超光滑表面疵病检测与图像处理技术的分析

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1、万方数据硕士学位论文超光滑表面疵病检测与图像处理技术的研究1绪论1．1课题的研究背景及意义众所周知，光学表面粗糙度(Surf．aCeRougllIless，简写SR)的研究是非常重要的，在光学系统与仪器研究、微电子领域、光盘和磁盘、激光核聚变驱动器等方面有着重要的影响，相应而生的光学表面粗糙度SR的测试技术、测试仪器等也得到了相当的重视。而现在光学表面疵病的检测及其标准的制定在国内外也已经引起了极大地重视，取得了长足的发展。在国标(GB3505．83)中指出，“表面粗糙度IlJ是指加工表面上具有较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性，一般由所采用

2、的加工方法和(或)其它因素形成。"国标GBl301．83又指出，“在评定过程中不应把表面缺陷(如沟槽、气孔、划痕等)包含进去”【2】，由此我们看出表面粗糙度和表面疵病是两个完全不同的概念。光学元件的表面疵病是指光学元件经过抛光加工后光学元件表面存在的麻点、划痕、开口气泡、破点及破边等加工缺陷，是由制作加工流程中或后续的不当处理而造成的【引。在科学技术高度发展的今天，超光滑表面的光学元件在各种领域中的应用已经越发的不可或缺，诸如航空镜头、光刻设备以及激光位移干涉仪的反光镜等都对镜片面型的质量有着很高的要求，在以激光器的谐振腔、激光聚变系统、大规模集

3、成电路基片、微光元件等器件为主的光电子领域，超光滑表面的光学元件有着广泛的应用。对上述的光学元件的表面进行质量检测，除了表面轮廓检测和表面亚表层损伤检测之外，光学元件表面的疵病检测也是必不可少的【4】。因为在元件的表面存在的划痕，麻点，气泡等表面疵病都会使元件在受到光照时产生不同程度的散射现象，从而严重影响整个系统的性能和正常运行，所以，对元件表面疵病的检测也是十分重要的一部分。我们知道在检验元件表面粗糙度的过程中可以采用抽样取平均值的处理方式【4J，然而疵病在光学元件上的出现是具有随机性的，因此并不可以采用以上的处理方式，必须查找出元件有效孔径

4、内所有可能的疵病【31。对于光学元件的疵病要求主要通过两个方面来考虑，首先是从美观的角度，比如说单反相机的透镜镜头、眼镜的镜片、窗口玻璃等等【31。还有就是从功能的角度，比如激光反射镜、显微镜的镜头、高功率的激光透镜组、光栅、量板等等。光学元件表面疵病所造成的主要影响有：能量吸收、膜层破坏、造成散射、激光损伤等等。由此我们可以发现拥有超光滑表面的元件很容易因各种原因产生表面疵病，所以对超光滑精度表面的疵病进行检测就变得十分必要。激光陀螺集光、机、电、算等各种尖端科技于一身，是衡量一个国家光学技术发展水平的一个重要标志，主要用于满足战术导弹、陆军的

5、定位定向系统以及航海方面的导航仪器等。激光陀螺【5】包括四个主要组成部分，一是高压部分，主要的功能是在陀螺的腔体内1万方数据l绪论硕士学位论文实现高压放电，形成激光并能够持续供给能源；二是抖动部分，主要的功能是使激光陀螺通过交变的抖动偏离锁区，处于工作状态；三是稳频部分，它是由四个反射镜和稳频的控制电路组成，其主要的功能是可以保持光路的长度是恒定的，即保证光路的长度为激光波长的整数倍，只有这样才可以使得激光的模式稳定，以达到保证激光陀螺精度的目的；四是信号输出部分，主要是将检测接受到的光信号转换成电信号，然后进行处理得到陀螺的角位置和角速率信号。

6、我们发现在激光陀螺的稳频部分存在四个反射镜用于保证激光陀螺的精度，即使所用的是超光滑表面镜片，也会不可避免的有疵病存在，从而直接影响到激光陀螺的精度，而我们所要做得工作就是设计出一套超低损耗陀螺光腔专用调节系统，即超光滑表面疵病检测系统，对超光滑反射镜表面疵病进行检测，保证激光陀螺的精度。1．2国内外发展趋势及现状目前国内外对光学表面疵病检测的方法有许多种，这些方法大都是利用光学元件表面疵病对光的散射性质来判别的。在2013年苏州APS公司的苹果LOG0表面疵病检测的项目中，该公司最初的方法是利用白光灯管照射苹果LOGO的光滑表面，利用肉眼观察L

7、OG0表面是否有疵病缺陷存在，这就是最常用、最传统的目视法，除此之外还有低、高通滤波成像法、自适应Fo嘶er滤波成像法等，这些方法都可以归为成像法这一大类；除了成像法这一大类还有角谱分析法，例如漫散射光接收法、角谱接收法等都属于这一大类。1．2．1成像法(1)传统目视法。该方法中，检测人员在规定的检验标准或规定之下，利用裸眼或者一定放大倍率的放大镜对光学表面进行目视检查，同时借助于光源在暗场下通过光的散射特性观察并判断疵病缺陷的大小、种类和位置【6】。该种方法不仅长此以往会对人眼造成直接的伤害，而且判断的准确性、效率较低，且很大程度上取决于观察者

8、的主观意识，这样往往会引起分歧甚至争执。同时对于一些很小的疵病，人眼的分辨率无法识别却又会对依靠光学元件进行运行的整个系统产生影响，那么