球面光学元件表面疵病检测技术研究

针对现有球面光学元件表面疵病检测技术研究较少的情况,根据疵病对光的散射特性,提出了一种基于机器视觉技术检测球面光学元件表面疵病的方法。实验分析了光照角度、光强大小和球面光学元件曲率半径对疵病散射光成像质量的影响。并对口径为Φ14mm,曲率半径为13mm的球面光学元件表面进行了检测,实验表明,该技术对元件样品上10μm以下的表面疵病可进行有效的检测。     

大口径精密光学元件表面疵病检测系统研究

根据大口径精密光学元件表面疵病检测的工程特点,提出了一种基于优化模糊相似度算法的案例推理疵病识别法,解决了疵病图像获取中的摄像机平面移动定位、自动调焦和图像拼接等自动检测技术问题,研制了基于机器视觉的大口径精密光学元件表面疵病检测系统.实验结果表明,以上算法和技术是正确的,达到了理想的效果,可推广应用到其他材质的精密表面缺陷检测中.     

光学元件的疵病检测及现状

介绍了光学元件的疵病类型以及疵病检测标准,全面介绍了光学元件疵病检测方法的国内外发展现状。归纳出目前光学元件的疵病检测标准和检测方法的发展趋势及关键技术。分析表明,目前已有的疵病检测方法中还缺乏一种检测手段可以做到对所有类型疵病实现所需精度的检测,并且由于视场受限、难以定量等技术障碍而无法建立高效、自动化的检测分析设备。     

基于Canny算子的机械元件广义疵病无损检测系统关键技术

针对某大型实验装置机械及光学元件表面广义疵病的检测,采用无损检测方法实现了机械光学元件广义疵病的检测分析系统,并设计了机械三维电动平移台.在图像边缘提取中,采用基于Canny算子的边缘提取与阈值相结合的方式,提取元件表面图像信息,并由软件输出表面参数信息,相关实验证明系统达到设计要求.     

光学元件表面疵病检测仪的精度建模及预测

为了对疵病检测仪的精度进行预测并对设计方案的合理性进行验证,基于多体系统理论对疵病检测仪机械运动机构进行了精度建模。用低序体阵列和拓扑结构描述了疵病检测仪的结构特点,提出了疵病检测仪的精度模型,针对光学系统的要求进行了误差分离。基于该精度模型,以典型光学元件为例提出了误差补偿的计算流程,对疵病检测仪的精度进行预测。预测结果表明,光学探头的成像点与待测点沿光学探头光轴方向误差最大值为3.0μm,满足光学探头景深20μm的检测要求,同时光学探头成像点与光学元件待测点垂直于光轴方向误差及光学探头光轴与光学元件待测点处表面法向的夹角均在设计指标内。     

光学元件的疵病检验与研究现状（续）

“光学零件表面疵病”曾在国家标准GB1031－68及GB1185－89中做过专门描述。研究发现,这些标准与国际上一些国家的相关标准及测试方法相差较大,而最近国际光学委员会推荐的一个不同用途光学元件的疵病指标值得注意[1]。本文在介绍了一些国外标准的基础上,侧重分类描述了当今世界上具有代表性的疵病检验方法、原理及各自的特点,旨在为我国光学界同行在应用、研究及制定相关标准时参考。文后作者提出了在光学元件的疵病检验和标准制定方面的一些粗浅看法。     

光学元件的疵病检验与研究现状

“光学零件表面疵病”曾在国家标准GB1031－68及GB1185－89中做过专门描述。研究发现，这些标准与国际上一些国家的相关标准及测试方法相差较大，而最近国际光学委员会推荐的一个不同用途光学元件的疵病指标值得注意[1]。本文在介绍了一些国外标准的基础上，侧重分类描述了当今世界上具有代表性的疵病检验方法、原理及各自的特点，旨在为我国光学界同行在应用、研究及制定相关标准时参考。文后作者提出了在光学元件的疵病检验和标准制定方面的一些粗浅看法。     

神光Ⅲ精密光学元件表面广义洁净度检测

根据神光Ⅲ实验样机里的精密光学元件表面实际特点,提出了综合考虑其表面疵病和颗粒残留物的广义洁净度概念及其检测方法,阐述了广义洁净度的含义并提出了具体计算过程.研究了适合多种元件尺寸的检测装置,并利用图像里面不同组织具有不同灰度级实现图像分割,通过提取检测对象的几何、灰度及变换域空间的特征,构成待检测向量,采用支持向量机(SVM)方法进行识别.广义洁净度概念的提出和实现过程,对实际监测精密光学元件表面的质量并分析其损化变迁过程具有重要意义.     

基于二维光扫描的细长孔内壁疵病检测技术

细长孔内壁疵病检测是采用光学、机械、计算机等技术实现深孔内表面疵病的自动观察与检测.该测试系统由光扫描光学成像分系统、CCD摄像分系统、计算机控制及图像处理分系统等组成.被测面的反射像通过内窥镜成像在面阵CCD的光敏面上,CCD输出的视频信号经图像采集卡输入计算机,经图像拼接及图像处理,最终完成疵病的检测与尺寸测量,测量精度可达到0.2 mm.本文重点介绍了细长孔内壁疵病检测的原理、二维光扫描成像技术、图像拼接和图像处理技术,并对总体的检测精度进行了分析.该项检测技术不仅可计算出细长孔内壁疵病的面积大小、方位,还可检测出镀铬层脱落面的大小、方位,内壁裂纹的长度、方位等.     

熔石英光学元件加工亚表面缺陷检测及抑制技术研究进展

熔石英材料因具有硬度大、热膨胀系数低、透射光谱范围广等良好的机械性能和热学、光学特性,广泛应用于国防、航天等领域中关键光学元件的制造。作为一种典型的硬脆材料,在传统的研磨抛光加工中,不可避免地会引入亚表面层的微裂纹、划痕等结构性缺陷,这些缺陷会严重降低熔石英元件在高功率激光使用环境下的激光损伤阈值,并影响其在高冲击载荷使用环境下的抗断裂损伤能力。从硬脆材料的磨削机理出发,对熔石英光学元件亚表面缺陷的产生机制、亚表面缺陷的检测技术、熔石英亚表面缺陷抑制技术的研究现状进行综述,重点对比针对加工亚表面缺陷的有损检测和无损检测技术的优缺点,探讨多种先进表面加工技术在抑制熔石英光学元件亚表面缺陷中的应用。希望为优化大口径、高精度、高质量熔石英光学元件加工工艺,并提升其在高功率激光、高冲击载荷等极端服役环境下使用性能、延缓其使用寿命提供有益参考。     

结合暗场散射与曲率成像的镜面缺陷检测方法

在镜面表面缺陷检测技术中,常用的暗场成像检测法对于波纹类的三维镜面缺陷难以形成对比度,为此提出了一种结合暗场散射法和曲率成像法的综合型镜面表面缺陷检测方法。分别对暗场成像原理和基于条纹反射的曲率成像原理进行了理论分析;构建了结合两种成像模块的综合型镜面缺陷检测的实验装置;对注塑反射镜和抛光玻璃薄片两种样品进行了缺陷成像实验。实验结果表明,暗场散射成像可以有效检测麻点、划痕和油污等不同类型镜面缺陷,曲率分布图像可以清晰反映镜面表面的三维波纹缺陷,综合两种方法可以全面反映镜面表面的各类缺陷。该方法可为精密光学元件表面缺陷检测提供参考。     

复合材料曲面构件缺陷超声三维成像方法

针对目前复合材料曲面结构缺陷检测技术存在的检测结果不直观、效率低等问题,提出一种基于超声相控阵的缺陷三 维成像方法。 使用三维激光扫描仪获取曲面的点云模型,通过平行截面法规划检测路径,然后使用相控阵轮式探头采集超声图 像数据。 利用均匀三次 B 样条函数拟合检测路径与曲面,根据扫查步长和图像序列关系计算超声图像数据点的空间位置以生 成超声点云集。 最后利用体素化降采样方法对超声检测结果进行重建,实现复合材料内部缺陷的三维成像。 实验结果表明,本 文方法的缺陷成像结果与 CT 检测结果的平均误差为 1. 14 mm,能够快速准确地重建缺陷的位置、形状与尺寸信息,实现复合材 料曲面样件内部缺陷的精确表征。     

基于ECT的复合材料构件胶层缺陷检测

航空用复合材料构件在制造和服役过程中不可避免会产生各种缺陷及损伤。通常复合材料构件是粘贴在基体上使用,针对其粘接胶层缺陷和损伤,提出了一种基于同面阵列电极传感器ECT技术的无损检测方法。基于电容边缘效应,利用同面阵列电极传感器,以循环激励方式工作,根据复合材料构件胶层内部缺陷/损伤对材料介电特性的影响,进行缺陷/损伤检测。通过仿真和实验研究了复合材料构件典型胶层缺陷与阵列电极传感器电容变化量的关系,并基于线性反投影算法对其成像。研究结果表明基于电容敏感机理的同面阵列电极传感器对复合材料构件胶层缺陷检测的可行性和有效性。     

基于正弦结构光激励的透明材质缺陷检测方法

透明材质广泛用于航空航天及光学设备等领域，但由于其镜面特性及透射、多重反射等光学性质，针对其微小缺陷的高效自动检测方法是领域难点，主要表现为缺陷成像对比度极低。为得到高缺陷对比度图像，现有方法需要采用复杂的系统结构或是反复的角度调试。本文基于缺陷形态对结构光的调制作用，提出结构简单的高缺陷对比度图像成像方法，且该方法对相机角度不敏感。在不同厚度缺陷试件中的实验结果表明，相较于当前的暗场照明方法，本文方法采集的图像对于冲击损伤、划痕、擦伤缺陷对比度有平均27.58%,最高37.41%的提升。本文方法从成像角度提高缺陷对比度，包含了更丰富的缺陷特征信息。在使用多种深度学习检测算法进行对比实验时，当前最佳的暗场照明方法的平均精度均值(mAP)最大仅为34%,而本文方法均接近80%,有显著的提升。     

基于偏振分像的制冷器件晶粒双面等光程共焦成像缺陷检测装置

针对待测晶粒大的情况,为解决晶粒双面检测时双面之间产生光程差导致的的成像清晰度问题,提出了一种基于偏振分光成像法的半导体制冷器件晶粒相邻双面同时成像缺陷检测的装置。利用偏振分光器与直角转像棱镜对采用偏振分束器与偏振相机的晶粒天面和侧面同时等光程共焦成像检测装置进行了光学设计,完成了晶粒相邻双面同时等光程偏振成像缺陷检测的实验验证。结果表明,该偏振分光成像检测技术可以实现晶粒相邻面的同时缺陷检测,并能很好地满足相邻面等光程成像缺陷检测的性能要求。当晶粒相邻面等光程共焦时,检测分辨率可达到110 lp/mm以上,而当晶粒相邻面离焦（准共焦）仅±0.20 mm时,分辨率则降至45 lp/mm以下。本检测装置具有双面成像清晰度好、成像光路共焦调整方便、检测装置结构简单可靠,以及提高的缺陷检测性能等优点。     

[表面强化及损伤机理]一种高鲁棒性的钢轨表面缺陷检测算法

利用机器视觉技术检测钢轨表面缺陷时，存在背景光照复杂、车载检测设备与钢轨相对位置发生变化等情况，严重影响了缺陷检测的准确率，为此，提出基于灰度标准差与投影积分的钢轨表面区域定位算法和基于多尺度灰度对比度的增强算法。定位算法利用灰度标准差排除复杂背景的干扰，通过投影积分获取精确的钢轨表面区域；综合不同尺度空间的灰度对比度，将钢轨表面区域图像转化为灰度对比图，实现钢轨表面缺陷的增强；采用迭代阈值分割法提取钢轨表面的缺陷。实验结果表明：提出的钢轨表面缺陷检测算法在几种不同拍摄条件下漏检率均低于6%，准确率均高于93%，用于高速有砟轨道无缝钢轨表面缺陷检测时具有较高的鲁棒性。     

强光光学元件加工技术发展

面向强光光学元件的低损伤制造，概述了关联激光损伤性能的损伤前驱体检测表征方法，提出纳米尺度污染与化学结构缺陷等损伤前驱体是低损伤加工过程需要关注的焦点；结合光学元件加工方法的发展进程，探讨了基于化学辅助磁流变抛光和离子束溅射清洗技术的纳米损伤前驱体的抑制方法，以有效减少纳米级污染和化学结构缺陷；提出强光光学元件制造面临的三个挑战，为实现强光光学元件清洁制造提供参考。