大口徑元件表面檢測裝置及相應(yīng)的損傷快速定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大口徑光學(xué)元件表面損傷檢測裝置。該裝置包括：線陣相機(jī)組件，獲取光學(xué)元件表面局部低精度線陣圖像；顯微相機(jī)組件，獲取光學(xué)表面局部高精度面陣圖像；掃描聚焦組件，控制線陣相機(jī)組件和顯微相機(jī)組件對光學(xué)元件表面的掃描、定位和聚焦；專用夾具，對光學(xué)元件進(jìn)行定位夾緊和姿態(tài)調(diào)整；數(shù)據(jù)采集處理器，進(jìn)行圖像采集處理分析和電機(jī)驅(qū)動控制。本發(fā)明還公開一種元件損傷的快速定位方法。該方法通過在線陣圖像中指定感興趣損傷點(diǎn)，將顯微相機(jī)組件的軸心快速移動到損傷點(diǎn)位置。本發(fā)明能夠?qū)鈱W(xué)元件表面的損傷進(jìn)行快速定位，并進(jìn)行高精度的顯微成像，定位精度約為50微米。本發(fā)明具有廣泛的應(yīng)用前景和可觀的社會經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說明】大口徑元件表面檢測裝置及相應(yīng)的損傷快速定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于大口徑光學(xué)元件表面損傷檢測領(lǐng)域，具體涉及一種大口徑光學(xué)元件表面損傷檢測裝置及相應(yīng)的元件損傷快速定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在大型或超大型光學(xué)設(shè)備制造領(lǐng)域，大口徑光學(xué)元件的應(yīng)用非常廣泛，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對大口徑光學(xué)元件的表面質(zhì)量要求也越來越高。通常，大口徑光學(xué)元件在使用之前都需要對它們的表面損傷進(jìn)行檢測。目前，國內(nèi)主要依靠人眼或其它輔助工具來實(shí)現(xiàn)對光學(xué)元件的檢測分析，雖然國內(nèi)很多高校研究所也都對此開展了很多相關(guān)研究工作，并研制出了一些檢測設(shè)備，但是仍然存在很多局限和不足，如檢測精度差、檢測效率較低、檢測對象單一、操作不便等，至使其無法推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠克服上述不足、滿足大口徑光學(xué)元件表面損傷檢測需求的檢測裝置及相應(yīng)的損傷快速定位方法。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出一種大口徑光學(xué)元件表面損傷檢測裝置，該裝置包括線陣相機(jī)組件、顯微鏡組件、掃描聚焦組件、專用夾具和數(shù)據(jù)采集處理器，其中:
[0005]所述專用夾具固定安裝在檢測平臺上，用于實(shí)現(xiàn)待檢測光學(xué)元件的定位和夾緊，并根據(jù)數(shù)據(jù)采集處理器的調(diào)整指令對待檢測光學(xué)元件的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整；
[0006]所述線陣相機(jī)組件安裝于可觀測到待檢測光學(xué)元件的位置，用于獲取待檢測光學(xué)元件表面局部縮小的低精度線陣圖像，并將獲取到的線陣圖像發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集處理器進(jìn)行存儲、處理和分析；
[0007]所述顯微鏡組件安裝于可觀測到待檢測光學(xué)元件的位置，用于獲取待檢測光學(xué)元件表面局部放大的高精度面陣圖像，并將獲取到的面陣圖像發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集處理器進(jìn)行存儲、處理和分析；
[0008]所述掃描聚焦組件與所述線陣相機(jī)組件和顯微鏡組件連接，用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)采集處理器的驅(qū)動指令運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)所述線陣相機(jī)組件、所述顯微鏡組件對于待檢測光學(xué)元件表面的掃描、定位和聚焦；
[0009]所述數(shù)據(jù)采集處理器與所述線陣相機(jī)組件、顯微鏡組件和掃描聚焦組件連接，用于對于所述專用夾具和掃描聚焦組件的運(yùn)動進(jìn)行控制，并對接收到的圖像進(jìn)行存儲、處理和圖像損傷信息分析。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提出一種利用所述表面損傷檢測裝置進(jìn)行損傷快速定位的方法，該方法包括以下步驟:
[0011]步驟1:獲取相機(jī)在水平掃描方向和豎直掃描方向上的焦距變化斜率；該步驟中，首先將待檢測光學(xué)元件安裝到專用夾具上，調(diào)整待檢測光學(xué)元件的表面與相機(jī)的軸心盡可能垂直，然后驅(qū)動水平掃描軸和豎直掃描軸分別運(yùn)動到待檢測光學(xué)元件的四個角點(diǎn)，并通過驅(qū)動前后聚焦軸運(yùn)動，使得線陣圖像和顯微圖像的清晰度最佳，記錄四個角點(diǎn)的三維坐豐不:左上角:(X!!，Yit ? Z]_t)，左下角:(X]_b，Yib? Zib)，右上角:(Xrt，Yrt? Zrt)，右下角:(Xrb，Yrb?zrb)，分別計(jì)算聚焦軸在水平掃描方向和豎直掃描方向上的焦距變化斜率Fx和Fy:
【權(quán)利要求】
1.一種大口徑光學(xué)元件表面損傷檢測裝置，其特征在于，該裝置包括:線陣相機(jī)組件、顯微鏡組件、掃描聚焦組件、專用夾具和數(shù)據(jù)采集處理器，其中: 所述專用夾具固定安裝在檢測平臺上，用于實(shí)現(xiàn)待檢測光學(xué)元件的定位和夾緊，并根據(jù)數(shù)據(jù)采集處理器的調(diào)整指令對待檢測光學(xué)元件的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整； 所述線陣相機(jī)組件安裝于可觀測到待檢測光學(xué)元件的位置，用于獲取待檢測光學(xué)元件表面局部縮小的低精度線陣圖像，并將獲取到的線陣圖像發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集處理器進(jìn)行存儲、處理和分析； 所述顯微鏡組件安裝于可觀測到待檢測光學(xué)元件的位置，用于獲取待檢測光學(xué)元件表面局部放大的高精度面陣圖像，并將獲取到的面陣圖像發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集處理器進(jìn)行存儲、處理和分析； 所述掃描聚焦組件與所述線陣相機(jī)組件和顯微鏡組件連接，用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)采集處理器的驅(qū)動指令運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)所述線陣相機(jī)組件、所述顯微鏡組件對于待檢測光學(xué)元件表面的掃描、定位和聚焦； 所述數(shù)據(jù)采集處理器與所述線陣相機(jī)組件、顯微鏡組件和掃描聚焦組件連接，用于對于所述專用夾具和掃描聚焦組件的運(yùn)動進(jìn)行控制，并對接收到的圖像進(jìn)行存儲、處理和圖像損傷信息分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述專用夾具為柔性夾具。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述線陣相機(jī)組件包括線陣CCD、相機(jī)鏡頭和線光源，其中，所述線光源用于照亮待檢測光學(xué)元件表面的線區(qū)域；所述相機(jī)鏡頭用于將該區(qū)域成像到線陣CCD上，從而獲取光學(xué)元件表面局部縮小的線陣圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的`裝置，其特征在于，所述顯微鏡組件包括面陣CCD、顯微鏡頭和同軸光源，其中，所述同軸光源用于照亮待檢測光學(xué)元件表面的面區(qū)域，顯微鏡頭用于將該區(qū)域成像到面陣CCD上，從而獲取待檢測光學(xué)元件表面局部放大的面陣圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述掃描聚焦組件包括水平掃描軸、豎直掃描軸和前后聚焦軸，所述線陣相機(jī)組件和顯微鏡組件共同安裝在所述前后聚焦軸上，驅(qū)動所述前后聚焦軸運(yùn)動可以實(shí)現(xiàn)所述線陣相機(jī)組件中的相機(jī)鏡頭或者所述顯微鏡組件中的顯微鏡頭對待檢測光學(xué)元件表面的聚焦；驅(qū)動所述水平掃描軸和豎直掃描軸運(yùn)動可以實(shí)現(xiàn)相機(jī)鏡頭或者顯微鏡頭對待檢測光學(xué)兀件表面的掃描和定位。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述豎直掃描軸上安裝有光柵尺，用于對所述豎直掃描軸精確定位，并同步線陣相機(jī)組件的采集觸發(fā)信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集處理器包括顯示器、上位機(jī)和下位機(jī)，其中，所述下位機(jī)負(fù)責(zé)圖像采集和電機(jī)控制；所述顯示器用于顯示圖像和操作界面，提供人機(jī)互動的窗口 ；上位機(jī)負(fù)責(zé)圖像存儲、處理和損傷信息分析。
8.一種利用權(quán)利要求1所述的表面損傷檢測裝置進(jìn)行損傷快速定位的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟1:獲取相機(jī)在水平掃描方向和豎直掃描方向上的焦距變化斜率；該步驟中，首先將待檢測光學(xué)元件安裝到專用夾具上，調(diào)整待檢測光學(xué)元件的表面與相機(jī)的軸心盡可能垂直，然后驅(qū)動水平掃描軸和豎直掃描軸分別運(yùn)動到待檢測光學(xué)元件的四個角點(diǎn)，并通過驅(qū)動前后聚焦軸運(yùn)動，使得線陣圖像和顯微圖像的清晰度最佳，記錄四個角點(diǎn)的三維坐標(biāo):左上角:(Xlt，Ylt? Z]_t)，左下角:(X]_b，Ylb? Zlb)，右上角:(Xrt，Ytf Zrt)，右下角:(Xrb，Yrb7 ^rb)，分別計(jì)算聚焦軸在水平掃描方向和豎直掃描方向上的焦距變化斜率Fx和Fy:

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟6進(jìn)一步包括以下步驟: 步驟61，讀取顯示位置中心所在的圖像塊及相鄰的m塊子圖像進(jìn)行顯示，并將這m+1塊圖像合成為一幅大的合成圖像，同時設(shè)定該合成圖像的感興趣區(qū)域； 步驟62，計(jì)算所述合成圖像中損傷點(diǎn)的像素坐標(biāo):首先計(jì)算合成圖像左上角相對于全局線陣圖像的位置(叫，Vtl),然后計(jì)算感興趣區(qū)域相對于合成圖像的左上角的位置(U1, V1),最后，計(jì)算指定損傷點(diǎn)相對于感興趣區(qū)域的像素位置(u2，v2)，將以上三個位置坐標(biāo)進(jìn)行求和得到損傷點(diǎn)相對于全局線陣圖像的像素坐標(biāo)(U，V)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟7中線性映射模型表示為:
【文檔編號】G01N21/88GK103728315SQ201410041410
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】張峰, 張正濤, 史亞莉, 陶顯, 徐德 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所