一种大口径元件表面微缺陷检测与修复的自动化工艺方法技术

一种大口径元件表面微缺陷检测与修复的自动化工艺方法，涉及工程光学技术领域，用以解决现有技术对于大口径元件表面微缺陷的检测精度低和修复效率低的问题。本发明专利技术的技术要点包括：利用暗场相机采集元件表面图像并处理，实现对元件表面多个缺陷区域的粗定位；利用显微相机按照粗定位获得的每个缺陷区域位置采集包含单个缺陷区域的图像并处理，实现对元件表面多个缺陷区域的精定位；利用激光修复装置对多个缺陷区域进行修复；修复完成后对多个修复坑进行修复效果检测。本发明专利技术实现了大口径元件表面微缺陷的自动化检测与修复，有效缩短了元件修复时间，减少人工参与程度，为工程上大批量修复光学元件提供了技术支撑。上大批量修复光学元件提供了技术支撑。上大批量修复光学元件提供了技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种大口径元件表面微缺陷检测与修复的自动化工艺方法


[0001]本专利技术涉及工程光学
，具体涉及一种大口径元件表面微缺陷检测与修复的自动化工艺方法。

技术介绍

[0002]高功率固体激光装置的建造需要大量的光学元件，这些元件在加工、运输过程中会不可避免的引入一些抛光缺陷、划痕、污染物等，导致在高功率激光辐照下引发激光损伤继而产生表面缺陷。缺陷一旦产生将弱化光学元件的材料性能，使损伤过程进一步加剧。如果不及时进行处理，缺陷会灾难性增长并最终导致光学元件报废。除此之外，缺陷的产生会降低光束质量，影响装置输出能力和激光聚焦性能；还会对光场产生调制形成强区对下游元件造成损伤。因此必须采取合适的方式及时对元件表面缺陷进行检测和修复。
[0003]目前工程上常用的方法是利用机器视觉检测技术对下架的光学元件表面缺陷进行检测，人工判断和定位需要修复的缺陷点；根据缺陷尺寸设置修复策略，手动控制CO2激光在缺陷部位刻蚀一个圆锥体实现缺陷的修复。但是这种方法需要大量的人工参与，效率低下且容易出错，不能满足当前光学元件大批量修复的工程需要。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大口径元件表面微缺陷检测与修复的自动化工艺方法，其特征在于，设置安装工位、暗场检测工位、显微检测工位和激光修复工位，按照下述步骤对大口径元件表面缺陷进行检测和修复：步骤一、将元件从安装工位移动到暗场检测工位，利用暗场相机采集元件表面图像并处理，实现对元件表面多个缺陷区域的粗定位；步骤二、将元件从暗场检测工位移动到显微检测工位，利用显微相机按照粗定位获得的每个缺陷区域位置采集包含单个缺陷区域的图像并处理，实现对元件表面多个缺陷区域的精定位；步骤三、将元件从显微检测工位移动到激光修复工位，利用激光修复装置对多个缺陷区域进行修复。2.根据权利要求1所述的一种大口径元件表面微缺陷检测与修复的自动化工艺方法，其特征在于，步骤一的具体步骤包括：步骤一一、对元件表面预设扫描区域进行逐行逐列移动扫描，采集获取多个预设拍照位置的多张子图；每张子图的预设拍照位置为：式中，x
i,j
、y
i,j
、z
i,j
表示机床坐标系下第j行第i列子图的拍照位置；x
o
、y
o
表示元件几何中心点在暗场相机视野中心时机床坐标系下X、Y轴坐标；Xs、Ys分别表示沿行、沿列方向扫描步进值；S
X
、S
Y
分别表示扫描起始点与元件几何中心点在X、Y轴方向的距离；z(.)表示以元件几何中心点为坐标原点的元件标准方程；z
o
表示元件几何中心点在暗场相机聚焦清晰时机床坐标系下Z轴坐标；步骤一二、对每张子图进行图像分割处理，获得多个缺陷区域图像；求取每个缺陷区域轮廓的最小外接圆，将其圆心作为该缺陷区域在子图中的像素坐标；通过下式获得每个缺陷区域在工件坐标系下的X、Y轴坐标(x
p
,y
p
)：式中，k
x
、k
y
分别表示单个像素在工件坐标系X、Y轴方向所代表的实际尺寸；m、n表示缺陷区域所对应的子图编号，n代表行号，m代表第n行的第m张子图；L
W
、L
H
分别表示子图的像素宽度和高度；LocX、LocY表示缺陷区域在子图中的像素坐标；S
W/2
、S
H/2
分别表示预设扫描区域宽度值的一半、高度值的一半。3.根据权利要求2所述的一种大口径元件表面微缺陷检测与修复的自动化工艺方法，其特征在于，步骤一二中还包括根据缺陷区域的像素坐标提取缺陷区域特征，并将缺陷区域特征输入预训练的集成决策树分类模型对元件表面缺陷区域进行识别，以剔除后表面伪缺陷区域；其中，所述缺陷区域特征包括尺寸特征、灰度特征和梯度特征。4.根据权利要求3所述的一种大口径元件表面微缺陷检测与修复的自动化工艺方法，其特征在于，步骤二的具体步骤包括：步骤二一、对于每个缺陷区域，在背照光源、环形光源和同轴光源下分别采集三个图
像，并按照红绿蓝三通道顺序进行RGB合成；将每个缺陷区域合成后的图像输入预训练的基于卷积神经网络的缺陷预测模型进行预测，获取预测结果，所述预测结果包括缺陷区域是否为伪缺陷，从而进一步剔除伪缺陷区域；步骤二二、粗定位时暗场相机采集子图的位置即为每个缺陷区域在机床坐标系下的Z轴初始坐标，采用改变物距的自动聚焦方法对所述Z轴初始坐标进行修正，具体包括：设置搜索步长以改变显微相机和元件之间的物距，按照搜索步长采集缺陷区域在不同焦平面下的图像；对于每个焦平面下的一个图像，计算其水平和垂直方向的梯度平方和；比较不同焦平面对应的多个水平和垂直方向的梯度平方和，当水平和垂直方向的梯度平方和的值减小时，减小搜索步长以提高聚焦精度，否则按照搜索步长沿反方向进行采集；继续采集包含缺陷区域的图像，重复上述过程，直至搜索步长小于预设步长阈值时停止；此时，缺陷区域在机床坐标系下的Z轴修正坐标为：Z轴初始坐标加上多个焦平面所对应的搜索步长的总和；步骤二三、所述Z轴修正坐标对应的物距确定了聚焦清晰时显微相机和元件的位置，在聚焦清晰后采集包含单个缺陷区域的图像；对所述图像进行二值化处理；对经过二值化处理的图像提取缺陷区域轮廓，计算缺陷区域的X、Y轴当前坐标和初始坐标在图像坐标系下的像素坐标偏差值；根据像素坐标偏差值计算在机床坐标系下的实际坐标偏差值；根据实际坐标偏差值计算获得X、Y轴修正坐标；其中，每个缺陷区域X、Y轴初始坐标是粗定位时已经获得的坐标；X、Y、Z轴修正坐标即为每个缺陷区域的精定位结果。5.根据权利要求4所述的一种大口径元件表面微缺陷检测与修复的自动化工艺方法，其特征在于，步骤三的具体步骤包括：步骤三一、判断各个缺陷区域之间的交联程度以确定修复策略，交联程度小的缺陷区域采用单缺陷修复策略，交联程度大的缺陷区域采用多缺陷修复策略；其中，单缺陷修复策略包括依据缺陷区域尺寸确定修复坑尺寸和激光修复参数；多缺陷修复策略包括计算获取包络相互交联的多个缺陷区域的最小外接圆直...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明君，赵林杰，尹朝阳，程健，袁晓东，郑万国，廖威，王海军，张传超，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：