光学元件表面缺陷检测方法研究现状

第4"卷第1期 2018年2月

光学仪器

O P T I C A L I N S T R U M E N T S

Vol. 40，N〇.1

February, 2018

文章编号：1005-5630(2018)01-0078-10

光学元件表面缺陷检测方法研究现状

向弋川，林有希，任志英

(福州大学机械工程及自动化学院，福建福州350108)

摘要：随着科学技术的发展，人们对光学元件的表面粗糙度和表面面形精度提出了越来越高的

要求，光学元件表面缺陷检测技术也受到了广泛重视。通过简述表面缺陷的类型，强调了缺陷

给光学系统带来的危害，由此分析和讨论了目前国内外对光学元件疵病的检测方法，并指出各

种方法的优缺点，同时对机器视觉技术在疵病检测方面的应用进行了介绍，还探讨了光学元件

表面缺陷检测技术未来发展需要注意解决的问题。

关键词：光学元件；表面缺陷；数字图像处理$机器视觉

中图分类号：T P391 文献标志码：A do# 10.3969%. issn.1005-5630. 2018. 01. 014

S t u d y o n surface defect detection m e t h o d of optical e l e m e n t

X I A N G Yichuan，LIN Youxi，R E N Zhiying

(College of Mechanical Engineering and Automation，Fuzhou University , Fuzhou 350108 , China)

Abstract：With the development of science and technology，the surface roughness and surface

shape accuracy of o ptical components has an highly increasing demand.The surface defect

detection technology of ptical components has also attracted great interests.By analyzing the

types of surface defects and emphasizing the harm caused by the defects to the optical sys this paper analyzes a nd discusses the detection methods of optical components at home and

abroad，and p oints out the advantages and disadvantages of various methods.At the same

time，technology in the defect detection research has been introduced to explore the problem in

the future development.

Keywords：optical components; surface defects; digital image processing； machine vision

引言

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[1]，如何更好地对元件表面缺陷进行检测也随之被提出来。

收稿日期：2017-06-20

基金项目：国家自然科学基金资助项目（51375094);清华大学摩擦学国家重点实验室开放基金资助项目（S K L T K F13B02);福建省自 然科学基金资助项目（2015J01195)

作者简介：向弋川（1994 )，男，硕士研究生，主要从事摩擦学、先进制造技术等方面的研究。E-mail842225584@

通信作者：林有希(1967 )，男，教授，主要从事摩擦学、先进制造技术等方面的研究。E-mail:youthlin@fzu. edu. cn

第1期向弋川，等:光学元件表面缺陷检测方法研究现状.79 .

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2&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[3]。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。

因此，本文主要从光学元件表面缺陷、表面散射特性，以及目前国内外各种研究方法等方面，对光学 元件表面疵病检测的相关研究进行综述，并探讨利用机器视觉的缺陷检测技术及未来的发展趋势。

1光学元件表面缺陷

光学元件表面面形误差和表面粗糙度的检测是光学检测技术研究领域的重点，由于光学元件表面质 量的好坏直接影响整个光学系统的性能，所以想要使光学仪器设备能更高效地工作，不仅在加工时需要 注意光学元件的表面质量，而且对成品元件的检测工作也不能忽视。因此，光学元件表面缺陷检测将成 为一项重要而持久的研究课题(]。

11表面缺陷类型

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(]。表面疵病是指拋光加工后的光学元 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[?7]，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(]。

(c)擦痕（d)破边

图1表面缺陷类型

Fig.1T y p es o f s u r f a c e d e f e c t s

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 m m为 界限，若划痕长度大于2 m m属于长划痕，小于2 m m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