一种表面缺陷检测方法与流程

本发明属于检测技术领域，特别涉及一种表面缺陷检测方法。

背景技术：

由于现代加工技术的限制，精密光学元件表面在加工过程中不可避免的会留下各类缺陷，这些缺陷泛指光学零件在抛光加工后在其表面留下的麻点、划痕、开口气泡及破边等。在实际应用中，光学元件表面存在的疵病，引起的光散射在某些情况要比其他类型的散射强度大很多，给元件造成能量吸收，有害的炫耀、衍射花纹、膜层破坏、激光损伤等。

目前，能进行表面疵病检测的方法较多，常用方法有显微测量法以及近年来发展起来的激光频谱法、相干滤波成像法、暗场成像法等。上述检测方法，都可以达到较高的检测精度，在实际应用中，为了能够获取被检测件的高分辨率，则需要针对某个被检测件，花费比较长的时间；若在短时间内能够获取被检测件的表面疵病，则获得的检测图像必然是分辨率较低的情况。

综上所述，现有的表面疵病检测，存在不能在短时间内获得高分辨率的检测结果的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述已有技术的缺点，提出一种表面缺陷检测方法。用以解决现有表面疵病检测，存在不能在短时间内获得高分辨率的检测结果的问题。

本发明实施例提供一种表面缺陷检测方法，包括：

将被测件设置在置物台上，从与所述被测件成第一夹角的第一方向向所述被测件投射第一入射光，当所述第一入射光通过所述被测件后形成第一散射光时，设置在所述被测件正上方的第一图像采集单元获取所述第一散射光，并根据所述第一散射光确定所述被测件被照射区域存在疵病；

将存在疵病区域确定为第一被测块，第二入射光依次通过斩波器，扩束系统，第一聚焦镜，光路转折组件和第二聚焦镜投射到所述第一被测块，当所述第二入射光通过所述第一被测块后形成第二散射光，通过设置在所述置物台上方的导光管，进入光电探测器；其中，在所述被测件被上确定所述第一被测块后，所述第一入射光停止照射所述被测件。

优选地，所述置物台能够移动。

优选地，所述第一图像采集单元包括成像透镜和CCD。

优选地，所述第一入射光为白光；

所述第二入射光为激光。

优选地，所述第二入射光在通过所述扩束镜之前，为高斯光束。

优选地，进入所述光电探测器的光敏面的所述第二散射光的焦点为爱里斑。

本发明实施例中，提供了一种表面缺陷检测方法，包括：将被测件设置在置物台上，从与所述被测件成第一夹角的第一方向向所述被测件投射第一入射光，当所述第一入射光通过所述被测件后形成第一散射光时，设置在所述被测件正上方的第一图像采集单元获取所述第一散射光，并根据所述第一散射光确定所述被测件被照射区域存在疵病；将存在疵病区域确定为第一被测块，第二入射光依次通过斩波器，扩束系统，第一聚焦镜，光路转折组件和第二聚焦镜投射到所述第一被测块，当所述第二入射光通过所述第一被测块后形成第二散射光，通过设置在所述置物台上方的导光管，进入光电探测器；其中，在所述被测件被上确定所述第一被测块后，所述第一入射光停止照射所述被测件。上述方法中，先采用暗视场成像方法对被测件进行扫描探测，可以快速确定被测件表面存在疵病区域，在确定表面疵病区域后，在不改变置物台上被测件位置，通过散射方法实现对表面疵病区域的检测；在本发明实施例中，由于在散射检测的光路中了一个聚集透镜，将第二入射光经过聚集镜后照射到第一被测块表面的光斑直径变小，使得探测器接收到的第二散射光的光斑直径接近爱里斑，且焦点位于探测器光敏面上，从而减小了进入探测器光敏面上的杂散光，提高了测量精度。通过上述方法，可以在一次检测过程中，即能够快速确定被检测件表面存在疵病区域又能够实现疵病区域的高精度检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种表面缺陷检测方法流程示意图；

图2A为本发明实施例提供的表面缺陷检测系统结构正视图；

图2B为本发明实施例提供的表面缺陷检测系统结构左视图；

图3A为本发明实施例提供的BRDF测量系统结构示意图；

图3B为本发明实施例提供的第二入射光通过第一被测块光路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种表面缺陷检测方法流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供的一种表面缺陷检测方法主要包括下列步骤：

步骤101，将被测件设置在置物台上，从与所述被测件成第一夹角的第一方向向所述被测件投射第一入射光，当所述第一入射光通过所述被测件后形成第一散射光时，设置在所述被测件正上方的第一图像采集单元获取所述第一散射光，并根据所述第一散射光确定所述被测件被照射区域存在疵病；

步骤102，将存在疵病区域确定为第一被测块，第二入射光依次通过斩波器，扩束系统，第一聚焦镜，光路转折组件和第二聚焦镜投射到所述第一被测块，当所述第二入射光通过所述第一被测块后形成第二散射光，通过设置在所述置物台上方的导光管，进入光电探测器；其中，在所述被测件被上确定所述第一被测块后，所述第一入射光停止照射所述被测件。

图2A为本发明实施例提供的表面缺陷检测系统结构正视图，以下将结合图2A来介绍步骤101。

如图2A所示，将被测件设置在置物台上，且第一图像采集单元设置在被测件正上方，需要说明的是，位于第一图像采集单元正下方的区域为被测件的照射区域。在实际应用中，可以根据被测件的具体要求，将需要检测的区域设置在第一图像采集单元正下方。

在本发明实施例中，第一入射光与被测件成第一夹角，且从被测件的第一方向投射到被测件上，当第一入射光照射到被测件之后，会形成第一散射光和第一反射光，第一散射光会被设置在在被测件正上方的第一图像采集单元获取到，而第一反射光则会从被测件的第二方向射出。

需要说明的是，第一入射光与被测件之间形成的第一夹角均小于90度，第一方向为被测件上与第一入射光照射方向呈反向的方向，相应地，第二方向为与第一方向位置相对的方向，也可以确定为与第二散射光光照方向相同的方向。

具体地，如图2A所示，第一入射光以入射角α斜入射到精密光学元件表面，当第一入射光照射到没有疵病的光滑表面区域时，根据光的反射定律，第一入射光会以相同的角度α从另一边出射，即形成第一反射光；而当第一入射光照射到疵病表面时，由于疵病特殊的局部微观结构，第一入射光将在一个相对较宽的角度范围内散射开来。可将疵病看成一个发光的二次光源，位于照射区域正上方的成像透镜会收集一定孔径角范围内的散射光，而将光滑表面的反射光线排除在孔径角范围之外，这样就能在CCD(英文为：Charge-coupled Device，中文简称：电荷耦合元件)的感光面上得到疵病的像。由于只有疵病的散射光能通过成像透镜到达CCD的感光表面，而疵病周围的光滑表面的反射光不能到达，所以在CCD上得到的图像是暗背景下的疵病亮像。如果在光学表面上CCD成像透镜的成像范围内无疵病，则没有光线能够进入成像透镜，则得到的图像是一片均匀的暗背景。通过CCD测量疵病周围不同方向的光能量值，便可得到疵病的散射光能量的分布情况。

需要说明的是，在本发明实施例中，第一入射光为白光。

需要说明的是，在图2A中所示的第二入射光并不和第一入射光同时入射到精密光学元件表面，在该图中，同时出现第一入射光和第二入射光，是为了说明第一入射光和第二入射光可以从不同方向入射到精密光学元件表面。

在本发明实施例中，为了能快速确定被测件疵病存在区域以及确定疵病的精度，可以在确定表面存在疵病的前提下，进行疵病精度检测。

需要说明的是，在本发明实施例提供的表面缺陷检测系统中，置物台可以沿任意方向移动，且置物台在各个方向的移动距离为可调以及可控。举例来说，当确定被测件存在疵病区域之后，可以根据第一入射光和第二入射光之间的距离，确定设置被测件的置物台的移动方向以及移动距离，以确保移动后的被测件存在疵病区域为第二入射光的照射区域。

图2B为本发明实施例提供的表面缺陷检测系统结构左视图，图3A为本发明实施例提供的BRDF(英文为：Bidirectional Reflectance Distribution Function，中文简称：双向反射分布函数)测量系统结构示意图，图3B为本发明实施例提供的第二入射光通过第一被测块光路示意图。以下结合图2B，图3A和图3B，具体介绍步骤102。

在步骤102中，将被测件存在疵病区域确定为第一被测块，并将被测件的第一被测块放置到第二入射光照射区域。在本发明实施例中，对置物台的移动方法以及移动距离不做具体的限定。

如图2B所示，通过向第一被测块投射第二入射光，可以在第一被测块的上方接收到第二散射光。其中，图2B中所示的第一散射光是第一入射光照射到疵病区域后得到的散射光，第二散射光是第二入射光照射到第一被测块后得到的散射光，由于第一入射光和第二入射光不在同时照射被测件，即当在被测件上确定第一被测块后，第一被测块上不会同时散射出第一散射光和第二散射光。

如图3A所示，来自激光器1的第二入射光依次通过斩波器2，扩束镜3，第一聚焦镜4，光路转折组件5和第二聚焦镜6照射到置物台7，在此处，置物台上设置的被测件，且被测件的第一被测块恰好位于第二入射光的光照区域。

在实际应用中，激光器1出射的第二入射光光束首先经斩波器2斩波调制。第二入射光经扩束镜3扩束准直后，经第一聚焦透镜4聚焦，经光束转折组件5后，以一定角度入射到被测件表面，通过被测件表面反射之后的第二散射光依次经过光阑8，导光管9进入到光电探测器10的光敏面上。

需要说明的是，第二入射光的波长可以为532nm，可以为635nm，也可以为650nm，在本发明实施例中，对第二入射光的波长不做具体的限定。

需要说明的是，在实际应用中，由于被测件是精密光学表面，且精密光学表面上可能会存在多个疵病区域。为了区别被测件上的多个疵病区域，优选地，将被测件上第一次确定存在疵病区域命名为第一被测块，第二次确定存在疵病区域命名为第二被测块，第三次确定存在疵病区域命名为第三被测块，在本发明实施例中，对被测件上存在的疵病区域数量不做限定，同时，对被测件上命名的被测块的数量也不做限定。

在实际应用中，由于第二入射光光强分布为高斯光束，具有一定的发散角，且光斑直径较小，而为了提高测量速度，光斑直径需要达到一定数值。在本发明实施例中，可以将扩束镜换为扩束系统，扩束系统实际上是一种无焦倒置望远镜系统，开普勒望远形式的扩束镜结构类似于空间滤波器结构，光束经扩束镜后，光束发散角缩小，光束直径变大，并且扩束镜的空间滤波作用滤除了光束中的高频杂散光，使光束光强分布更加均匀。

在实际应用中，当通过光路转折组件之后的第二入射光照射到第一被测块表面时，第二入射光会向各个方向发生散射，而探测器10将接收到范围比较小的散射光。在本发明实施例中，为了使得探测器10能够接收到大范围的散射光，可以在光路中增加一个聚集透镜，即第二聚集透镜，则第二入射光经第二聚焦镜后照射到第一被测块表面，第一被测块表面光斑减小，使得测探测器10接收的光斑直径近似为爱里斑，且焦点则位于探测器10的光敏面上，如图3B所示，第一光线所示的光路，探测器10将接收到α范围大小的散射光。可以看出α≤β，当使用聚焦透镜之后，聚集透镜使探测器所接收散射光的空间立体角范围减小了，减小了杂散光进入探测器，且减小了光束发散角，有效提高了测量精度。

在本发明实施例中，第二入射光经过第一被测块反射之后，变成第二散射光进入到探测器10的光敏面上。由于本发明实施例对探测器接收到的光信号的处理方法和现有技术中探测器接收到的光信号的处理方法相同，再次不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供了一种表面缺陷检测方法，由于在散射检测的光路中了一个聚集透镜，将第二入射光经过聚集镜后照射到第一被测块表面的光斑直径变小，使得探测器接收到的第二散射光的光斑直径接近爱里斑，且焦点位于探测器光敏面上，从而减小了进入探测器光敏面上的杂散光，提高了测量精度。通过上述方法，可以在一次检测过程中，即能够快速确定被检测件表面存在疵病区域又能够实现疵病区域的高精度检测，解决了现有表面疵病检测，存在不能在短时间内获得高分辨率的检测结果的问题。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。