小型光學(xué)零件清潔度檢測(cè)方法研究

田嘉龍 鄔昱龍 李美萱

摘要：相比于傳統(tǒng)的目視檢查法、熒光發(fā)光法、顆粒尺寸數(shù)量法，存在效率低、精度不高、耗時(shí)長(zhǎng)、對(duì)白色污物和氣泡的識(shí)別易引起誤判等問題，提出使用邁克爾遜干涉原理和顯微成像法相結(jié)合，將無污染樣品和被污染樣品通過干涉條紋的變化進(jìn)行對(duì)比分析，通過在傳統(tǒng)邁克爾遜干涉儀中增加了空間濾波器和顯微透鏡，進(jìn)而減少了實(shí)驗(yàn)環(huán)境對(duì)成像結(jié)果帶來的誤差，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品清潔度的高質(zhì)量，高精度檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：通過改進(jìn)后的邁克爾遜干涉儀和顯微成像法相結(jié)合的方法，可以更精確更高效地對(duì)零件表面清潔度進(jìn)行檢測(cè)，該方法有望為精密儀器中光學(xué)零件和機(jī)械零件的自動(dòng)檢測(cè)提供新的技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑。

關(guān)鍵詞：清潔度 邁克爾遜干涉 顯微成像

1引言

光學(xué)精密測(cè)量一直是計(jì)量測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的主要方法。由于非接觸式、高靈敏度、高精度的光學(xué)測(cè)量方法，在現(xiàn)代科學(xué)研究、現(xiàn)代技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、空間技術(shù)和國防技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用，并已成為一種不可替代的技術(shù)?？萍嫉陌l(fā)展使得光學(xué)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛。隨著現(xiàn)代光學(xué)加工技術(shù)的發(fā)展，高質(zhì)量的光學(xué)零件可以采用多種加工技術(shù)進(jìn)行加工，尤其是非球面反射鏡，光學(xué)器件常常會(huì)因一些微小因素的干擾而影響零件質(zhì)量，因此光學(xué)零件表面清潔度的大小顯得異常重要。

2 理論分析

邁克爾遜傳統(tǒng)干涉儀儀驗(yàn)原理如圖1所示，干涉系統(tǒng)由分光板Glass1，補(bǔ)償Glass2，平面反射鏡N1和N2組成。在Glass1的后表面上鍍有銀或鋁的半透半反射膜A。Glass1、Glass2，是兩塊材料相同、形狀一樣的平行平板玻璃。在安裝過程中，要求Glass1平行于Glass2，N1、N2與Glass1、Glass2，約成45°夾角。N2`是待測(cè)光學(xué)零件，則通過觀察條紋形狀即可初步判斷待測(cè)零件面形[1]。

3實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

改進(jìn)后的Michelson干涉系統(tǒng)在光源后添加了空間濾波器，目的是改善影像質(zhì)量，包括去除高頻噪聲與干擾，及影像邊緣增強(qiáng)、線性增強(qiáng)以及去模糊等。在成像光路與參考光路中加入顯微物鏡，目的是對(duì)小型光學(xué)零件表面清潔度進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)。改進(jìn)后的Michelson干涉系統(tǒng)光路如圖2所示，激光光源通過空間濾波器輸出特定波長(zhǎng)的光，再通過中性分光鏡將入射光50%反射，50%透射。反射光（成像光路）和透射光（參考光路）再經(jīng)過40倍顯微物鏡放大獲得高分辨率圖樣信息，透射光束通過反射鏡經(jīng)補(bǔ)償板返回原光路，反射光束照射待測(cè)零件后，光束經(jīng)原光路返回。因?yàn)閮墒忸l率相同、振動(dòng)方向相同且相位差恒定（即滿足干涉條件），所以出現(xiàn)干涉條紋。再利用CDD相機(jī)接受光信號(hào)。最后通過觀察無污染樣品和被污染樣品的干涉圖像判斷光學(xué)零件質(zhì)量。

4實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

使用帶有指紋的平面鏡代替表面不清潔的光學(xué)零件，對(duì)有無指紋的圖像也進(jìn)行了二值化處理，如圖3所示，通過圖像對(duì)比分析，證實(shí)了干涉條紋可以檢驗(yàn)物體表面清潔度，驗(yàn)證了本方案的正確性。

5結(jié)論

本文提出了一種適用于小型光學(xué)零件清潔度檢測(cè)的方案，采用邁克爾遜干涉原理與顯微成像技術(shù)相結(jié)合的方法對(duì)傳統(tǒng)的邁克爾遜干涉儀進(jìn)行了改進(jìn)，通過在傳統(tǒng)Michelson干涉系統(tǒng)的光源后加入空間濾波器，使光源的輸出波長(zhǎng)更穩(wěn)定。再在成像光路與參考光路中加入顯微物鏡，實(shí)現(xiàn)對(duì)小型光學(xué)零件表面清潔度進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)的目的。該方法有望為精密儀器中光學(xué)零件的自動(dòng)檢測(cè)具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目：2021年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（ Nos.202110204017）

作者簡(jiǎn)介：田嘉龍（2000-03-03），男，漢族，甘肅靖遠(yuǎn)，學(xué)生，本科，研究方向：從事光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的研究工作。