光学学报, 2020, 40 (2): 0216001, 网络出版: 2020-01-02   

熔融石英光学元件亚表面缺陷三维重构技术 下载: 2154次

Three-Dimensional Reconstruction Technology of Subsurface Defects in Fused Silica Optical Components
作者单位
1 浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
图 & 表

图 1. 激光扫描共聚焦显微镜成像原理图。(a)装置原理;(b)针孔结构;(c)横向与纵向扫描

Fig. 1. Imaging principle of laser scanning confocal microscope. (a) Device principle; (b) pinhole structure; (c) horizontal and vertical scanning

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图 2. 激光扫描共聚焦显微镜检测石英的两种模式。(a)散射模式;(b)荧光模式

Fig. 2. Two modes of silica detected by laser scanning confocal microscope. (a) Scattering mode; (b) fluorescence mode

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图 3. 典型共聚焦显微镜采集到的亚表面缺陷。 (a)麻点缺陷;(b)凹坑缺陷

Fig. 3. Typical subsurface defects collected by confocal microscope. (a) Pitting defect; (b) pit defect

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图 4. 采用缺陷增强算法对图3(b)进行处理后的效果。(a)增强处理后的图像;(b)聚合处理后的图像

Fig. 4. Processing effects of Fig. 3(b) by using defect enhancement algorithm. (a) Enhanced image; (b) aggregated image

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图 5. 双阈值聚合算法的原理。(a)原始图像;(b)处理后的图像

Fig. 5. Principle of double-threshold aggregation algorithm. (a) Original image; (b) processed image

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图 6. 基于八叉树算法的改进MC算法的原理。(a)体数据的建立;(b)八叉树分割

Fig. 6. Principle of improved MC algorithm based on octree algorithm. (a) Establishment of volume data; (b) octree segmentation

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图 7. 三维重建算法流程图

Fig. 7. Flow chart of three-dimensional reconstruction algorithm

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图 8. 凹坑缺陷仿真重建。(a)仿真缺陷;(b)重建的仿真缺陷;(c)重建残差

Fig. 8. Reconstruction of pit defect in simulation. (a) Simulated defect; (b) reconstructed defect in simulation; (c) residual of reconstruction

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图 9. 仿真得到的层析图像。(a)仿真得到的缺陷的横截面;(b)仿真得到的共聚焦层析图像

Fig. 9. Tomography image obtained from simulation. (a) Cross-section of defect from simulation; (b) confocal tomography image obtained from simulation

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图 10. 三种算法重建后点云的还原比例

Fig. 10. Restoration ratio of point cloud after reconstruction by three different algorithms

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图 11. 亚表面缺陷的检测结果。(a)划痕缺陷;(b)微裂纹缺陷;(c)凹坑缺陷

Fig. 11. Detection results of subsurface defects. (a) Scratch defect; (b) microcrack defect; (c) pit defect

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图 12. 子孔径扫描图像

Fig. 12. Subaperture scanning images

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图 13. 亚表面缺陷的重建结果。(a)(b)划痕缺陷的重建结果;(c)(d)微裂纹缺陷的重建结果;(e)(f)凹坑缺陷的重建结果

Fig. 13. Reconstruction results of subsurface defects. (a)(b) Reconstruction results of scratch defects; (c)(d) reconstruction results of microcrack defects; (e)(f) reconstruction results of pit defects

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图 14. 熔融石英亚表面缺陷破坏性检测结果。(a)凹坑缺陷刻蚀检测结果[17];(b)抛光残留亚表面缺陷[18];(c)划痕缺陷[19];(d)凹坑缺陷[20]

Fig. 14. Destructive test results of subsurface defects of fused silica. (a) Etching test results of pit defects[17]; (b) polishing-residual subsurface defects[18]; (c) scratch defects[19]; (d) pit defects[20]

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表 1三种算法的运行时间与占用空间

Table1. Running time and occupied memory spaces of three different algorithms

Number of voxelsAverage time /msMemory space consumption /MB
Contour FilterOriginal MCImproved MCContour FilterOriginal MCImproved MC
1030.50.40.40.010.010.01
5037051452.13.11.3
100331235628610114032
10002×100193122863210832752900562

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表 2实验样品中缺陷的体积分布

Table2. Defect volume distributions of experimental samples

Defect size /μm3Number of defectsTotal volume /μm3Volume ratio (0--50 μm in depth) /%
0--100135560.002
>100--200711230.003
>200--3002154330.012
>300--4002485120.025
>400633620.010

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张健浦, 孙焕宇, 王狮凌, 黄进, 周晓燕, 王凤蕊, 刘红婕, 刘东. 熔融石英光学元件亚表面缺陷三维重构技术[J]. 光学学报, 2020, 40(2): 0216001. Jianpu Zhang, Huanyu Sun, Shiling Wang, Jin Huang, Xiaoyan Zhou, Fengrui Wang, Hongjie Liu, Dong Liu. Three-Dimensional Reconstruction Technology of Subsurface Defects in Fused Silica Optical Components[J]. Acta Optica Sinica, 2020, 40(2): 0216001.

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