中科院自动化所实现大口径光学元件表面微粒在线检测

近日，中国科学院自动化研究所精密感知与控制中心研究员徐德、张正涛在IJAC第4期发表了研究论文AnEffectiveOn-lineSurfaceParticlesInspectionInstrumentforLargeApertureOpticalElement。文章介绍了最新设计的一款新型紧凑检测仪，可用于快速检测LAOE表面的微粒污染，该仪器携带方便，实现在线检测。 [s"O mAy4  
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当前，对于光学元件表面微粒的检测最基本的方法是肉眼观察，这全凭工人的经验来判断微粒数量和大小，最后的结果往往受很多主观因素影响。现在，还有一些专业的检测仪器，如：激光剪切散斑干涉技术检测薄片上的细小缺陷;投射测定法使用THz光谱仪追踪THz脉冲延迟，并得出元件表面状况的量化数据;C-CT，即原子力显微镜，也称扫描电子显微镜，检测光学元件表面的微粒污染。虽然通过这些仪器测出的结果精度高，但不适用于在线检测几百微米级大小的微粒。 ]l1\? I  
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现阶段，研究者们设计出了两种可满足美国国家点火装置(NIF)损伤检测要求的系统：激光光学元件损伤检测系统(LODI)用于检测传输光学元件及靶室真空窗的损伤情况;终端光学元件损伤检测系统(FODI)用于检测终端光学元件的损伤情况。两系统均采用暗场成像技术来增加损伤图像间的对比度。FODI系统可检测大小超过50微米的裂缝，置信度达99%，检测192束光大约需要2小时。但上述系统操作复杂，造价高昂，不易携带，应用于实际时困难重重。 !lf|7  
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该论文设计的用于检测大口径光学仪器表面微粒的设备，基于暗场成像系统，可在远工作距离的条件下，得到LAOEs表面的高清图像。通过步进电机调整镜头的放大倍率，而后自动对焦。设备易于安装，方便携带，可在线检测。摄像机内部参数和镜头畸变参数离线校正。当前图像和理想图像间的单应矩阵在线校正。当前的变形图像可通过单应矩阵和图像校正算法进行校正。借助自适应阈值算法和SSE2算法可得到带背景且抽取了微粒的二值图像。通过分别计算子区域的微粒数，可得到微粒分布情况。
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实验结果表明，该紧凑型设备可满足大口径光学元件的检测要求，过程高效，结果准确。