本發(fā)明屬于光學檢測技術(shù)領域，涉及一種光學檢測裝置，尤其涉及一種高靈敏度表面微小瑕疵光學檢測裝置；同時，本發(fā)明還涉及一種高靈敏度表面微小瑕疵光學檢測方法。

背景技術(shù)：

目前在對較大面積光滑表面的微缺陷檢測方面缺乏快速有效地方法。現(xiàn)有的基于機器視覺的檢測方法存在檢測速度慢，對微小缺陷靈敏度低等的缺點，無法滿足工業(yè)生產(chǎn)中對微小缺陷的在線檢測需求。

采用激光散射方法可非常靈敏及快速地檢測光滑表面的微小瑕疵[參考文獻1：“Method of Inspecting Magnetic Disc and Apparatus Therefor and Process for Producing the Magnetic Disc”,US Patent:6,078,385,Jun.20,2000]。

采用遠心掃描鏡將一束激光束以正入射的方法聚焦到被測表面，可有效檢測由表面瑕疵產(chǎn)生的散射光[參考文獻2:實用新型名稱：一種基于激光散射的表面微缺陷檢測裝置，專利號：ZL2012 2 0019507.8,2012年01月16日]。

但由于掃描光學系統(tǒng)本身產(chǎn)生的散射光也會進入散射接受系統(tǒng)，從而降低了檢測的信噪比。

有鑒于此，如今迫切需要設計一種新的檢測系統(tǒng)，以便克服現(xiàn)有檢測方式的上述缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種高靈敏度表面微小瑕疵光學檢測裝置，可提高檢測靈敏度及精確度。

此外，本發(fā)明還提供一種高靈敏度表面微小瑕疵光學檢測方法，可提高檢測靈敏度及精確度。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種高靈敏度表面微小瑕疵光學檢測裝置，所述檢測裝置包括：連續(xù)角掃描機構(gòu)、聚焦機構(gòu)、積分球集光器、第一光電探測器、反射光集光器、第二光電探測器；

所述連續(xù)角掃描機構(gòu)為掃描振鏡或多面體旋轉(zhuǎn)反射鏡；所述連續(xù)角掃描機構(gòu)用以將準直入射光在一定的角度范圍內(nèi)進行連續(xù)角掃描；

所述聚焦機構(gòu)用以將以角度形式進行掃描的準直光束聚焦到一個平面上并將角度掃描轉(zhuǎn)換成線掃描，將激光束聚焦到一個被測平面上并將聚焦激光點在平面上進行線掃描；

所述積分球集光器設置于被測平面上方，位于聚焦機構(gòu)及反射光集光器之間；積分球集光器的底部設有缺口；這種結(jié)構(gòu)可有效阻擋由掃描光學系統(tǒng)本身產(chǎn)生的散射光，從而提高系統(tǒng)的信噪比。

經(jīng)表面反射后的反射光束將被一個開有狹縫的腔體接收，腔體內(nèi)壁對反射光有較強吸收，在腔體壁上設有第二光電探測器，用于測量反射光相對光強度；如果表面有任何瑕疵，則入射的光束除反射外，還將被表面瑕疵散射，散射光中的大部分將進入被測平面上方的積分球集光器。

積分球集光器內(nèi)壁涂有高反層，可使散射光經(jīng)多次反射后進入到積分球集光器上的第一光電探測器，產(chǎn)生的光電信號對應表面散射。

一種高靈敏度表面微小瑕疵光學檢測裝置，所述檢測裝置包括：連續(xù)角掃描機構(gòu)、聚焦機構(gòu)、第一集光器、第一光電探測器、反射光集光器、第二光電探測器；

所述連續(xù)角掃描機構(gòu)用以將準直入射光在一定的角度范圍內(nèi)進行連續(xù)角掃描；

所述聚焦機構(gòu)用以將以角度形式進行掃描的準直光束聚焦到一個平面上并將角度掃描轉(zhuǎn)換成線掃描，將激光束聚焦到一個被測平面上并將聚焦激光點在平面上進行線掃描；

經(jīng)表面反射后的光束沿反射角進入反射光集光器，部分光被附在反射光集光器上的第二光電探測器接收，產(chǎn)生一個光電信號；

所述第一集光器內(nèi)壁涂有高反層，可使散射光經(jīng)多次反射后進入到第一集光 器上的第一光電探測器，產(chǎn)生的光電信號對應表面散射。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一集光器為設有開口的積分球集光器。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述積分球集光器設置于被測平面上方，位于聚焦機構(gòu)及反射光集光器之間；積分球集光器的底部沿入射和反射光方向成倒三角形狀或兩側(cè)分別設有缺口，缺口對稱設置.

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，經(jīng)表面反射后的反射光束將被一個開有狹縫的腔體接收，腔體內(nèi)壁對反射光有較強吸收，在腔體壁上設有第二光電探測器，用于測量反射光相對光強度；如果表面有任何瑕疵，則入射的光束除反射外，還將被表面瑕疵散射，散射光中的大部分將進入被測平面上方的積分球集光器。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述連續(xù)角掃描機構(gòu)為掃描振鏡或多面體旋轉(zhuǎn)反射鏡。

一種上述高靈敏度表面微小瑕疵光學檢測裝置的檢測方法，所述檢測方法包括：

連續(xù)角掃描機構(gòu)將準直入射光在一定的角度范圍內(nèi)進行連續(xù)角掃描；

聚焦機構(gòu)將以角度形式進行掃描的準直光束聚焦到一個平面上并將角度掃描轉(zhuǎn)換成線掃描，將激光束聚焦到一個被測平面上并將聚焦激光點在平面上進行線掃描；

經(jīng)表面反射后的反射光束將被一個開有狹縫的腔體接收，腔體內(nèi)壁對反射光有較強吸收，在腔體壁上設有第二光電探測器，用于測量反射光相對光強度；如果表面有任何瑕疵，則入射的光束除反射外，還將被表面瑕疵散射，散射光中的大部分將進入被測平面上方的積分球集光器；

積分球集光器內(nèi)壁涂有高反層，使散射光經(jīng)多次反射后進入到積分球集光器上的第一光電探測器，產(chǎn)生的光電信號對應表面散射。

一種上述高靈敏度表面微小瑕疵光學檢測裝置的檢測方法，所述檢測方法包括：

連續(xù)角掃描機構(gòu)將準直入射光在一定的角度范圍內(nèi)進行連續(xù)角掃描；

聚焦機構(gòu)將以角度形式進行掃描的準直光束聚焦到一個平面上并將角度掃描轉(zhuǎn)換成線掃描，將激光束聚焦到一個被測平面上并將聚焦激光點在平面上進行 線掃描；

經(jīng)表面反射后的光束沿反射角進入反射光集光器，部分光被附在反射光集光器上的第二光電探測器接收，產(chǎn)生一個光電信號；

第一集光器內(nèi)壁涂有高反層，使散射光經(jīng)多次反射后進入到第一集光器上的第一光電探測器，產(chǎn)生的光電信號對應表面散射。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提出的高靈敏度表面微小瑕疵光學檢測裝置及方法，可提高檢測靈敏度、精確度、及檢測速度。

附圖說明

圖1為實施例一中本發(fā)明光學檢測裝置的部分組成示意圖。

圖2為利用本發(fā)明光學檢測裝置使焦距光束入射在被測表面的示意圖。

圖3為實施例一中聚焦光束被缺陷散射后被積分球集光器接收的示意圖。

圖4為實施例二中本發(fā)明光學檢測裝置的部分組成示意圖。

圖5為實施例二中本發(fā)明光學檢測裝置的另一視角的組成示意圖。

圖6為實施例二中聚焦光束被缺陷散射后被積分球集光器接收的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。

實施例一

為了提高檢測信噪比，本方法采用角度入射的方法，通過一個開口的積分球，收集由表面瑕疵產(chǎn)生的散射光，同時有效阻擋掃描光學系統(tǒng)本身產(chǎn)生的雜散光進入散射光采集系統(tǒng)。圖1所示為其中的一種設計，積分球的兩側(cè)設有對稱的缺口(當然缺口也可以不對稱)。

請參閱圖1至圖3，本發(fā)明揭示了一種高靈敏度表面微小瑕疵光學檢測裝置，所述檢測裝置包括：連續(xù)角掃描機構(gòu)11、聚焦機構(gòu)12、積分球集光器13、第一光電探測器14、反射光集光器15、第二光電探測器16。

所述連續(xù)角掃描機構(gòu)11為掃描振鏡或多面體旋轉(zhuǎn)反射鏡，本實施例中，連 續(xù)角掃描機構(gòu)11為振鏡；所述連續(xù)角掃描機構(gòu)11用以將準直入射光在一定的角度范圍內(nèi)進行連續(xù)角掃描。

所述聚焦機構(gòu)12用以將以角度形式進行掃描的準直光束聚焦到一個平面上并將角度掃描轉(zhuǎn)換成線掃描，將激光束聚焦到一個被測平面30上并將聚焦激光點在平面上進行線掃描。本實施例中，聚焦機構(gòu)12為聚焦透鏡。

所述積分球集光器13設置于被測平面30上方，位于聚焦機構(gòu)12及反射光集光器15之間；積分球集光器13的底部設有缺口，如圖3所示，缺口設置于積分球集光器13的下部。

經(jīng)表面反射后的反射光束將被一個開有狹縫的腔體15接收，腔體內(nèi)壁對反射光有較強吸收，在腔體壁上設有第二光電探測器16，用于測量反射光相對光強度，該信號反映了表面的反射情況；如果表面有任何瑕疵，則入射的光束除反射外，還將被表面瑕疵散射，散射光中的大部分將進入被測平面上方的積分球集光器13。

積分球集光器13內(nèi)壁涂有高反層，可使散射光經(jīng)多次反射后進入到積分球集光器13上的第一光電探測器14，產(chǎn)生的光電信號對應表面散射。

本發(fā)明光學檢測裝置的工作原理如下：

圖1中的激光束經(jīng)一個光學整形系統(tǒng)(圖中未標出)將準直光束投射到一個掃描反射鏡上，該掃描反射鏡可以是振鏡，也可以是一個高速旋轉(zhuǎn)的多面反射棱鏡，或其他以一定的角速度旋轉(zhuǎn)的反射鏡面。光束鏡旋轉(zhuǎn)反射鏡反射后，掃過一個特定的角度alpha，反射鏡面的中心與圖中的一個聚焦透鏡(可以是一個遠心掃描鏡或一個F-Theta透鏡)的焦點重合，反射光束經(jīng)聚焦透鏡聚焦后以一定的角度匯聚到被測平面上并隨旋轉(zhuǎn)掃描的轉(zhuǎn)動而快速掃過平面上的一條線，如圖2所示。

如果表面有任何瑕疵，則入射的光束除反射外，還將被表面瑕疵散射，散射光中的大部分將進入其上方的一個積分球(即積分球集光器13)，如圖3所示。

積分球內(nèi)壁涂有高反層，可使散射光經(jīng)多次反射后進入到積分球上的一個光電探測器，產(chǎn)生的光電信號對應表面散射。經(jīng)表面反射后的反射光束將被一個開有狹縫的腔體接收，腔體內(nèi)壁對反射光有較強吸收并在腔體壁上裝一個光電探測 器，測量反射光相對光強度。

劃痕、麻點等影響表面光潔度的瑕疵對于聚焦的入射光會產(chǎn)生強烈的散射，因此可通過對散射信號的接收實現(xiàn)高靈敏度的瑕疵檢測；而對于表面光滑但對入射光的吸收不同于周邊的一類瑕疵，散射不明顯，此時由于吸收，反射光強將發(fā)生變化，通過對反射光的檢測，可有效檢測這類瑕疵。因此，散射和反射兩種檢測方法具有一定的互補性，使整個檢測裝置有更大的適用性。另外，由于瑕疵對入射光的散射會使反射光強減小，因此將散射信號除以反射信號，可大大增強檢測的靈敏度。

本發(fā)明還揭示一種上述高靈敏度表面微小瑕疵光學檢測裝置的檢測方法，所述檢測方法包括：

【步驟S1】連續(xù)角掃描機構(gòu)將準直入射光在一定的角度范圍內(nèi)進行連續(xù)角掃描；

【步驟S2】聚焦機構(gòu)將以角度形式進行掃描的準直光束聚焦到一個平面上并將角度掃描轉(zhuǎn)換成線掃描，將激光束聚焦到一個被測平面上并將聚焦激光點在平面上進行線掃描；

【步驟S3】經(jīng)表面反射后的反射光束將被一個開有狹縫的腔體接收，腔體內(nèi)壁對反射光有較強吸收，在腔體壁上設有第二光電探測器，用于測量反射光相對光強度；如果表面有任何瑕疵，則入射的光束除反射外，還將被表面瑕疵散射，散射光中的大部分將進入被測平面上方的積分球集光器；

【步驟S4】積分球集光器內(nèi)壁涂有高反層，使散射光經(jīng)多次反射后進入到積分球集光器上的第一光電探測器，產(chǎn)生的光電信號對于表面散射。

實施例二

本實施例與實施例一的區(qū)別在于，本實施例中，請參閱圖4、圖5，圖4為本發(fā)明的另一種設計，與實施例一中的不同之處為散射光采集積分球的設計，本實施例中，在積分球上開了兩個狹縫131、132(狹縫131、132可以為對稱設置)，使入射光及反射光可進入積分球集光器13，并在被表面反射后完全離開積分球集光器23。圖5是本實施例在入射方向的視圖。

圖6為本實施例中散射光采集積分球示意圖。本實施例可以達到與實施例一中檢測裝置相同的效果。

實施例三

一種高靈敏度表面微小瑕疵光學檢測裝置，所述檢測裝置包括：連續(xù)角掃描機構(gòu)、聚焦機構(gòu)、第一集光器、第一光電探測器、反射光集光器、第二光電探測器。

所述連續(xù)角掃描機構(gòu)用以將準直入射光在一定的角度范圍內(nèi)進行連續(xù)角掃描。所述連續(xù)角掃描機構(gòu)為掃描振鏡或多面體旋轉(zhuǎn)反射鏡。

所述聚焦機構(gòu)用以將以角度形式進行掃描的準直光束聚焦到一個平面上并將角度掃描轉(zhuǎn)換成線掃描，將激光束聚焦到一個被測平面上并將聚焦激光點在平面上進行線掃描。

所述第一集光器內(nèi)壁涂有高反層，可使散射光經(jīng)多次反射后進入到第一集光器上的第一光電探測器，產(chǎn)生的光電信號對于表面散射。

所述第一集光器為設有開口的積分球集光器。所述積分球集光器設置于被測平面上方，位于聚焦機構(gòu)及反射光集光器之間；積分球集光器的兩側(cè)分別設有缺口，缺口對稱設置。

經(jīng)表面反射后的反射光束將被一個開有狹縫的腔體接收，腔體內(nèi)壁對反射光有較強吸收，在腔體壁上設有第二光電探測器，用于測量反射光相對光強度。

本發(fā)明還揭示一種上述高靈敏度表面微小瑕疵光學檢測裝置的檢測方法，所述檢測方法包括：

連續(xù)角掃描機構(gòu)將準直入射光在一定的角度范圍內(nèi)進行連續(xù)角掃描；

聚焦機構(gòu)將以角度形式進行掃描的準直光束聚焦到一個平面上并將角度掃描轉(zhuǎn)換成線掃描，將激光束聚焦到一個被測平面上并將聚焦激光點在平面上進行線掃描；

經(jīng)表面反射后的光束沿反射角進入反射光集光器，部分光被附在反射光集光器上的第二光電探測器接收，產(chǎn)生一個光電信號；

第一集光器內(nèi)壁涂有高反層，使散射光經(jīng)多次反射后進入到第一集光器上的 第一光電探測器，產(chǎn)生的光電信號對應表面散射。

綜上所述，本發(fā)明提出的高靈敏度表面微小瑕疵光學檢測裝置及方法，可提高檢測靈敏度及精確度。

本發(fā)明采用掃描振鏡或多面體旋轉(zhuǎn)反射鏡或其他可有效地將準直入射光在一定的角度范圍內(nèi)進行連續(xù)角掃描的裝置，結(jié)合一個具有聚焦功能的遠心掃描鏡或F-Theta掃描鏡或其他可以將以角度形式進行掃描的準直光束聚焦到一個平面上并將角度掃描轉(zhuǎn)換成線掃描的裝置，將激光束聚焦到一個被測平面上并將聚焦激光點在平面上進行線掃描。

采用一個下端開有一個具有一定寬度的長縫的積分球，采集激光在被測平面上被瑕疵散射的散射光，檢測表面瑕疵。

采用一個兩邊開有狹縫，且低部有開口的積分球采集激光在被測平面上被瑕疵散射后的散射光來檢測表面瑕疵。

采用一個反射光收集系統(tǒng)，有效收集經(jīng)被測表面反射的反射光強。

在相對于被測平面法線的不同角度方向上，在積分球面上放置多個光電探測器，采集不同散射角度的散射光。

在光電探測器與散射光之間，放置匯聚透鏡，使匯聚透鏡的焦點在光電探測器的光敏上，有效收集散射光。

這里本發(fā)明的描述和應用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領域的普通技術(shù)人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術(shù)人員應該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進行其它變形和改變。