随着现代工业的快速发展, 精密光学元件在各个工业领域有着广泛的应用, 光学元件作为实现光学功能的载体, 为各类光学仪器的开发使用起到了至关重要的作用。所以, 鉴于光学元件表面具有的散射特性, 如何更好地对元件表面缺陷进行检测也随之被提出来。

光学元件的检测过程十分繁琐并且充满着不确定性, 光学元件按组成材料可分为普通光学玻璃、钕玻璃、熔融石英光学玻璃、氟化钙(CaF2)等一系列材料; 按光学元件口径可有大到几米也有小到一二毫米的, 差别可达到数千倍; 按光学元件外形的不同可分为平板、非球面靶镜、球面透镜、柱面透镜、角锥棱镜、偏光镜、玻璃球等。

为了适用于以上三个方面的各种光学元件的需求, 测量仪器、环境、设备、技术必定是各式各样的。面对如此种类繁多、功能和外形各不相同的光学元件, 需要我们去探索相应的检测技术。

所谓的光学元件表面缺陷, 主要是指表面疵病和表面污染物。表面疵病是指抛光加工后的光学元件表面依然存在的麻点、划痕、开口气泡、破边、破点等各种加工缺陷, 产生的原因主要是加工过程或后续的不当操作。图1所示为四种疵病的大致形状。


光学元件

表面缺陷类型

划痕指光学元件表面长条形的划伤痕迹。由划痕长度的不同, 可以分为长划痕和短划痕, 以2 mm为界限, 若划痕长度大于2 mm属于长划痕, 小于2 mm则是短划痕。对于短划痕, 评价标准是其检测时的累积长度。相对而言, 划痕较麻点等缺陷更容易检测出。

麻点指光学元件表面上的陷坑、蚀坑、疵点, 其坑内的表面粗糙度较大, 宽度与深度大致相同, 边缘也不规则。一般情况下, 规定长宽比大于4:1的缺陷为划痕, 反之小于4:1的缺陷为麻点。

气泡是由光学元件的生产或加工过程中未及时排除的气体所形成的, 由于各方向气体的压力均匀分布, 所以气泡的形状一般呈圆球形。

破边是指出现在光学元件边缘的疵病, 虽然处于光源有效区域之外, 但是也属于光的散射源, 对光学性能也会产生一定的影响, 所以也属于疵病范畴。

现如今的工业生产过程已经逐步趋于自动化, 基于机器视觉的ccd视觉外观检测设备能够充分发挥自己的优势, 运用于某些人眼无法观测到或者危险的工作环境中。


ccd视觉外观检测设备

在计算机技术和电子电路集成化发展的今天, 机器视觉的可靠程度也越来越高, 充分利用它的非接触性、实时性、灵活性和精确性等优点, 能够更多地融入到生产过程或生活中去。

光学元件表面质量的优劣直接会影响整个光学系统的性能, 特别是对于精密的元件来说, 更是需要更加精密的表面质量保证。目前国内外的光学元件表面缺陷检测方法进行了系统介绍, 多数检测方法是从光学元件的散射特性发展而来, 其中基于机器视觉技术的缺陷检测方法已经成为一个研究的热点。
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