一种基于线扫描和环带拼接的大口径平面镜的瑕疵检测装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于线扫描和环带拼接的大口径平面镜的瑕疵检测装置和方法，该装置包括线扫描探测器，环形照明光源，被测平面镜，绕Z轴的旋转台，沿X轴的平移台，计算机。通过将被测平面镜通过平移和旋转，使得整个被测平面镜的表面能被扫描探测器检测完，并通过环带拼接方法获得整个被测平面镜的瑕疵情况。其中线扫描和环带拼接的方式减小了成像畸变、中间数据量、畸变的校正难度和拼接难度，提高了检测速度和检测质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于线扫描和环带拼接的大口径平面镜的瑕疵检测装置和方法
本专利技术属于光学检测领域，具体涉及一种基于线扫描和环带拼接的大口径平面镜的瑕疵检测装置和方法。
技术介绍
光刻镜头是一个由几十片镜片组成的复杂的光学系统，部分镜面口径大，对应的标准镜头研制困难。拼接测量通过将一个镜面规划为多个小的子孔径，并逐个子孔径测量，然后再将子孔径的面形通过算法组合成整个镜面的面形。21世纪初，美国QED公司出品了SSI自动拼接干涉仪，实现对光学元件的自动拼接测量，但检测精度低，只作为高精度镜片加工中的过程检测仪器。其精度低的最主要原因是拼接测量过程中，被测件的外环区域需要倾斜一定的角度去匹配标准镜的状态，而倾斜会使得被测件变形，变形量直接代入检测结果中，无法达到高精度检测目的。光学零件的表面瑕疵是指光学零件经过抛光加工后光学零件表面存在的麻点、划痕、开口气泡、破点及破边等加工缺陷。光学元件表面的疵病会导致光束通过疵病区域发生散射，偏离预定方向，从而严重影响光学系统的光学性能，在加工过程中必须进行有效控制。传统中光学零件表面疵病的描述和度量，主要手段是靠肉眼目测观察疵病图像来判定。结果受个人主观意志影响很大。目前现有的表面瑕疵检测装置主要是基于面阵相机扫描，缺点是子孔径多，检测时间长，中间数据量大，子孔径数据成像的畸变大，拼接时畸变校正和位置校正困难。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于线扫描和环带拼接的大口径平面镜的瑕疵检测装置和方法，通过线扫描和环带拼接，实现了对大口径平面镜的瑕疵检测。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种基于线扫描和环带拼接的大口径平面镜的瑕疵检测装置，该装置包括：线扫描探测器101，环形照明光源102，被测平面镜103，绕Z轴的旋转台104，沿X轴的平移台105，计算机106，其结构示意图如图1所示。其中，绕Z轴的旋转台104放在沿X轴的平移台105上，被测平面镜103放在绕Z轴的旋转台104上，被测平面镜103上方装有环形照明光源102和线扫描探测器101。其中，计算机106与线扫描探测器101、绕Z轴的旋转台104和沿X轴的平移台105相连，用于发出控制信号。另外本专利技术提供了一种基于线扫描和环带拼接的大口径平面镜的瑕疵检测方法，该测量方法具体如下：步骤(1)、规划扫描检测方案。根据被测平面镜103，线扫描探测器101的参数，规划环带的个数M和位置，使得各环带之间有一定的重叠度，并使得被测平面镜103的所有范围被扫描到，并根据环带的位置和线扫描探测器101的参数计算各环带扫描时绕Z轴的旋转台104的角速度。如图2示，被测平面镜103的口径D，线扫描探测器101的像元数N，线扫描探测器101的帧频η，线扫描探测器101的物方视场L，扫描检测方案为：环带的个数M，各环带偏离被测件中心的距离pxk，其中px1为0。按如下公式计算每个环带扫描时绕Z轴的旋转台104的角速度ωk(k＝1,2,…,M)。ωk＝ηL/N/(pxk+L)上式中k＝1,2,…,M，为各环带的序号。步骤(2)、检测第1个环带。搭建如图3所示的测量平台，计算机106控制沿X轴的平移台105在X向平移距离px1+L，然后计算机106控制绕Z轴的旋转台104以角速ω1转动一周，计算机106控制线扫描探测器101以帧频η采集数据，并保存数据f1，f1为N×J1像素的图像，J1为绕Z轴的旋转台104以角速度ω1转动一周时，线扫描探测器101测量的帧数。步骤(3)、依次检测其余环带。计算机106控制沿X轴的平移台105在X向平移距离pxk+L，然后计算机106控制绕Z轴的旋转台104以角速ωk转动一周，计算机106控制线扫描探测器101以帧频η采集数据，保存数据据fk。fk为N×Jk像素的图像,Jk为检测第k个环带时，绕Z轴的旋转台104以角速度ωk转动一周时，线扫描探测器101测量的帧数，fk的示意图如图4所示。步骤(4)、将检测的各环带数据进行坐标变换，位置误差校正和区域增长法拼接成一幅图像，具体方法如下：a)将各环带的数据按下式做坐标变换，fk的示意图由图4变成全局坐标下的Fk，如示意图图5所示。Fk(x,y)＝fk(uk,vk)其中，(uk,vk)为fk中一个点，uk的取值为1,2,…,N,vk的取值为1,2,…,Jk。(x,y)为(uk,vk)对应的全局坐标下的点。b)分析各环带位置误差。检测各环带数据时，沿X轴的平移台105在X向平移，存在位置误差Δpxk，含位置误差校正的坐标变换公式如下式所示。拼接时，以第1环带为基准，即Δpx1为0。Fk(x+εxΔpxk,y+εyΔpxk)＝fk(uk,vk)其中，εx为x的误差校正的系数，εy为y的误差校正的系数。c)计算各环带的位置误差Δpxk(k＝2,3,…,M)，使得前k-1个环带的拼接结果Gk-1和Fk的重叠区域的误差ek最小。其中G1＝F1，Gk-1和Fk的重叠区域的误差ek的表达式如下式所示。Δpxk在[-Ex，Ex]以间隔0.5*L/N取值，当ek最小时，对应的Δpxk就为第k环带的位置误差。其中，[-Ex，Ex]为沿X轴的平移台105在X向平移的误差范围，由沿X轴的平移台105的定位精度决定。S∩为Gk-1与Fk的重叠区域。d)采用区域增长算法，将各环带数据拼接成一幅图像GM，如下式所示。其中，为Gk-1的区域，为Fk不含S∩的区域。Gk为前k个环带的拼接结果。本专利技术与现有技术相比的优点在于：1)线扫描比面阵扫描速度快，子孔径少，中间数据量小，拼接的计算量小。2)线扫描相机比面阵相机的成像畸变小，拼接的一致性更好。3)线扫描比面阵扫描的位置误差校正更简单准确。附图说明图1为本专利技术的基于线扫描和环带拼接的大口径平面镜的瑕疵检测装置的示意图；图2为本专利技术的规划扫描检测方案的示意图；图3为本专利技术的测量第1环带的装置的示意图；图4为本专利技术的第k个环带的线扫描结果的示意图；图5为本专利技术的第k个环带线扫描结果坐标变换后的示意图。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例进一步说明本专利技术。图1为本专利技术的一种基于线扫描和环带拼接的大口径平面镜的瑕疵检测装置的示意图，包含线扫描探测器101，环形照明光源102，被测平面镜103，绕Z轴的旋转台104，沿X轴的平移台105，计算机106，其装置的结构示意图如图1所示。其中XYZ坐标系为绕Z轴的旋转台104和沿X轴的平移台105的坐标系。其中，绕Z轴的旋转台104实现绕Z向旋转，沿X轴的平移台105实现沿X向平移。绕Z轴的旋转台104放在沿X轴的平移台105上，被测平面镜103放在绕Z轴的旋转台104上，被测平面镜103上方装有环形照明光源102和线扫描探测器101。其中，计算机106与线扫描探测器101、绕Z轴的旋转台104和沿X轴的平移台105相连，用于发出控制信号。本专利技术的采用所述的装置对大口径平面镜的瑕疵检测方法，具体实施步骤如下：步骤(1)、规划扫描检测方案。根据被测平面镜103，线扫描探测器101的参数，规划环带的个数M和位置，使得各环带之间有一定的重叠度，并使得被测平面镜103的所有范围被扫描到，并根据环带的位置和线扫描探测器101的参数计算各环带扫描时绕Z轴的旋转台104的角速度。如图2示，被测平面镜103的口径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于线扫描和环带拼接的大口径平面镜的瑕疵检测装置，其特征在于：该装置包括：线扫描探测器(101)，环形照明光源(102)，被测平面镜(103)，绕Z轴的旋转台(104)，沿X轴的平移台(105)和计算机(106)，其中，绕Z轴的旋转台(104)放在沿X轴的平移台(105)上，被测平面镜(103)放在绕Z轴的旋转台(104)上，被测平面镜(103)上方装有环形照明光源(102)和线扫描探测器(101)，其中，计算机(106)与线扫描探测器(101)、绕Z轴的旋转台(104)和沿X轴的平移台(105)相连，用于发出控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于线扫描和环带拼接的大口径平面镜的瑕疵检测装置，其特征在于：该装置包括：线扫描探测器(101)，环形照明光源(102)，被测平面镜(103)，绕Z轴的旋转台(104)，沿X轴的平移台(105)和计算机(106)，其中，绕Z轴的旋转台(104)放在沿X轴的平移台(105)上，被测平面镜(103)放在绕Z轴的旋转台(104)上，被测平面镜(103)上方装有环形照明光源(102)和线扫描探测器(101)，其中，计算机(106)与线扫描探测器(101)、绕Z轴的旋转台(104)和沿X轴的平移台(105)相连，用于发出控制信号。2.根据权利要求1所述的基于线扫描和环带拼接的大口径平面镜的瑕疵检测装置，其特征在于：被测平面镜(103)放在绕Z轴的旋转台(104)上，线扫描探测器(101)检测被测平面镜(103)上的瑕疵。3.一种使用权利要求1所述的装置的基于线扫描和环带拼接的大口径平面镜的瑕疵检测方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤(1)、规划扫描检测方案：根据被测平面镜(103)、线扫描探测器(101)的参数，规划环带的个数M和位置，使得各环带之间有一定的重叠度，并使得被测平面镜(103)的所有范围被扫描到，并根据环带的位置和线扫描探测器(101)的参数计算各环带扫描时绕Z轴的旋转台(104)的角速度；步骤(2)、检测第1个环带：计算机(106)控制沿X轴的平移台(105)在X向平移距离px1+L，然后计算机(106)控制绕Z轴的旋转台(104)以角速ω1转动一周，计算机(106)控制线扫描探测器(101)以帧频η采集数据，并保存数据f1，f1为N×J1像素的图像，J1为绕Z轴的旋转台(104)以角速度ω1转动一周时，线扫描探测器(101)测量的帧数；步骤(3)、依次检测其余环带：计算机(106)控制沿X轴的平移台(105)在X向平移距离pxk+L，然后计算机(106)控制绕Z轴的旋转台(104)以角速ωk转动一周，计算机(106)控制线扫描探测器(101)以帧频η采集数据，保存数据据fk，fk为N×Jk像素的图像，Jk为检测第k个环带时，绕Z轴的旋转台(104)以角速度ωk转动一周时，线扫描探测器(101)测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐富超，全海洋，付韬韬，胡小川，侯溪，李声，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51