[发明专利]一种基于三光源显微系统的表面微缺陷定位与识别方法

说明书

一种基于三光源显微系统的表面微缺陷定位与识别方法，涉及工程光学技术领域，用以解决现有技术对于大口径光学元件表面微缺陷不能准确识别和定位不精确的问题。本发明的技术要点包括：获取元件表面多个缺陷区域的初始位置；对于每个缺陷区域，利用吹尘前后的图像初步排除伪缺陷；对于保留的每个缺陷区域，利用预训练的缺陷预测模型进行预测，二次排除伪缺陷；对于经过二次排除后保留的每个缺陷区域，采用改变物距的自动聚焦方法和基于图像处理的缺陷目标提取方法对缺陷区域的初始位置进行修正，获取多个缺陷区域的精确位置。本发明排除了伪缺陷的干扰，并进一步提升了元件表面缺陷的定位精度，可为后续缺陷修复提供可靠数据支撑。

技术领域

本发明涉及工程光学技术领域，具体涉及一种基于三光源显微系统的表面微缺陷定位与识别方法。

背景技术

大口径光学元件表面损伤问题是制约高功率固体激光装置负载能力提升的主要瓶颈。元件在加工、清洗、转运过程中会不可避免的引入一些凹坑、划痕、微裂纹等表层微缺陷。在高通量激光的连续辐照下，这些表层微缺陷会快速扩展，其扩展过程是一个“自加速”过程。研究表明，随着激光辐照次数的增加，元件表面的缺陷尺寸将呈指数性增长，缺陷数量也会逐渐增加，并最终导致元件报废。由于大口径光学元件加工工艺复杂，成本很高，为节约装置的维护成本必须对受损伤元件进行及时修复。工程上常采用CO₂激光对熔石英元件表面缺陷进行局部修复，通过在缺陷区域刻蚀圆锥体来消除缺陷，该方法能够有效提高元件的损伤阈值延长元件的使用寿命。而采用合适的方法获取元件表面缺陷的准确位置是实现缺陷点激光修复的前提。

基于机器视觉的暗场检测是光学元件表面缺陷检测的常用手段。暗场检测时，只有缺陷点的散射光能够进入相机视野，这样可以获得暗背景下的亮缺陷。为了快速获得元件表面缺陷的分布情况，暗场检测像素分辨率较低，使用该方法获取的坐标只能用于粗定位。由于散射放大效应，暗场检测方法易于观察和检测尺寸较小的表面缺陷，但散射效应也会造成图像尺寸与实际尺寸之间难以标定。除此之外，元件表面的污染物也会通过暗场成像被检测出来干扰缺陷信息的提取。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提出一种基于三光源显微系统的表面微缺陷定位与识别方法，用以解决现有技术对于大口径光学元件表面微缺陷不能准确识别和定位不精确的问题。

一种基于三光源显微系统的表面微缺陷定位与识别方法，包括以下步骤：

步骤一、获取元件表面多个缺陷区域的初始位置；所述初始位置包括在机床坐标系下X、Y、Z轴初始坐标；

步骤二、对于每个缺陷区域，利用吹尘前后的图像初步排除伪缺陷；

步骤三、对于保留的每个缺陷区域，利用预训练的缺陷预测模型进行预测，二次排除伪缺陷；

步骤四、对于经过二次排除后保留的每个缺陷区域，采用改变物距的自动聚焦方法和基于图像处理的目标点提取方法对缺陷区域的初始位置进行修正，获取多个缺陷区域的精确位置。

进一步地，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表示扫描起始点与元件几何中心点的距离；z(.)表示以元件几何中心点为坐标原点的元件表面方程；z_o表示元件几何中心点在相机聚焦清晰时机床坐标系下Z轴坐标；

步骤一二、对多张子图进行处理，获得元件表面多个缺陷区域的初始位置。