大尺寸激光钕玻璃条纹检测装置的制作方法

本发明涉及掺钕磷酸盐激光玻璃(简称激光钕玻璃)，尤其是一种大尺寸激光钕玻璃条纹检测装置。

背景技术：

激光钕玻璃作为增益和传输介质，具有激光振荡阈值低、受激发射截面大、无辐射跃迁几率低、非线性系数小等特点而被广泛采用。当钕玻璃吸收泵浦光后，下能级粒子跃迁至上能级，然后以辐射跃迁至下能级，将输入光放大，从而使输出能量得到放大。片状激光钕玻璃是惯性约束核聚变高功率激光驱动装置的主要放大元件，是装置的核心元件之一。目前在建或已经建成的用于激光惯性约束核聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)研究的激光系统中，大量采用片状激光钕玻璃作为增益介质，与晶体相比，玻璃造价低，容易制备，尺寸可达米级，且吸收效率高于晶体。

条纹是片状钕玻璃的一个重要光学性能参数，要求材料在通光方向无条纹，从而保障经片状钕玻璃放大的激光光束质量。玻璃中的条纹是指玻璃内局部区域折射率不均一引起的材料不均匀。条纹是反映光学玻璃质量的重要参数，也是表征玻璃生产工艺过程重要的指标。目前玻璃条纹检测方法主要有下列几种：

1、条纹成像法(Striaescope，ANSI/OEOSCOP3.001-2008)，该方法是将白炽灯的光源经毛玻璃散射后通过一个针孔，针孔位于透镜焦点处，针孔发出的光变成平行光，然后经过被检测样品，再通过一个透镜将平行光汇聚，在汇聚焦点附近，放置一个十字形状狭缝，人眼通过十字狭缝观测判定样品的条纹。该方法结合了光学检测上常用的星点法和刀口阴影法的特点。该方法灵敏，适合于对白光吸收少，小尺寸的无色光学玻璃元件的条纹检测。

2、干涉测量法，通过干涉仪测量光学材料引起的波前畸变，并认为在很小范围引起波前畸变即为条纹(ISO 12123)，该方法可以进行定量测量，但需要样品表面进行抛光或者加匹配液体，检测样品尺寸受干涉仪口径限制，检测效率低，检测成本高。

3、投影法(Shadowgraph)。投影法基本原理是采用点光源照明，光束通过一组透镜后照射透过被测样品，投射到投影屏上，然后观测投影屏，评估玻璃内部条纹情况。该测试方法简单，成本低，比较灵敏。不同生产单位在生产过程中，玻璃条纹检测几乎采用的都是投影法检测玻璃条纹，该方法在光学玻璃生产厂中被广泛使用。国内《无色光学玻璃测试方法条纹度检测方法》(GB/T7962.7-1987)，其方法即是投影法，该方法中给出了采用扩束光的简单设备示意图。另外，目前已有平行光投影法装置[CN 201477055U]，该装置得到光束是平行光，其光源亮度并不高，其灵活性和便利性不高，适用于白光吸收少的光学，尺寸小的光学材料条纹检测。

上述方法对于大尺寸激光钕玻璃都不太合适，大尺寸激光钕玻璃指的是外形尺寸大于850mm×480mm×50mm，在可见光白光波段有较强吸收等特点。

技术实现要素：

针对上述激光钕玻璃外形为方形，尺寸米级，白光波段有较强吸收等特点，本发明提供一种大尺寸激光钕玻璃条纹检测装置，该装置可以采用扩束光和平行光进行切换条纹检测，实现了米级尺寸激光钕玻璃内部条纹检测，具有亮度高、光束均匀、低成本和高效率的特点。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种大尺寸激光钕玻璃条纹检测装置，特点在于其构成包括：照明光学系统组件、氙灯控制电源、汇聚透镜组件、滑轨平台、样品平台、遮光罩和白色投影屏；

所述的照明光学系统组件包括内壁涂黑的外罩，该外罩的右壁设有可变光阑，在所述的外罩的中段设有散热小孔，该外罩内有凹面反射镜、凹面反射镜保护罩、超高压短弧氙灯、氙灯冷却风扇、消色差聚光透镜和消色差聚光透镜保护罩，所述的凹面反射镜置于内壁涂黑的凹面反射镜保护罩内，所述的消色差聚光透镜置于内壁涂黑的消色差聚光透镜保护罩内，所述的超高压短弧氙灯置于所述的凹面反射镜焦点处，所述的消色差聚光透镜的左焦点与所述的超高压短弧氙灯的位置重合，消色差聚光透镜的右焦点与所述的可变光阑位置重合；在所述的凹面反射镜保护罩和消色差聚光透镜保护罩上均设有通光孔；所述的凹面反射镜、超高压短弧氙灯、消色差聚光透镜、可变光阑和通光孔共光轴；

所述的氙灯冷却风扇置于所述的超高压短弧氙灯下方，通过外罩上开的散热小孔对超高压短弧氙灯进行风冷；

所述的汇聚透镜组件包括大口径汇聚透镜和内壁涂黑的大口径汇聚透镜保护罩，所述的大口径汇聚透镜置于两端板面开有通光孔的大口径汇聚透镜保护罩内；

所述的滑轨平台包括导轨、设备平台和放置架，所述的导轨横向地固定在所述的设备平台上，所述的放置架置于所述的导轨上，所述的照明光学系统组件放置在所述的放置架上；所述的氙灯控制电源包括电流显示表、亮度调节旋钮和开关并置于所述的设备平台上所述的照明光学系统组件的一端，所述的氙灯控制电源通过耐高压线分别与所述的超高压短弧氙灯和氙灯冷却风扇相连；

所述的样品平台置于所述的设备平台上所述的照明光学系统组件的另一端，该样品平台供待检测的大尺寸激光钕玻璃样品，简称为样品放置，所述的白色投影屏置于所述的样品平台的外端的设备平台上，所述的遮光罩置于待检测的样品的上下面，所述的汇聚透镜组件置于所述的照明光学系统组件和样品平台之间的设备平台上，所述的大口径汇聚透镜的左焦点在所述的可变光阑位置处，所述的凹面反射镜、超高压短弧氙灯、消色差聚光透镜、可变光阑、通光孔和大口径汇聚透镜及其通光孔共光轴。

所述的通光孔约小于光斑尺寸。

所述的氙灯控制电源的电流显示表显示连超高压短弧氙灯工作电流，通过调节旋钮来调节超高压短弧氙灯的亮度，从而可以适合不同尺寸的激光钕玻璃条纹检测。

所述的大口径汇聚透镜和大口径汇聚透镜保护罩与所述的设备平台不固定，所述的大口径汇聚透镜保护罩的通光孔略小于光斑尺寸。

所述的照明光学系统组件可以在滑轨平台上在垂直于光路方向沿导轨移动。

所述的样品台具有升降和旋转机构。

所述的凹面反射镜可以增加光路的亮度，消色差聚光透镜对超高压短弧氙灯发出的点光源进行扩束并消除色差，通光孔约小于光斑尺寸，可以进一步消除光束边缘的色差，得到近似日光的扩束光。涂黑的凹面反射镜保护罩和涂黑的消色差聚光透镜保护罩减少了光路中的杂散光并可以对镜片进行防尘保护，可以保护镜片，提高装置在生产车间的使用寿命。

氙灯控制电源通过耐高压连接线连超高压短弧氙灯和氙灯冷却风扇，电流显示表可以显示超高压短弧氙灯的工作电流，可以通过调节旋钮来调节超高压短弧氙灯的亮度，从而可以适合不同尺寸的激光钕玻璃条纹检测。氙灯冷却风扇通过排列的散热小孔对超高压短弧氙灯进行风冷，可以提高超高压短弧氙灯的工作寿命，减少了超高压短弧氙灯更换。

大口径汇聚透镜和大口径汇聚透镜保护罩不固定。当需要扩束光时，移走口径汇聚透镜和大口径汇聚透镜保护罩，当需要平行光时，将口径汇聚透镜和大口径汇聚透镜保护罩置于可变光阑前，大口径汇聚透镜左焦点与可变光阑位置重合，大口径汇聚透镜保护罩的通光孔略小于光斑尺寸，可以进一步消除光束边缘的色差，得到近似日光的平行光，从而可以满足不同规格尺寸的大尺寸激光钕玻璃条纹检测，增加了设备的扩展性和灵活性。

所述的照明光学系统组件可以在滑轨平台上在垂直于光路方向沿导轨移动，可以扩大检测范围，而不增加照明光学系统组件尺寸，增加在现场检测大尺寸激光钕玻璃条纹的便利性和灵活性。

所述的大尺寸激光钕玻璃条纹检测装置，其特征在于样品台可以进行升降和旋转，将样品放置在样品平台上后，升降和旋转样品台，并通过遮光罩遮挡多余光，使在投影屏非工作区视场暗，增加明暗对比度，使条纹最明显和易于观察。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1.光场高亮度，均匀。该检测装置采用超高压短弧氙灯，凹面反射镜和消色差聚光透镜，光阑和通光孔，去除边缘的色差，可以得到近似日光的高亮度均匀光场，特别适合大尺寸激光钕玻璃的条纹检测。

2.采用了可移动的大口径聚光透镜，可将扩束光变为平行光，可实现扩束光和平行光的切换，适用于不同尺寸和规格的大尺寸激光钕玻璃条纹检测。

3.适合大尺寸样品检测。光源照明组件可以移动，可以检测大尺寸激光钕玻璃样品。

4.使用寿命长。所有光学组件都放置在保护罩内，氙灯采用风扇冷却，延长了设备使用寿命，可以在生产车间长期使用。

5.总之，本发明大尺寸激光钕玻璃包边条纹检测装置，灵敏度高，可检测样品尺寸大，使用寿命长，非常适合于米级尺寸激光钕玻璃的条纹检测，通过调节亮度和光束等措施也适合其他光学材料的条纹检测。

附图说明

图1为本发明大尺寸激光玻璃钕玻璃条纹检测装置实施示意图。

图2为本发明大尺寸激光玻璃钕玻璃条纹检测装置光路示意图。

图3为本发明大尺寸激光玻璃钕玻璃条纹检测装置检测实施条纹示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图2，图3，图1为本发明大尺寸激光玻璃钕玻璃条纹检测装置实施示意图。图2为本发明大尺寸激光玻璃钕玻璃条纹检测装置光路示意图。图3为本发明大尺寸激光玻璃钕玻璃条纹检测装置检测条纹实施示意图。由图可见，本发明大尺寸激光钕玻璃条纹检测装置，构成包括：照明光学系统组件1、氙灯控制电源2、汇聚透镜组件3、滑轨平台4、样品平台6、遮光罩7和白色投影屏8；

所述的照明光学系统组件1包括内壁涂黑的外罩110，该外罩110的右壁设有可变光阑109，在所述的外罩110的中段设有散热小孔105，该外罩110内有凹面反射镜101、凹面反射镜保护罩102、超高压短弧氙灯104、氙灯冷却风扇106、消色差聚光透镜107和消色差聚光透镜保护罩108，所述的凹面反射镜101置于内壁涂黑的凹面反射镜保护罩102内，所述的消色差聚光透镜107置于内壁涂黑的消色差聚光透镜保护罩108内，所述的超高压短弧氙灯104置于所述的凹面反射镜101焦点处，所述的消色差聚光透镜107的左焦点与所述的超高压短弧氙灯104的位置重合，消色差聚光透镜107的右焦点与所述的可变光阑109位置重合；在所述的凹面反射镜保护罩102和消色差聚光透镜保护罩108上均设有通光孔103；所述的凹面反射镜101、超高压短弧氙灯104、消色差聚光透镜107、可变光阑109和通光孔103共光轴；

所述的氙灯冷却风扇106置于所述的超高压短弧氙灯104下方，通过外罩110上开的散热小孔105对超高压短弧氙灯104进行风冷；

所述的汇聚透镜组件3包括大口径汇聚透镜31和内壁涂黑的大口径汇聚透镜保护罩32，大口径汇聚透镜31置于两端板面开有通光孔33的大口径汇聚透镜保护罩32内；

所述的滑轨平台4包括导轨41、设备平台42和放置架43，所述的导轨41横向地置于所述的设备平台42上，所述的放置架43置于所述的导轨41上，所述的照明光学系统组件1放置在所述的放置架43上；所述的氙灯控制电源2包括电流显示表21、亮度调节旋钮22和开关23并置于所述的设备平台42上所述的照明光学系统组件1的一端，所述的氙灯控制电源2通过耐高压线24分别与所述的超高压短弧氙灯104和氙灯冷却风扇106相连；

所述的样品平台6置于所述的设备平台42上所述的照明光学系统组件1的的另一端，该样品平台6供待检测的大尺寸激光钕玻璃样品5，简称为样品5放置，所述的白色投影屏8置于所述的样品平台6的外端的设备平台42上，所述的遮光罩7置于待检测的样品5的上下面，所述的汇聚透镜组件3置于所述的照明光学系统组件1和样品平台6之间的设备平台42上，所述的大口径汇聚透镜31的左焦点在所述的可变光阑109的位置处，所述的凹面反射镜101、超高压短弧氙灯104、消色差聚光透镜107、可变光阑109、通光孔103和大口径汇聚透镜31及其通光孔33共光轴。

所述的通光孔103约小于光斑尺寸。

所述的凹面反射镜101可以增加光路的亮度，消色差聚光透镜107对超高压短弧氙灯104发出的点光源进行扩束并消除色差，通光孔103约小于光斑尺寸，可以进一步消除光束边缘的色差，得到近似日光的扩束光，在距离可变光阑109约1米处，光斑尺寸可以达到1米左右。涂黑的凹面反射镜保护罩102和涂黑的消色差聚光透镜保护罩108减少了光路中的杂散光并可以对镜片进行防尘保护，可以保护镜片，提高装置在生产车间的使用寿命。

所述的氙灯控制电源2通过耐高压连接线24连超高压短弧氙灯104和氙灯冷却风扇106，电流显示表21可以显示高压短弧氙灯104工作电流，可以通过调节旋钮22来调节超高压短弧氙灯104的亮度，从而可以适合不同尺寸的激光钕玻璃条纹检测。氙灯冷却风扇106通过排列的小散热孔105对超高压短弧氙灯104进行风冷，可以提高超高压短弧氙灯104的工作寿命，减少了超高压短弧氙灯104更换，提高装置寿命。

所述的大口径汇聚透镜31和大口径汇聚透镜保护罩32不固定。当需要扩束光时，移走口径汇聚透镜31和大口径汇聚透镜保护罩32，当需要平行光时，将口径汇聚透镜31和大口径汇聚透镜保护罩32置于可变光阑109前，大口径汇聚透镜31左侧焦点与可变光阑109位置重合，大口径汇聚透镜保护罩32的通光孔32约小于光斑尺寸，可以进一步消除光束边缘的色差，得到近似日光的平行光，从而可以满足不同规格尺寸的大尺寸激光钕玻璃条纹检测，增加了设备的扩展性和灵活性，相对扩束光，其亮度更亮。平行光的直径取决于大口径汇聚透镜31的直径。

照明光学系统组件1可以在滑轨平台4上沿垂直于光路方向沿导轨41移动，可以扩大检测范围，而不增加照明光学系统组件1尺寸，增加在现场检测大尺寸激光钕玻璃条纹的便利性和灵活性。

所述的样品台6可以进行升降和旋转，将样品5放置在样品平台6上后，升降和旋转样品台6，并通过遮光罩7遮挡多余光，使在投影屏8非工作区视场暗，增加明暗对比度，使条纹最明显和易于观察。

实验表明，本发明实现了米级大尺寸激光钕玻璃条纹检测，具有成本低、效率高和长期运行可靠的特点。