小型光学零件清洁度检测方法研究

田嘉龙 邬昱龙 李美萱

摘要：相比于传统的目视检查法、荧光发光法、颗粒尺寸数量法，存在效率低、精度不高、耗时长、对白色污物和气泡的识别易引起误判等问题，提出使用迈克尔逊干涉原理和显微成像法相结合，将无污染样品和被污染样品通过干涉条纹的变化进行对比分析，通过在传统迈克尔逊干涉仪中增加了空间滤波器和显微透镜，进而减少了实验环境对成像结果带来的误差，从而实现对样品清洁度的高质量，高精度检测。实验结果表明：通过改进后的迈克尔逊干涉仪和显微成像法相结合的方法，可以更精确更高效地对零件表面清洁度进行检测，该方法有望为精密仪器中光学零件和机械零件的自动检测提供新的技术实现路径。

关键词：清洁度 迈克尔逊干涉 显微成像

1引言

光学精密测量一直是计量测量技术领域的主要方法。由于非接触式、高灵敏度、高精度的光学测量方法，在现代科学研究、现代技术、工业生产、空间技术和国防技术中得到了广泛的应用，并已成为一种不可替代的技术。科技的发展使得光学检测技术的应用更加广泛。随着现代光学加工技术的发展，高质量的光学零件可以采用多种加工技术进行加工，尤其是非球面反射镜，光学器件常常会因一些微小因素的干扰而影响零件质量，因此光学零件表面清洁度的大小显得异常重要。

2 理论分析

迈克尔逊传统干涉仪仪验原理如图1所示，干涉系統由分光板Glass1，补偿Glass2，平面反射镜N1和N2组成。在Glass1的后表面上镀有银或铝的半透半反射膜A。Glass1、Glass2，是两块材料相同、形状一样的平行平板玻璃。在安装过程中，要求Glass1平行于Glass2，N1、N2与Glass1、Glass2，约成45°夹角。N2`是待测光学零件，则通过观察条纹形状即可初步判断待测零件面形[1]。

3实验改进

改进后的Michelson干涉系统在光源后添加了空间滤波器，目的是改善影像质量，包括去除高频噪声与干扰，及影像边缘增强、线性增强以及去模糊等。在成像光路与参考光路中加入显微物镜，目的是对小型光学零件表面清洁度进行精准检测。改进后的Michelson干涉系统光路如图2所示，激光光源通过空间滤波器输出特定波长的光，再通过中性分光镜将入射光50%反射，50%透射。反射光（成像光路）和透射光（参考光路）再经过40倍显微物镜放大获得高分辨率图样信息，透射光束通过反射镜经补偿板返回原光路，反射光束照射待测零件后，光束经原光路返回。因为两束光频率相同、振动方向相同且相位差恒定（即满足干涉条件），所以出现干涉条纹。再利用CDD相机接受光信号。最后通过观察无污染样品和被污染样品的干涉图像判断光学零件质量。

4实验结果分析

使用带有指纹的平面镜代替表面不清洁的光学零件，对有无指纹的图像也进行了二值化处理，如图3所示，通过图像对比分析，证实了干涉条纹可以检验物体表面清洁度，验证了本方案的正确性。

5结论

本文提出了一种适用于小型光学零件清洁度检测的方案，采用迈克尔逊干涉原理与显微成像技术相结合的方法对传统的迈克尔逊干涉仪进行了改进，通过在传统Michelson干涉系统的光源后加入空间滤波器，使光源的输出波长更稳定。再在成像光路与参考光路中加入显微物镜，实现对小型光学零件表面清洁度进行精准检测的目的。该方法有望为精密仪器中光学零件的自动检测具有一定的指导意义。

参考文献

[1]王中林.基于迈克尔逊干涉仪平台的光学零件自动检测装置[J].仪表技术与传感器，2013（04）：16-17+21.

[2]郭彤，周勇，李明惠，吴菊红，傅星，胡小唐.基于Linnik型白光显微干涉光谱测量方法[J].纳米技术与精密工程，2017，15（05）：360-365.

[3]李忠明，唐延甫，李俊霖，杨永强，李洪雨.迈克尔逊干涉条纹位移信息提取研究[J].电子测量技术，2021，44（05）：51-54.

[4]张恩杰. 迈克尔逊干涉光路在大学物理实验中应用的研究[J]. 吉林师范大学学报（自然科学版）， 2006， 27（003）：98-99.

基金项目：2021年大学生创新创业训练计划项目（ Nos.202110204017）

作者简介：田嘉龙（2000-03-03），男，汉族，甘肃靖远，学生，本科，研究方向：从事光学系统设计方面的研究工作。