[发明专利]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

说明书

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。

技术领域

本发明涉及工程光学技术领域，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。

背景技术

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。

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。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提出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，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。

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，包括：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。

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)：