[发明专利]一种高检测效率高分辨率的光滑表面质量测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种高检测效率高分辨率的光滑表面质量测量装置，包括上位机、电子控制模块、低倍成像模块、调焦机构、高倍成像模块、样件夹持装置、Y轴电动平移台及X轴电动平移台；低倍成像模块对待测样件表面进行高速低倍成像，定位缺陷位置；高倍成像模块用于精确测量缺陷尺寸；调焦机构在由低倍放大镜头切换为高倍放大镜头时开始工作，保证测量平面位于镜头的景深范围内。本发明通过拍摄表面缺陷图片进行图像处理的方式获得缺陷的规格，相比人工检测技术显著提高了测量结果的准确性及重复性。本发明通过首先使用低倍镜头定位缺陷，然后使用高倍镜头测量缺陷尺寸的方式显著提高了测量的速度，相比一般机器视觉的方法效率更高。

技术领域

本发明属于光学测量的技术领域，具体涉及一种高检测效率高分辨率的光滑表面质量测量装置及方法。

背景技术

光学元件在精密设备及工程中有着广泛的应用，良好的光学表面质量是保证光学元件性能的关键因素。在一般的成像系统中，表面缺陷导致系统存在难以预测的杂散光，影响了成像质量，若缺陷位于成像面的共轭面附近，会在图像中直接表现，无法接受。在计算成像系统中，表面缺陷影响了系统点扩散函数的分布，给后续图像处理增加了难度。相比成像领域，表面缺陷在激光领域的要求更加严格，其一方面会导致干涉条纹，另一方面当激光强度较高时可能导致元件损毁。因此在光学元件加工过程中实现准确的表面质量检测能够有效保证元件的质量。

受到经济水平和技术水平的制约，目前我国普通光学加工企业的表面质量检测一般是使用目视检测的手段，由操作人员在强光下观察缺陷的散射光特性并与标准缺陷进行比较确定缺陷的等级，但受到主观因素的影响，重复性较差，且不同人员的测量结果将有所区别，很难实现定量测量。当测量准确性要求较高时，只能由多组经验丰富的人员同时测量，成本很高。相比人工测量，机器视觉技术具有测量结果客观，重复性强的优点，在一般工业检测中已经取得了广泛的应用，在光学表面检测领域有广阔的发展前景。

中国专利文献CN108120719A公开了一种锥体表面光洁度检测方法及装置，通过使用成像系统接收锥体的反射光，进行图像处理得到锥体表面光洁度信息，实现了快速、实时检测金属锥体表面光洁度测试，但其测量缺陷的分辨率与测量范围互相限制，难以提高大尺寸样件的测量速度。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种高检测效率高分辨率的光滑表面质量测量装置及方法，首先通过采用低放大倍数镜头定位缺陷，然后使用高放大倍数镜头测量缺陷尺寸，最后根据指定标准进行图像处理定量获得元件的表面质量来实现大测量范围样件的高效测量。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种高检测效率高分辨率的光滑表面质量测量装置，包括上位机、电子控制模块、低倍成像模块、调焦机构、高倍成像模块、样件夹持装置、Y轴电动平移台及X轴电动平移台；Y轴电动平移台垂直设于X轴电动平移台上，样件夹持装置设于Y轴电动平移台，用于固定待测样件，调焦机构设于样件夹持装置上方；调焦机构自上到下包括带刹车的步进电机、Z轴电动平移台和相机夹持机构；低倍成像模块自上到下包括低倍放大镜头、工业相机和照明光源，对待测样件表面进行高速低倍成像，定位缺陷位置；高倍成像模块自上到下包括高倍放大镜头、工业相机和照明光源，用于精确测量缺陷尺寸；调焦机构在由低倍放大镜头切换为高倍放大镜头时开始工作，保证测量平面位于镜头的景深范围内；两个工业相机固定于相机夹持机构两端，相机夹持机构垂直设于Z轴电动平移台上，两个工业相机可随相机夹持机构沿Z轴电动平移台在Z轴方向上下运动，从而改变镜头与待测平面之间的距离，自动寻找聚焦最准确的位置；电子控制模块通过串口接收上位机命令，控制Y轴电动平移台、X轴电动平移台和Z轴电动平移台的移动，当移动至指定位置时提供脉冲触发信号给成像部分，实现对待测样件表面的扫描；上位机通过接口采集两个工业相机的图像并进行自动化处理，实现表面缺陷检测并提供测试结果。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：