摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對光學(xué)元件的表面粗糙度和表面面形精度提出了越來越高的要求，光學(xué)元件表面缺陷檢測技術(shù)也受到了廣泛重視。通過簡述表面缺陷的類型，強(qiáng)調(diào)了缺陷給光學(xué)系統(tǒng)帶來的危害，由此分析和討論了目前國內(nèi)外對光學(xué)元件疵病的檢測方法，并指出各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)對機(jī)器視覺技術(shù)在疵病檢測方面的應(yīng)用進(jìn)行了介紹，還探討了光學(xué)元件表面缺陷檢測技術(shù)未來發(fā)展需要注意解決的問題。

關(guān)鍵詞：光學(xué)元件；表面缺陷；數(shù)字圖像處理；機(jī)器視覺

引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展, 精密光學(xué)元件在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用, 光學(xué)元件作為實(shí)現(xiàn)光學(xué)功能的載體, 為各類光學(xué)儀器的開發(fā)使用起到了至關(guān)重要的作用。所以, 鑒于光學(xué)元件表面具有的散射特性, 如何更好地對元件表面缺陷進(jìn)行檢測也隨之被提出來。

光學(xué)元件的檢測過程十分繁瑣并且充滿著不確定性, 光學(xué)元件按組成材料可分為普通光學(xué)玻璃、釹玻璃、熔融石英光學(xué)玻璃、氟化鈣(CaF2)等一系列材料; 按光學(xué)元件口徑可有大到幾米也有小到一二毫米的, 差別可達(dá)到數(shù)千倍; 按光學(xué)元件外形的不同可分為平板、非球面靶鏡、球面透鏡、柱面透鏡、角錐棱鏡、偏光鏡、玻璃球等。為了適用于以上三個(gè)方面的各種光學(xué)元件的需求, 測量儀器、環(huán)境、設(shè)備、技術(shù)必定是各式各樣的。面對如此種類繁多、功能和外形各不相同的光學(xué)元件, 需要我們?nèi)ヌ剿飨鄳?yīng)的檢測技術(shù)。

因此, 本文主要從光學(xué)元件表面缺陷、表面散射特性, 以及目前國內(nèi)外各種研究方法等方面, 對光學(xué)元件表面疵病檢測的相關(guān)研究進(jìn)行綜述, 并探討利用機(jī)器視覺的缺陷檢測技術(shù)及未來的發(fā)展趨勢。

1 光學(xué)元件表面缺陷

光學(xué)元件表面面形誤差和表面粗糙度的檢測是光學(xué)檢測技術(shù)研究領(lǐng)域的重點(diǎn), 由于光學(xué)元件表面質(zhì)量的好壞直接影響整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的性能, 所以想要使光學(xué)儀器設(shè)備能更高效地工作, 不僅在加工時(shí)需要注意光學(xué)元件的表面質(zhì)量, 而且對成品元件的檢測工作也不能忽視。因此, 光學(xué)元件表面缺陷檢測將成為一項(xiàng)重要而持久的研究課題。

1.1 表面缺陷類型

所謂的光學(xué)元件表面缺陷, 主要是指表面疵病和表面污染物。表面疵病是指拋光加工后的光學(xué)元件表面依然存在的麻點(diǎn)、劃痕、開口氣泡、破邊、破點(diǎn)等各種加工缺陷, 產(chǎn)生的原因主要是加工過程或后續(xù)的不當(dāng)操作。圖1所示為四種疵病的大致形狀。

圖1.表面缺陷類型

劃痕指光學(xué)元件表面長條形的劃傷痕跡。由劃痕長度的不同, 可以分為長劃痕和短劃痕, 以2 mm為界限, 若劃痕長度大于2 mm屬于長劃痕, 小于2 mm則是短劃痕。對于短劃痕, 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是其檢測時(shí)的累積長度。相對而言, 劃痕較麻點(diǎn)等缺陷更容易檢測出。

麻點(diǎn)指光學(xué)元件表面上的陷坑、蝕坑、疵點(diǎn), 其坑內(nèi)的表面粗糙度較大, 寬度與深度大致相同, 邊緣也不規(guī)則。一般情況下, 規(guī)定長寬比大于4:1的缺陷為劃痕, 反之小于4:1的缺陷為麻點(diǎn)。

氣泡是由光學(xué)元件的生產(chǎn)或加工過程中未及時(shí)排除的氣體所形成的, 由于各方向氣體的壓力均勻分布, 所以氣泡的形狀一般呈圓球形。

破邊是指出現(xiàn)在光學(xué)元件邊緣的疵病, 雖然處于光源有效區(qū)域之外, 但是也屬于光的散射源, 對光學(xué)性能也會(huì)產(chǎn)生一定的影響, 所以也屬于疵病范疇。

1.2 表面疵病的危害

表面疵病作為一種加工過程中人為造成的微觀局部缺陷, 對光學(xué)元件的表面性能有著一定的影響, 從而有可能造成光學(xué)儀器運(yùn)行錯(cuò)誤等嚴(yán)重的后果?？傊? 光學(xué)元件的表面疵病會(huì)對光學(xué)系統(tǒng)性能產(chǎn)生危害, 其根本原因在于光的散射特性。

光學(xué)元件表面缺陷對于自身以及整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的危害表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1) 光束的質(zhì)量下降。元件表面缺陷處會(huì)產(chǎn)生光的散射效應(yīng), 使得光束在通過缺陷后能量被大量消耗, 從而降低了光束的質(zhì)量。

(2) 缺陷的熱效應(yīng)現(xiàn)象。由于表面缺陷所處區(qū)域比其他區(qū)域容易吸收更多的能量, 產(chǎn)生的熱效應(yīng)現(xiàn)象可能會(huì)使元件疵病發(fā)生局部變形、破壞膜層等, 進(jìn)而危害整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)。

(3) 損壞所處系統(tǒng)中其他光學(xué)元件。激光系統(tǒng)中, 在高能激光束的照射下, 元件表面疵病產(chǎn)生的散射光會(huì)被系統(tǒng)內(nèi)的其他光學(xué)元件吸收, 從而造成元件的受光不均勻, 當(dāng)達(dá)到光學(xué)元件材料的損傷閥值時(shí), 會(huì)使傳播光線的質(zhì)量受到影響, 光學(xué)元件損壞, 更有可能造成光學(xué)系統(tǒng)被嚴(yán)重的破壞。

(4) 疵病會(huì)影響視場清潔。當(dāng)光學(xué)元件上有過多的疵病時(shí), 會(huì)影響微觀的美觀度, 另外, 疵病還會(huì)殘留微小的灰塵、微生物、拋光粉等雜質(zhì), 這將造成元件被腐蝕、生霉、生霧, 會(huì)明顯影響元件的基本性能。

2 光學(xué)元件表面散射特性

光學(xué)元件表面的散射特性是缺陷產(chǎn)生危害的根本原因。當(dāng)光束照射到有疵病的光學(xué)元件表面時(shí), 由于疵病位置的反射面并不是一個(gè)光滑面, 這些離散無規(guī)則的局部缺陷使部分入射光發(fā)生了偏轉(zhuǎn), 遠(yuǎn)離了預(yù)定方向, 變成了偏離主光束的雜質(zhì)光。并且, 這些雜質(zhì)光會(huì)產(chǎn)生多次反射透射, 所產(chǎn)生不規(guī)則的散射光會(huì)對不同光學(xué)儀器造成不同程度的影響。

2.1 光學(xué)元件表面散射源

在光學(xué)系統(tǒng)中, 影響其性能的主要原因是由系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的大量散射光造成的, 而產(chǎn)生這些散射光的根本原因, 又在于光學(xué)元件自身的質(zhì)量, 即使整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)得再好, 如果內(nèi)部光學(xué)元件的質(zhì)量不過關(guān), 那么構(gòu)成的系統(tǒng)也不能正常工作。因此需要提高光學(xué)元件本身的質(zhì)量來改善散射光所帶來的問題。雖然光學(xué)系統(tǒng)的窗口或系統(tǒng)內(nèi)部也可能會(huì)產(chǎn)生散射光, 但這種散射光能量較小, 大部分的散射光是由光學(xué)元件表面散射造成的。通常表面產(chǎn)生的散射光能量要比內(nèi)部散射至少大1至2個(gè)數(shù)量級(jí)，所以光學(xué)元件表面質(zhì)量好壞與否, 將直接影響光學(xué)系統(tǒng)的整體性能。

導(dǎo)致光學(xué)元件表面發(fā)生散射現(xiàn)象的原因有很多, 例如表面的麻點(diǎn)、劃痕、破邊、開口氣泡以及粗糙度等表面微結(jié)構(gòu), 還有可能是表面膜層厚度、薄膜材料折射率不均勻等各種問題。通常對比表面入射光波長與散射源尺寸的大小, 將散射源大致分為三類：

(1) 散射源的尺寸遠(yuǎn)大于入射光波長, 這種散射源就是通常說的疵病, 如劃痕、麻點(diǎn)、破邊等。

(2) 散射源的尺寸和入射光波長處于同一數(shù)量級(jí)的單一離散不規(guī)則顆粒物, 這類散射源稱作離散微粒。

(3) 入射光波長遠(yuǎn)大于散射源的尺寸, 這種散射源在空間中精密排列, 對光的散射表現(xiàn)在空間上的相互作用的綜合結(jié)果, 因此不能當(dāng)作獨(dú)立的散射源來處理。這種散射源通常被稱作不規(guī)則微量散射, 最典型的此類散射源就是表面粗糙度。

以上三種散射源具有不同的特性, 所以就需要相對應(yīng)的散射理論來解釋這些散射源所引起的散射現(xiàn)象。對于第一類散射源, 在三種類型中最容易被發(fā)現(xiàn), 通過簡單的幾何光學(xué)就能解釋它的散射現(xiàn)象。而幾何光學(xué)對第二種散射源則不再適用, 這類散射源獨(dú)立分布且散射中心可以互不干擾, 所以需要利用米氏散射理論來處理, 其中特殊情況還能用瑞利散射解釋。第三種散射源隨機(jī)不規(guī)則分布, 它們的平均高度只有納米級(jí), 這類散射源也被稱為粗糙度散射。

2.2 表面疵病散射光學(xué)模型

利用顯微散射成像技術(shù)來檢測光學(xué)元件表面, 主要在于檢測第一類散射源, 即元件表面疵病, 如劃痕、麻點(diǎn)、破邊等。對于這類散射源, 之前有提到, 通常利用幾何光學(xué)來解釋分析, 但是這種表面疵病引起的散射現(xiàn)象與入射光的波長無關(guān), 具體模型如圖 2所示。

圖2.疵病散射幾何模型

假設(shè)元件疵病處是一個(gè)類似“V”字形的凹槽, 當(dāng)入射光照射到光學(xué)元件表面時(shí)會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象。如果表面無疵病, 由幾何光學(xué)可得入射光A的反射光線為A2, 如果表面存在疵病, 同樣的入射光A, 得到散射光線A1。將該光路放入顯微成像系統(tǒng)中, 疵病所形成的散射光就是由遠(yuǎn)離主反射光A2的A1光線構(gòu)成, 在顯微成像系統(tǒng)中就會(huì)觀察到暗背景下的亮疵病圖像。

在顯微成像系統(tǒng)中有各種散射光的存在, 但我們需要關(guān)注的只是疵病散射所對應(yīng)的圖像, 而其他散射光由于能量較小, 在進(jìn)行圖像分析時(shí)一般可以忽略。對于其他的散射光, 我們還需要對其的形成加以進(jìn)一步的研究, 這樣才能找到一種最合適的方法來測量光學(xué)元件的表面質(zhì)量, 提高疵病檢測的能力。

2.3 散射法檢測缺陷原理

利用光學(xué)元件的散射特性, 我們可以構(gòu)造出一種基于散射法的光學(xué)元件表面疵病檢測方法。圖 3為散射法檢測原理, 由光源發(fā)出平行光照射到檢測對象表面, 當(dāng)無疵病時(shí), 反射光為平行光, 由圖 3(a)知無光線進(jìn)入照相系統(tǒng), 當(dāng)有疵病時(shí), 反射光將變?yōu)樯⑸涔? 由圖 3(b)知有光線進(jìn)入照相系統(tǒng), 從而形成亮疵病圖像, 由此檢測出光學(xué)元件表面的缺陷。

圖3. 散射法疵病檢測原理圖

3 表面疵病檢測方法

光學(xué)元件的質(zhì)量主要取決于表面質(zhì)量, 而面形偏差檢測、表面粗糙度、表面疵病的檢測則是評(píng)價(jià)光學(xué)元件表面質(zhì)量的主要項(xiàng)目。面形偏差一般采用雙光束干涉的原理進(jìn)行檢測, 表面粗糙度的測量分為運(yùn)用觸針式輪廓儀的傳統(tǒng)接觸式測量法以及利用各種光學(xué)儀器的光學(xué)非接觸式測量法。而表面疵病的檢測, 絕大部分是利用表面缺陷處對光的散射特性發(fā)展而來的, 如上一節(jié)所提到的散射法檢測表面缺陷。

3.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外的疵病檢測法大體上可以分為成像法和能量法, 其中目視法、掠射法、濾波成像法等都屬于成像法, 能量法則主要包含散射能量分析法、頻譜分析法等。另外, 還有通過掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、觸針式表面輪廓儀等儀器直接對元件表面疵病進(jìn)行檢測, 這些方法根據(jù)原理的不同有著各自的特點(diǎn)。下面簡單介紹幾種光學(xué)元件常用的缺陷檢測方法。

目視法：作為一種最原始的檢測方法, 當(dāng)前仍然在國內(nèi)光學(xué)元件檢測上廣泛應(yīng)用。目視法是指在暗場照明環(huán)境下, 觀察者利用4~10倍放大鏡或者直接肉眼觀測光學(xué)元件表面, 由自身經(jīng)驗(yàn)判斷表面疵病的種類、大小。目視法缺點(diǎn)是帶有十分明顯的主觀性, 檢測結(jié)果容易受檢測人員的經(jīng)驗(yàn)以及眼睛的疲勞影響, 檢測質(zhì)量因人而異, 所以目視法的檢測效率很低, 檢測精度不穩(wěn)定, 一系列的問題限制了該檢測方法的發(fā)展。

濾波成像法：該方法與目視法的基本原理相似, 不同之處在于不是肉眼直接觀察, 而是由光學(xué)傳感器來代替, 進(jìn)一步提高了檢測速度。濾波成像法又分為高通濾波成像法、低通濾波成像法和自適應(yīng)濾波成像法。(1)高通濾波成像法是指經(jīng)被測光學(xué)元件表面透射或反射后, 限制光束中的低頻成分, 剩下的高頻成分經(jīng)過光學(xué)傳感器成像, 由于疵病散射光中大部分為高頻, 所以此時(shí)的像為暗背景下呈現(xiàn)亮缺陷的像。經(jīng)過觀察和測試缺陷像的大小及明暗程度來判斷缺陷的大小和特性。(2)低通濾波成像法與高通濾波成像法的原理正好相反, 它是濾去成像光束中攜帶缺陷信息的空間頻率為高頻的部分, 讓低頻成分進(jìn)行成像, 此時(shí)的像為亮背景下呈現(xiàn)暗缺陷的像。(3)自適應(yīng)濾波成像法與高通濾波成像法比較相似, 在成像系統(tǒng)中限制光束中的低頻部分, 讓有元件疵病信息的高頻部分到達(dá)成像面, 但是濾去的頻譜并不是固定不變的, 而是由反射或透射光的頻譜特征值決定, 此時(shí)的像同樣為暗背景下呈現(xiàn)亮缺陷的像。圖 4為自適應(yīng)濾波成像法的基本原理圖。

圖4.自適應(yīng)濾波成像法原理

掠射法：該方法檢測原理與目前常用的暗場成像原理相似, 具體光學(xué)系統(tǒng)原理如圖5所示。當(dāng)光線照射到光學(xué)元件表面時(shí), 若是投射光斑區(qū)域沒有疵病, 物鏡成像平面將會(huì)一片黑, 若是投射光斑區(qū)域含有疵病, 反射的光束將會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象, 光束進(jìn)入物鏡成像平面形成亮的疵病圖像。

圖5.掠射法檢測的光學(xué)系統(tǒng)原理圖

散射能量分析法：通過分析表面疵病所發(fā)出散射光能量的大小和角度分布, 得出疵病的實(shí)際情況。其中, 散射光能量積分法是指對疵病產(chǎn)生的散射光能量進(jìn)行積分, 由能量積分和疵病大小的線性關(guān)系, 可以從積分?jǐn)?shù)值來評(píng)判疵病的危害程度。另一種散射光角度分布分析法則是通過測量每個(gè)角度疵病散射光的能量值大小, 繪制出一條散射光能量與散射角度的關(guān)系圖, 通過研究該圖的形狀特征來判別疵病種類。此法缺點(diǎn)是檢測系統(tǒng)過于復(fù)雜, 檢測速度比較慢, 并且無法確定疵病的具體位置。

頻譜分析法：表面疵病引起的散射光穿過傅里葉透鏡, 由后焦平面的光強(qiáng)分布得到疵病后向衍射譜的能量, 再通過能量積分和疵病形態(tài)學(xué)處理得出疵病大小及深度情況。圖 6是一種激光頻譜分析法檢測的應(yīng)用, 該檢測系統(tǒng)由光學(xué)部分、運(yùn)動(dòng)控制部分以及計(jì)算機(jī)等構(gòu)成, 通過反向衍射光的能量評(píng)估元件表面疵病。頻譜分析檢測方法缺點(diǎn)是由于受到疵病深層構(gòu)造的影響, 并不能夠反映出疵病表層的面積大小。

圖6.激光頻譜分析法的檢測原理圖

其他直接用儀器進(jìn)行檢測的方法有AFM原子力顯微鏡、STM掃描隧道顯微鏡、干涉顯微鏡等, 如圖 7和圖 8所示。由于這些顯微鏡的分辨率很高, 不光可以直接觀察到疵病的形狀, 甚至可以得出疵病的表面三維形貌。與此同時(shí), 這類方法也有著一定的缺點(diǎn), 即難以測量出疵病的宏觀特征, 并且測量速度較慢和維護(hù)成本高, 不適合在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中使用。

圖7.原子力顯微鏡

圖8.掃描隧道顯微鏡

3.2 機(jī)器視覺檢測技術(shù)

機(jī)器視覺作為一門把計(jì)算機(jī)視覺和圖像處理技術(shù)有效融為一體的新興檢測技術(shù), 用數(shù)字圖像作為檢測手段, 通過機(jī)器來識(shí)別物體, 代替了人體的視覺系統(tǒng), 再運(yùn)用圖像處理方法, 提取出有用的信息, 如表面形貌、各種參數(shù)數(shù)值等。該技術(shù)可運(yùn)用到控制、測量、檢測等相關(guān)的各領(lǐng)域, 能夠通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)獲取和分析特定事物的圖像。

一般機(jī)器視覺系統(tǒng)由以下單元組成:光源、成像鏡頭、相機(jī)、圖像處理單元、圖像處理軟件和外部通訊單元等。結(jié)構(gòu)示意圖如圖 9所示。

圖9.機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)示意圖

自20世紀(jì)90年代初開始, 利用機(jī)器視覺的光學(xué)元件表面缺陷檢測技術(shù)就已經(jīng)逐步發(fā)展起來。1996年加拿大的Raafat等[39]基于機(jī)器視覺系統(tǒng)對玻璃或塑料表面質(zhì)量進(jìn)行檢測, 檢測目標(biāo)主要是表面劃痕、氣泡、裂紋等; 韓國的Kim等[40]提出了一種基于機(jī)器視覺的快速檢測方法, 實(shí)現(xiàn)對液晶顯示器和等離子體顯示面板的在線質(zhì)量檢測; 2009年, 美國勞倫新利弗摩爾國家實(shí)驗(yàn)室利用線掃描相位差分成像(linescan phase differential imaging, LPDI)和移相衍射干涉儀(phase shilling diffraction interferometer, PSDI)開發(fā)出檢測系統(tǒng)[41], 通過圖像分析代碼識(shí)別LPDI圖像中的潛在相位缺陷; 在國內(nèi)王雪等[42]提出了基于機(jī)器視覺的大口徑光學(xué)元件表面缺陷檢測系統(tǒng), 可普遍應(yīng)用于不同口徑的光學(xué)元件質(zhì)量檢測; Peng等[43]提出了基于機(jī)器視覺的浮法玻璃在線檢測方法, 通過檢測由玻璃和缺陷之間的光學(xué)特性的差異引起的圖像灰度級(jí)變化來測量缺陷, 圍繞玻璃圖像分析和檢測系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性和真實(shí)性等, 建立了一系列圖形處理算法。

近幾年來, 關(guān)于機(jī)器視覺的表面缺陷檢測已成為國內(nèi)外的一個(gè)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究院Choi等提出了一種基于光熱反射顯微技術(shù)的疵病檢測方法, 檢測靈敏度可達(dá)到幾十納米; 馬來西亞大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的Leea等[45]提出了一種非接觸視覺的方法來檢測陶瓷刀具刀片中發(fā)生的斷裂; 蘇丹伊赫馬赫迪大學(xué)工程學(xué)院Talab等[46]提出用于檢測混凝土結(jié)構(gòu)圖像裂縫的圖像處理方法, 使用Sobel濾波消除殘余噪聲后, 使用Otsu法檢測出主裂紋, 實(shí)驗(yàn)工作表明, 該方法能夠清晰準(zhǔn)確地檢測圖像中的裂紋; 明志科技大學(xué)Chen[47]從機(jī)器視覺出發(fā), 研究用于透鏡環(huán)套的缺陷自動(dòng)檢測系統(tǒng), 該系統(tǒng)主要由圖像采集傳感器、光源模塊和電機(jī)組成, 具有89.44%的良好檢測效率; 中北大學(xué)Jin等[48]提出一種基于數(shù)字光柵投影的新型在線測量系統(tǒng), 使用基于一維傅里葉變換的圖像處理算法來處理?xiàng)l紋圖像, 得到條紋圖像的屈光度分布, 再由屈光度導(dǎo)出光學(xué)元件的變形程度; 中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所Zhang等[49]考慮到大孔徑光學(xué)元件表面缺陷的檢查, 提出了一種包含兩種成像系統(tǒng)的高效精密儀器, 一種是由分辨率為10 μm的線掃描相機(jī)構(gòu)成的暗場成像系統(tǒng)(DFIS), 另一種是由分辨率為1 μm的顯微鏡構(gòu)成的亮場成像系統(tǒng)(BFIS); 江蘇大學(xué)姚紅兵課題組[50-51]研究了基于機(jī)器視覺的無接觸測量方法, 能夠?qū)渲R片缺陷進(jìn)行檢測分類, 并且還開發(fā)出自動(dòng)化的檢測方法, 提高了檢測系統(tǒng)的工作效率。

現(xiàn)如今的工業(yè)生產(chǎn)過程已經(jīng)逐步趨于自動(dòng)化, 機(jī)器視覺能夠充分發(fā)揮自己的優(yōu)勢, 運(yùn)用于某些人眼無法觀測到或者危險(xiǎn)的工作環(huán)境中。在計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子電路集成化發(fā)展的今天, 機(jī)器視覺的可靠程度也越來越高, 充分利用它的非接觸性、實(shí)時(shí)性、靈活性和精確性等優(yōu)點(diǎn)[52], 能夠更多地融入到生產(chǎn)過程或生活中去。利用機(jī)器視覺檢測的優(yōu)勢如下：

(1) 非接觸性, 當(dāng)檢測光學(xué)元件表面質(zhì)量時(shí), 可以實(shí)現(xiàn)非接觸測量, 不會(huì)對元件的表面產(chǎn)生變形、有損等影響, 從而保證了檢測過程的正確性。

(2) 實(shí)時(shí)性, 機(jī)器視覺系統(tǒng)采用了先進(jìn)的硬件設(shè)備和有效的圖像處理算法, 所以在檢測光學(xué)元件時(shí), 能夠快速地完成整個(gè)檢測過程, 并且及時(shí)得到檢測結(jié)果。這一實(shí)時(shí)特性對于在線檢測裝置的發(fā)展有著非常重要的意義。

(3) 靈活性, 機(jī)器視覺系統(tǒng)可以根據(jù)不同的測試環(huán)境、測試零件進(jìn)行靈活的配置, 再加上圖像處理算法的多樣性, 可以通過調(diào)節(jié)達(dá)到用戶的檢測要求。另外還能與PLC、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊, 可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作, 增加了系統(tǒng)的靈活性。

(4) 精確性, 傳統(tǒng)的目視法受主觀因素的影響, 檢測出來的產(chǎn)品精度不理想, 而機(jī)器視覺系統(tǒng)的處理過程由計(jì)算機(jī)完成, 大大消除了人工目測帶來的偶然誤差, 既保證了精密元件的檢測精度又提高了工作效率。

4 結(jié)論

光學(xué)元件表面質(zhì)量的優(yōu)劣直接會(huì)影響整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的性能, 特別是對于精密的元件來說, 更是需要更加精密的表面質(zhì)量保證。本文對目前國內(nèi)外的光學(xué)元件表面缺陷檢測方法進(jìn)行了系統(tǒng)介紹, 多數(shù)檢測方法是從光學(xué)元件的散射特性發(fā)展而來, 其中基于機(jī)器視覺技術(shù)的缺陷檢測方法已經(jīng)成為一個(gè)研究的熱點(diǎn)。

盡管基于機(jī)器視覺的光學(xué)元件表面缺陷檢測技術(shù)在近幾年已經(jīng)取得了較大的發(fā)展, 但是依舊存在一些技術(shù)性的問題需要深入的研究, 結(jié)合當(dāng)前研究的熱點(diǎn)以及難題, 我們認(rèn)為在該領(lǐng)域還有以下工作需要做。

(1) 隨著未來科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 精密光學(xué)元件的體積會(huì)更大, 結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜, 對加工質(zhì)量要求也會(huì)越來越高。所以, 對于缺陷檢測的技術(shù)難度和要求將會(huì)十分苛刻, 必須針對各種類型的光學(xué)元件, 研究出更精確更高效的檢測方法。

(2) 當(dāng)前光學(xué)元件缺陷檢測的另一個(gè)常見問題是檢測系統(tǒng)的測試對象單一。部分研究方法只注意到劃痕的檢測, 對于較小缺陷以及表面污染物的檢測往往被忽略掉。因此, 需要進(jìn)一步完善缺陷的樣本數(shù)據(jù), 充實(shí)檢測出的缺陷類型, 尤其是對于細(xì)微的缺陷, 以提高檢測的準(zhǔn)確性。

（本文來自《光學(xué)儀器》40(1): 78-87）