ICS81.040.01 CCS N 05 中华人民共和国国家标准 GB/T41805—2022 光学元件表面疵病定量检测方法 显微散射暗场成像法 Methodology for the quantitative inspection of the defect on optics surface-Microscopic scattering dark-field imaging 2023-05-01实施 2022-10-12发布 国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会 GB/T41805—2022 前言 本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规 定起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 本文件由中国机械工业联合会提出。 本文件由全国光学和光子学标准化技术委员会（SAC/TC103）归口。 本文件起草单位：浙江大学、杭州晶耐科光电技术有限公司、中国科学院大连化学物理研究所、中国 工程物理研究院激光聚变研究中心、中国科学院上海光学精密机械研究所、中国兵器工业标准化研究 所、江苏皇冠新材料科技有限公司、福建福特科光电股份有限公司。 黄木旺。 1 GB/T41805—2022 引言 GB/T1185一2006是光学元件表面症病目视法检测标准，其主要采用在强光或一定的光照条件 下，利用比较标板人眼目视观察确定疵病尺度的方法。目视法的主观性强且重复性差，落后的检测方法 已经严重制约现代科学研究及工业化在线检测的发展。本文件保留GB/T1185一2006对光学元件表 面疵病的评定标准，提出显微散射暗场光学成像系统及数字化处理的定量评价方法，该标准的建立将为 我国对各类精密光学元件在加工工艺、光学镀膜、工业化在线检测等各个环节提供有效的数字化定量检 测方法。 本文件介绍了光学元件显微散射暗场成像中的术语及定义，描述了环形照明光源及显微散射暗场 成像系统组成的检测设备原理及搭建方法、试验条件、光学元件样品类型、图像采集、图像预处理、图像 阈值分割、图像形态学处理、疵病分类、数字化定标方法、试验数据处理和检测报告形式，基本可适用于 所有光学元件表面症病的定量化检测。 面光学元件的检测，在附录B中介绍了利用显微散射暗场成像的子孔径的扫描拼接方法。在附录C中 介绍了用于疵病尺度评价的比较标板的制作方法 为避免技术壁垒，本文件中只推荐并介绍平面光学元件表面疵病定量检测装置的布局，对检测装置 如显微散射暗场光学成像系统、子孔径扫描所需的机械移导装置等具体结构类型不做限制，只要能满足 显微散射暗场成像环境即可。 GB/T41805—2022 光学元件表面症病定量检测方法 显微散射暗场成像法 1范围 本文件描述了采用显微散射暗场成像法对光学元件表面疵病进行定量检测的检测原理、试验条件、 仪器设备、样品、检测步骤、试验数据处理和检测报告 本文件适用于平板类双面抛光光学元件表面疵病的长度、宽度、挡光面积以及疵病位置检测。 2规范性引用文件 2 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文 本文件。 GB/T1185—2006光学零件表面疵病 3术语和定义 GB/T1185一2006界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 环形光源 原ring lighting 由环状分布的高亮度LED或其他高亮度光源构成的照明系统，以提供均匀的暗场照明 3.2 象microscopicscatteringdark-fieldimaging 显微散射暗场成像 使用工业相机和光学系统作为成像组件，用高亮度光源激发元件表面病的散射光，并由成像镜头 收集，最终在暗背景下形成亮疵病图像的成像方式 3.3 成像分辨率 image resolution 图像单个像素所对应的物面几何尺寸。 3.4 定标calibration 使用可精确溯源及可量化缺陷尺寸的表面疵病比较标板，建立物面实际尺寸与成像系统的像素之 间的映射关系 注：GB/T1185—2006的C.4规定了比较标板的型号以及疵病尺寸参数 3.5 症病像素面积 pixel area 图像中症病连通域的像素个数表征的面积。 1 GB/T41805—2022 3.6 症病像素周长 pixelperimeter 图像中疵病连通域外轮廓相邻像素质心距离之和的表征长度。 4检测原理 基于显微散射暗场成像的光学元件表面症病定量检测原理示意图见图1。被检样品或比较标板水 平放置于哑光黑色背景上方，由环形光源倾斜照明。表面疵病发出的散射光被显微镜收集成像，成像系 统仅接收到表面疵病诱发的散射光使得症病会在暗背景下呈现高亮区域。在定量测量被检样品之 前，首先使用比较标板进行定标，测量比较标板的疵病标样以建立图像像素尺寸和疵病标样实际尺寸或 级数之间的映射关系，按照附录A描述的方法计算比较标板的检测重复性与计算结果的相对误差，如 果满足用户要求则完成定标。随后在与定标相同的条件和流程下，测量被检样品的表面症病，并换算成 疵病基本级数。整个表面检测完成后，统计各级疵病的数量，验证被检样品是否满足设计公差的要求。 标引序号说明： 1——工业相机； 2显微镜； 3——环形光源； 4——被检零件或比较标板； 5—哑光黑色背景； 6——计算机。 图1光学元件表面疵病定量检测原理示意图 5试验条件 除特殊要求外，试验应在下述环境条件下进行： a）环境温度：23℃±3℃； b) 相对湿度：不大于60%； 洁净度：工作环境万级，测试区域局部根据样本特殊测试需求确定。 2 GB/T41805-2022 6 仪器设备 根据图1的光学元件表面疵病定量检测原理示意图搭建显微散射暗场成像检测装置。试验所需最 低成像分辨率按GB/T1185一2006中4.2.1.3和4.2.2.2规定的不予计算的疵病级数。例如一般疵病 级数小于一般疵病公差级数的0.16倍可忽略不计，对于一般症病公差B/1×0.63，成像分辨率应优于 0.1mm。 待检疵病级数属于GB/T1185一2006中表C.1的1号标板、2号标板和3号标板时，试验设备应符 合表1的要求。 表1 试验设备所需条件 成像分辨率 环形光源 样品表面照度 光源照度 比较标板型号 μm 照明角度α Ix 稳定性 1号标板 约30° 8000~20000 <2% 2号或3号标板 ≤20 约30° 3.000~10000 2% 试验中应避免光源反射光直接进人视场。在满足检测所需成像分辨率的前提下，如果相机视场不 能覆盖整个有效检测口径，应通过控制移导机构移动待测元件，使症病位于视场内。逐次扫描及拼接过 程按附录B描述的子孔径扫描和拼接过程。 7样品 待检测的样品为平板类双面抛光光学元件，需满足以下条件： a) 样品表面清洁度应不影响测量； b) 样品厚度大于光学成像系统的景深； 样品表面对可见光不会产生衍射。 8检测步骤 8.11 仪器设备搭建 首先固定相机和光学系统，然后按照表1的要求布置光源，最终将待检测的样品移动到成像系统视 场内，调节相机与样品表面的距离，使成像系统对焦于物体表面。对于被检样品口径超出视场的区 域，按附录B规定的子孔径扫描和拼接的说明，对样品表面进行全口径图像采集， 8.2[ 图像采集 在暗场环境下采集待测光学元件的图像。 8.3图像预处理 在对图像进行正式处理之前，需对图像进行预处理，减弱图像中的噪声信息，图像预处理主要包括 图像去噪与图像对比度增强等步骤。 3 GB/T41805—2022 8.4图像值分割 选取合适阈值对图像做二值化分割，获得暗背景与亮疵病分明的二值化图像。图像预处理和图像 國值分割会影响到8.7中的定标精度，当图像质量较差，定标直线的线性度不佳、测量误差与检测重复 性不满足检测要求时，需重新调整图像预处理和图像阈值分割算法，再次定标。 8.5图像形态学处理 对二值化图像进行形态学处理，以形态学处理后的二值化图像中的连通域来表征疵病。如图2所 示，每一个网格表示暗场图像的一个像素，黑色区域表示图像背景，疵病的像素连通域由白色区域表示。 计算白色区域的像素个数可以得到疵病像素面积N，计算白色区域外轮廓相邻像素质心距离之和可以 得到症疵病像素周长C,疵病像素面积N与疵病像素周长C的获得将为后续的疵病分类及疵病尺寸计算 提供依据。 像素面积N:24 像素周长C:24.14 . 像素N：7 像素周长（：6.83 图2长划痕和麻点的像素面积、像素周长计算示意图 8.6症病分类 按照GB/T1185一2006规定，表面疵病包括麻点、擦痕等瑕疵。麻点是光学零件表面呈现的微小 的点状凹穴，而擦痕为微细的长条形凹痕。长宽比大于160：1的擦痕称长擦痕，基本级数是长擦痕的 最大宽度。长宽比小于160：1的擦痕文称短擦痕。短擦痕和麻点都归为一般表面病，级数值是疵病 面积的平方根。不同类型症病的级数含义不同，因此对于每一个疵病连通域，首先按长宽比分为一般疵 病或长擦痕，然后分别计算尺寸和相应的级数。根据8.5直接获得的疵病像素周长C和疵病像素面积 N，可以间接地获取疵病的长宽比t。具体如公式（1）所示。设擦痕长宽比为t，宽度由u个像素表 时，满足t>160，即可判断疵病为长擦痕，其余情况为一般疵病。 R=C/N ...(1) 式中： R一疵病像素周长的平方与疵病像素面积的比值； 4 GB/T41805—2022 N——疵病像素面积，单位为像素(Pixel)； C——疵病像素周长，单位为像素（Pixel)。 8.7定标 定标时需要使用已知症病实际尺寸的比较标板作为待测光学元件，该比较标板的加