小型光學零件清潔度檢測方法研究

田嘉龍 鄔昱龍 李美萱

摘要：相比于傳統的目視檢查法、熒光發光法、顆粒尺寸數量法，存在效率低、精度不高、耗時長、對白色污物和氣泡的識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合，將無污染樣品和被污染樣品通過干涉條紋的變化進行對比分析，通過在傳統邁克爾遜干涉儀中增加了空間濾波器和顯微透鏡，進而減少了實驗環境對成像結果帶來的誤差，從而實現對樣品清潔度的高質量，高精度檢測。實驗結果表明：通過改進后的邁克爾遜干涉儀和顯微成像法相結合的方法，可以更精確更高效地對零件表面清潔度進行檢測，該方法有望為精密儀器中光學零件和機械零件的自動檢測提供新的技術實現路徑。

關鍵詞：清潔度 邁克爾遜干涉 顯微成像

1引言

光學精密測量一直是計量測量技術領域的主要方法。由于非接觸式、高靈敏度、高精度的光學測量方法，在現代科學研究、現代技術、工業生產、空間技術和國防技術中得到了廣泛的應用，并已成為一種不可替代的技術。科技的發展使得光學檢測技術的應用更加廣泛。隨著現代光學加工技術的發展，高質量的光學零件可以采用多種加工技術進行加工，尤其是非球面反射鏡，光學器件常常會因一些微小因素的干擾而影響零件質量，因此光學零件表面清潔度的大小顯得異常重要。

2 理論分析

邁克爾遜傳統干涉儀儀驗原理如圖1所示，干涉系統由分光板Glass1，補償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`是待測光學零件，則通過觀察條紋形狀即可初步判斷待測零件面形[1]。

3實驗改進

改進后的Michelson干涉系統在光源后添加了空間濾波器，目的是改善影像質量，包括去除高頻噪聲與干擾，及影像邊緣增強、線性增強以及去模糊等。在成像光路與參考光路中加入顯微物鏡，目的是對小型光學零件表面清潔度進行精準檢測。改進后的Michelson干涉系統光路如圖2所示，激光光源通過空間濾波器輸出特定波長的光，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補償板返回原光路，反射光束照射待測零件后，光束經原光路返回。因為兩束光頻率相同、振動方向相同且相位差恒定（即滿足干涉條件），所以出現干涉條紋。再利用CDD相機接受光信號。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零件質量。

4實驗結果分析

使用帶有指紋的平面鏡代替表面不清潔的光學零件，對有無指紋的圖像也進行了二值化處理，如圖3所示，通過圖像對比分析，證實了干涉條紋可以檢驗物體表面清潔度，驗證了本方案的正確性。

5結論

本文提出了一種適用于小型光學零件清潔度檢測的方案，采用邁克爾遜干涉原理與顯微成像技術相結合的方法對傳統的邁克爾遜干涉儀進行了改進，通過在傳統Michelson干涉系統的光源后加入空間濾波器，使光源的輸出波長更穩定。再在成像光路與參考光路中加入顯微物鏡，實現對小型光學零件表面清潔度進行精準檢測的目的。該方法有望為精密儀器中光學零件的自動檢測具有一定的指導意義。

參考文獻

[1]王中林.基于邁克爾遜干涉儀平臺的光學零件自動檢測裝置[J].儀表技術與傳感器，2013（04）：16-17+21.

[2]郭彤，周勇，李明惠，吳菊紅，傅星，胡小唐.基于Linnik型白光顯微干涉光譜測量方法[J].納米技術與精密工程，2017，15（05）：360-365.

[3]李忠明，唐延甫，李俊霖，楊永強，李洪雨.邁克爾遜干涉條紋位移信息提取研究[J].電子測量技術，2021，44（05）：51-54.

[4]張恩杰. 邁克爾遜干涉光路在大學物理實驗中應用的研究[J]. 吉林師范大學學報（自然科學版）， 2006， 27（003）：98-99.

基金項目：2021年大學生創新創業訓練計劃項目（ Nos.202110204017）

作者簡介：田嘉龍（2000-03-03），男，漢族，甘肅靖遠，學生，本科，研究方向：從事光學系統設計方面的研究工作。