基于全内反射照明技术的亚表面损伤测量装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学元件亚表面损伤测量技术领域，特别是一种基于全内反射照明技术的亚表面损伤测量装置及方法。
【背景技术】
[0002]光学元件在切削及研磨加工阶段由于接触应力的存在，会在元件表面以下产生杂质、划痕、微裂纹等缺陷现象。我国目前对亚表面损伤的测量手段主要有破坏性和非破坏性测量技术，较常用是破坏性测量方法，但破坏性方法除了对元件有损伤外，还存在耗时和对经验的依赖性等特点。
[0003]基于全内反射照明技术的亚表面损伤测量技术是一种非破坏性的精确度高、可靠性高的测量方法，目前基于全内反射照明技术的亚表面损伤测量装置，待测件通常放置在与其材料相同的直角棱镜上，当光线入射时直角棱镜反射了部分光线，使光源不能充分利用；并且入射角改变时，光强的改变影响观察结果，不便于损伤位置的确定。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种测量精度高、便于亚表面损伤凸显和观察的基于全内反射照明技术的测量装置及方法。
[0005]实现本发明目的的技术解决方案为:一种基于全内反射照明技术的亚表面损伤测量装置，包括沿光路方向依次设置的光源系统、待测台和诺马斯基干涉仪，其中光源系统包括沿光路方向顺次设置的激光器、第一偏振片、第一渥拉斯顿棱镜、准直透镜、第一反射镜和第二反射镜，待测台包括球面镜、折射率液和待测件，诺马斯基干涉仪包括沿光路方向顺次设置的高倍物镜、第二渥拉斯顿棱镜、第二偏振片、第三反射镜、CCD和计算机；
[0006]所述待测台中球面镜包括平面和凸面两部分，待测件置于球面镜的平面上，待测件的下表面和球面镜的平面贴合且二者之间涂有折射率液，所述待测件的厚度与球面镜中心厚度之和为球面镜的曲率半径，即球面镜的圆心位于待测件的上表面；
[0007]激光器发出的光经过第一偏振片后变为线偏振光，线偏振光经过第一渥拉斯顿棱镜后分为ο光和e光两束偏振光,该两束偏振光经准直透镜后转换为两束平行光，该两束平行光分别通过第一反射镜和第二反射镜调整角度后沿着球面镜凸面的法线方向入射，然后通过折射率液透射到待测件；两束平行光透射过待测件后，两束平行光被待测件的损伤散射，形成了散射光；该载有待测件的损伤信息的散射光束经过高倍物镜后被第二渥拉斯顿棱镜合成一束偏振光，合成的偏振光经第二偏振片后发生干涉，所得干涉光经第三反射镜反射至CCD光敏面，得到包含损伤信息的干涉图像并传输到计算机中进行图像处理分析，最后输出待测件的损伤位置。
[0008]一种基于权利要求1所述基于全内反射照明技术的亚表面损伤测量方法，包括以下步骤:
[0009]步骤I,由激光器产生一束激光光束,经过第一偏振片后变为线偏振光,线偏振光经过第一渥拉斯顿棱镜后分为O光和e光两束振动方向互相垂直的偏振光,该两束偏振光经准直透镜后转换为两束平行光，并通过第一反射镜和第二反射镜调整入射角度从而改变光路；
[0010]步骤2，将待测件放置在球面镜的平面部分，待测件的下表面和球面镜的平面贴合且二者之间涂有折射率液，所述待测件的厚度与球面镜中心厚度之和为球面镜的曲率半径，即球面镜的圆心位于待测件的上表面；
[0011]步骤3，通过第一反射镜和第二反射镜调整光源的入射角度，保证光源沿着球面镜凸面的法线方向入射，然后通过折射率液透射到待测件，且当不断调整第一反射镜和第二反射镜能够获得光源以不同角度入射时亚表面损伤的信息；
[0012]步骤4，互相平行的O光和e光透过待测件后，两束平行光被待测件的损伤散射，形成了散射光；该载有待测件的损伤信息的散射光束经过高倍物镜后被第二渥拉斯顿棱镜合成一束偏振光，合成的偏振光经第二偏振片后发生干涉，所得干涉光经第三反射镜反射至CCD光敏面，得到包含损伤信息的干涉图像并传输到计算机中进行图像处理分析，最后输出待测件的损伤位置。
[0013]本发明与现有技术相比，其显著优点在于:(I)本装置利用球面透镜保证了光束垂直入射，充分利用光源能量且集中照射损伤，调整两个反射镜保证损伤部位多角度照射；
(2)检测装置加入诺马斯基干涉仪，增强图像的立体感，提高装置的测量精度；(3)具有测量精度高、便于亚表面损伤凸显和观察的优点。
【附图说明】
[0014]图1是本发明基于全内反射照明技术的亚表面损伤测量装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0016]结合图1，本发明基于全内反射照明技术的亚表面损伤测量装置，包括沿光路方向依次设置的光源系统、待测台和诺马斯基干涉仪，其中光源系统包括沿光路方向顺次设置的激光器1、第一偏振片2、第一渥拉斯顿棱镜3、准直透镜4、第一反射镜5和第二反射镜6,待测台包括球面镜7、折射率液8和待测件9，诺马斯基干涉仪包括沿光路方向顺次设置的高倍物镜10、第二渥拉斯顿棱镜11、第二偏振片12、第三反射镜13、(XD14和计算机15 ；
[0017]所述光源系统中激光器1、第一偏振片2、第一渥拉斯顿棱镜3、准直透镜4顺次共光轴设置，第一反射镜5和第二反射镜6用于调整光路方向。所述待测台中球面镜7包括平面和凸面两部分，待测件9置于球面镜7的平面上，待测件9的下表面和球面镜7的平面贴合且二者之间涂有折射率液8，所述待测件9的厚度与球面镜7中心厚度之和为球面镜7的曲率半径，即球面镜7的圆心位于待测件9的上表面，所述球面镜7、折射率液8和待测件9三者的折射率相同。所述诺马斯基干涉仪中高倍物镜10、第二渥拉斯顿棱镜11和第二偏振片12顺次共光轴设置，所述第二渥拉斯顿棱镜11的相干平面和高倍物镜10的焦平面重入口 ο
[0018]激光器I发出的光经过第一偏振片2后变为线偏振光，线偏振光经过第一渥拉斯顿棱镜3后分为ο光和e光两束偏振光,该两束偏振光经准直透镜4后转换为两束平行光，该两束平行光分别通过第一反射镜5和第二反射镜6调整角度后沿着球面镜7凸面的法线方向入射，然后通过折射率液8透射到待测件9;平行光被待测件(9)的损伤散射，形成了散射光；该载有待测件(9)的损伤信息的散射光束经过高倍物镜10后被第二渥拉斯顿棱镜11合成一束偏振光，合成的偏振光经第二偏振片12后发生干涉，所得干涉光经第三反射镜13反射至CCD14光敏面，得到包含损伤信息的干涉图像并传输到计算机15中进行图像处理分析，最后输出待测件9的损伤位置。
[0019]本发明基于全内反射照明技术的亚表面损伤测量装置，所述第一反射镜5和第二反射镜6位于球面镜7之前，它们的位置根据垂直于平凸透镜表面的入射光角度决定；所述球面镜7的入射光垂直于其表面入射，即光线沿着曲率半径方向入射，透过折射率液8接着透射到待测件9，即在待测件9下方载物台用球面镜代替常用的直角棱镜；诺马斯基干涉仪组件位于待测件9之后，其中第二渥拉斯顿棱镜11的倾斜角度由第一渥拉斯顿棱镜3决定。
[0020]本发明基于全内反射照明技术的亚表面损伤测量方法，包括以下步骤:
[0021]步骤1，由激光器I产生一束激光光束，经过第一偏振片2后变为线偏振光，线偏振光经过第一渥拉斯顿棱镜3后分为ο光和