The invention discloses a method for measuring surface defects based on a spectral confocal sensor. The invention installs the plane mirror on the angular displacement table, adjusts the distance between the spectral sensor and the workpiece to be measured, completes the collection of spectral peak strength data at the set inclination angle, adjusts the angular displacement table to different inclination angles until the spectral peak strength data acquisition at all specified inclination angles is completed, and constructs the characteristic curve of \steepness, distance and spectral peak strength\ to scan and measure the workpiece. The spectral peak intensity data of the surface reflection of the workpiece are collected, and the reflectance matrix of the workpiece surface to be measured is calculated. The reflectivity threshold is set to identify the abrupt change area of the reflectance by setting the reflectivity threshold area, so as to distinguish the defect area from the normal area and complete the defect location and contour extraction. The invention establishes a mathematical model between spectral peak strength and surface reflectivity by experimental method, locates surface defects by reflectivity, and provides a new method for detecting surface defects of optical elements.
【技术实现步骤摘要】
一种基于光谱共焦传感器的表面疵病测量方法
本专利技术涉及表面疵病测量领域，尤其涉及一种基于光谱共焦传感器的表面疵病测量方法。
技术介绍
超精密光学元件广泛应用于民用领域与军事国防领域。民用领域中的典型应用包括光刻机曝光镜、相机变焦镜头、光学仪器透镜、医疗中的内窥镜与渐进镜等；军事与国防领域中的应用包括如哈勃望远镜的天文望远镜、激光武器、红外热成像仪、激光核聚变等。超精密光学元件的加工离不开精密测量技术，现阶段超精密光学元件的加工不仅要求有更高精度的面形测量技术，也对表面疵病的检测提出了要求。表面疵病已然成为评价光学元件质量的一个重要指标。当光束通过带有疵病的光学元件时，局部的疵病会造成光束散射和能量损耗，并可能产生不期望发生的衍射、能量吸收、有害炫耀、膜层破坏等，在光学成像场合，任何一个光学元件表面存在疵病就会导致局部亮度不均匀，进而影响整体的成像质量，因此表面疵病检测是高端光学元件加工后的必检环节。表面疵病在光学元件表面尺度上的分布具有很大的随机性，疵病的微观结构形态各异且具有离散的结构特征，因此测量的难度很大。传统的面形测量设备难以对表面疵病进行测量，原因包括以下几个方面：1)疵病的纵向尺寸小。部分疵病的纵向尺寸已经小于测量传感器的纵向分辨率，这种情况下普通的形貌测量难以分辨出疵病；2)疵病的横向尺寸小。当疵病的横向尺寸小于传感器的横向分辨率时，传感器便无法感应到疵病的存在。以波面干涉仪为例，其纵向分辨率极高(可达λ/100)，但横向分辨率较低。以一个装备了1024×1024像素CCD的干涉仪去检测1m口径的光学元件，其横向分辨率仅可达1mm左右，难以...
【技术保护点】
1.一种基于光谱共焦传感器的表面疵病测量方法，其特征在于将平面反射镜(202)安装于角位移台(203)上，调整光谱传感器与待测工件的距离(102)，完成设定的倾角下谱峰强度数据(103)的采集，调整角位移台到不同倾角(101)，直至完成所有指定倾角下的谱峰强度数据采集(103)；利用采集到的谱峰强度数据构建“陡度‑距离‑谱峰强度”特性曲线(105)；对待测工件(304)进行扫描测量，采集工件表面回光的谱峰强度数据(107)，计算待测工件表面的反射率矩阵；设定反射率阈值，结合该谱峰强度数据(107)与谱峰强度特性曲线(105)计算被测点的反射率(108)，由反射率异常点反推该异常点的位置信息，得到反射率异常点的位置集合；通过设定反射率阈值(110)区辨识反射率突变区域，以此分辨疵病区域与正常区域并完成疵病定位与轮廓提取(109)。
【技术特征摘要】
1.一种基于光谱共焦传感器的表面疵病测量方法，其特征在于将平面反射镜(202)安装于角位移台(203)上，调整光谱传感器与待测工件的距离(102)，完成设定的倾角下谱峰强度数据(103)的采集，调整角位移台到不同倾角(101)，直至完成所有指定倾角下的谱峰强度数据采集(103)；利用采集到的谱峰强度数据构建“陡度-距离-谱峰强度”特性曲线(105)；对待测工件(304)进行扫描测量，采集工件表面回光的谱峰强度数据(107)，计算待测工件表面的反射率矩阵；设定反射率阈值，结合该谱峰强度数据(107)与谱峰强度特性曲线(105)计算被测点的反射率(108)，由反射率异常点反推该异常点的位置信息，得到反射率异常点的位置集合；通过设定反射率阈值(110)区辨识反射率突变区域，以此分辨疵病区域与正常区域并完成疵病定位与轮廓提取(109)。2.根据权利要求1所述一种基于光谱共焦传感器的表面疵病测量方法，其特征在于白光光源(301)发出白色光，经由光纤(209)传入高色散透镜(303)，光线通过透镜后不同波长的光会聚焦在光轴的不同位置，工件(304)被测点所处位置的反射光会返回到光谱仪(208)形成谱峰，通过谱峰强度数据采集装置采集谱峰强度数据。3.根据权利要求2所述一种基于光谱共焦传感器的表面疵病测量方法，其特征在于所述的谱峰强度数据采集装置，包括数据采集卡(206)、光谱仪(208)、高色散透镜(303)，光谱仪(208)将光谱共焦传感器(201)采集的返回光转换为距离信号与光强信号，再将距离信号与光强信号转换为两路0～10V的模拟电压信号(207)输出；然后使用数据采集卡(206)的模数转换模块将两路模拟电压信号(207)转换为两路数字信号进行采集，并发送给工控机(204)进行数据处理，获取谱峰强度数据信息。4.根据权利要求3所述一种基于光谱共焦传感器的表面疵病测量方法，其特征在于建立谱峰强度数据与待测面陡度及距离的“陡度-距离-谱峰强度”特性曲线(205)，利用特性曲线的数学实验模型，通过谱峰强度信号计算得到测量点的表面反射率，具体的：从实验角度入手，通过实验数据数据拟合特性曲线并建立数学实验模型：将平面反射镜(202)安装在角位移台(203)上，将角位移台(203)设定倾角范围最小0°到最大γmax，且间隔δγ；对于每个倾角，令光谱共焦传感器(201)作上下运动，记录每组所测距离和谱峰强度的关系，绘制“陡度-距离-谱峰强度”特性曲线(205)。5.根据权利要求4所述一种基于光谱共焦传感器的表面疵病测量方法，其特征在于γmax为1...
【专利技术属性】
技术研发人员：居冰峰，杜慧林，张文浩，孙安玉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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