的上位机进而实现对光学元件表面颗粒物的在线检测。

2.如权利要求1所述的检测精密光学元件表面颗粒物的在线检测系统，其特征在于，包括：各所述线光源通过以可拆卸方式相对设置的两个夹持组件进而与光学元件连接。

3.如权利要求2所述的检测精密光学元件表面颗粒物的在线检测系统，其特征在于，各所述夹持组件均包括：

与光学元件镜框相配合的夹持机构；

设置在夹持机构上，以与线光源配合的支撑机构；

其中，所述连接件的自由端设置有角度旋转机构，所述线光源上设置有与角度旋转机构相配合的连接件，以通过角度旋转机构将线光源的出射光调节至与光学元件的表面相对平行。

4.如权利要求3所述的检测精密光学元件表面颗粒物的在线检测系统，其特征在于，所述支撑机构包括：

与夹持机构相配合的固定部；

以及套设在固定部内，并可沿固定部的长度方向伸缩的支撑部；

其中，所述支撑部靠近固定的一端设置有通槽，另一端设置有与角度旋转机构相配合的U形槽，所述固定部上设置有与通槽相配合，以调节支撑部伸缩长度的第一调节孔；

所述角度旋转机构包括：

一与连接件相配合的T形连接部；

一设置在T形连接部一端，以与U形槽相配合的扁平固定部；

其中，所述支撑部上设置有至少一个，以对线光源偏转角度进行调节的第二调节孔。

5.如权利要求1所述的检测精密光学元件表面颗粒物的在线检测系统，其特征在于，所述箱体上设置有与光学显微成像装置相配合的安装窗；

所述安装窗包括一伸入箱体内部的观察镜筒，以及设置在观察镜筒一端以与箱体配合连接的折弯部；

其中，所述光学显微成像装置的镜头一端伸入至观察镜筒，另一端通过一固定板进而与箱体的外侧壁连接；

所述观察镜筒、镜头朝向光学元件一端的端平面被配置为与光学元件表面平行，以使观察镜筒及镜头的筒轴与光学元件表面垂直。

6.如权利要求1所述的检测精密光学元件表面颗粒物的在线检测系统，其特征在于，还包括：所述光学显微成像装置的通过一控制盒与上位机通信连接。