CN104792793A - 光学缺陷检测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学缺陷检测方法、装置和系统，其中方法包括二维扫描相机对被测件表面进行扫描，载有数据分析软件的数据分析及机器控制设备接收并分析二维扫描相机传送的二维扫描数据，判断被测件是否存在缺陷，如果存在缺陷，并在需要测定缺陷的高度或深度时，驱动三维显微仪器测定被测件缺陷的高度和/或深度，数据分析及机器控制设备接收高度和/或深度的三维数据，结合二维扫描的数据，判断被测件是否合格。本发明通过运用二维光学扫描和三维光学显微分析相结合的检测方法，确保缺陷检测的精确、可靠和快速，提高产品质量的稳定性。

Description

光学缺陷检测方法和系统

技术领域

本发明涉及一种缺陷检测技术，尤其涉及一种光学缺陷检测方法和系统。

背景技术

在精密零件制造业中，由于生产工艺的复杂性、多样性，在机器加工和人工操作的过程中可能会在零件的表面上产生局部的细微材料缺损，例如气孔、划痕、裂纹等，造成零件的外观缺陷。外观缺陷检测在传统精密零件制造业中一般采用人工目检，即通过肉眼或结合显微镜或利用专用测量工具对零件进行观查检测。这种依赖于人的外观缺陷检测的缺点是显而易见的，检测人员的视觉容易产生疲劳，检测标准和结果都难以统一。

现在的机械零件越来越复杂，零件的类型也越来越多，因此对外观缺陷检查技术的要求也越来越高，尤其对于精密零件，其致命缺陷的尺寸已经达到微米级，人工目检已经越来越不能够适应精密零件制造业日益提高的产品质量的要求。

有鉴于此，非常有必要提供一种精确可靠的外观缺陷检测技术以解决现有问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种光学缺陷检测方法和系统，其通过运用二维光学扫描和三维光学显微分析相结合，测定缺陷的位置、面积、个数、形状、凸起高度或凹陷深度特征，确保缺陷检测的精确、可靠和快速，从而提高产品的质量稳定性。

一种光学缺陷检测方法，其特征在于，包括：二维扫描相机对放置在承 载台上的被测件表面进行扫描，并将二维扫描数据传送到数据分析及机器控制设备；所述数据分析及机器控制设备根据所述二维扫描数据，判断所述被测件是否存在缺陷，如果存在缺陷，并在需要测定缺陷的高度或深度时，所述数据分析及机器控制设备驱动三维显微仪器；所述三维显微仪器对所述被测件进行缺陷的高度和/或深度测定，并将测定的缺陷的高度和/或深度的三维数据传送到所述数据分析及机器控制设备；所述数据分析及机器控制设备根据所述缺陷的高度和/或深度的三维数据，结合所述二维扫描的数据，对所述被测件进行光学缺陷检测。

优选的，所述二维扫描相机对放置在承载台上的被测件表面进行扫描，具体为：所述承载台下还设有旋转基座和XY基座，通过所述承载台带动所述被测件进行自转和/或升所述降，和/或所述旋转基座驱动所述承载台带动所述被测件进行旋转，和/或XY基座驱动所述承载台带动所述被测件进行X方向和Y方向上移动，所述二维扫描相机对放置在承载台上的被测件表面进行扫描。

可选的，所述二维扫描相机对放置在承载台上的被测件表面进行扫描，并将二维扫描数据传送到数据分析及机器控制设备，具体为：所述二维扫描相机对所述被测件的各表面进行扫描，并将各表面的二维扫描数据传送到数据分析及机器控制设备；或者，所述二维扫描相机按照排列顺序对所述被测件的一表面进行扫描，将所述表面的二维扫描数据传送到数据分析及机器控制设备，如果所述数据分析及机器控制设备和/或所述三维显微仪器确定所述表面合格，则按照排列顺序对所述被测件的其他表面进行扫描，其中，所述排列顺序为所述被测件各表面的二维扫描时间从短到长的排列顺序。

优选的，所述如果存在缺陷，并在需要测定缺陷的高度或深度时，所述数据分析及机器控制设备驱动三维显微仪器，具体为：所述缺陷包括凹形、目测不良和/或凸起，如果存在缺陷，所述数据分析及机器控制设备确定缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积；若所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积超出第一阈值，则所述数据分析及机器控制设备判断所述被测件不合格；若所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积未超出第一阈值，则需要测定缺陷的高度或深度，所述数据分析及机器控制设备驱动三维显微仪器进行扫描。

优选的，所述数据分析及机器控制设备根据所述缺陷的高度和/或深度的三维数据，并结合所述二维扫描的数据，对所述被测件进行光学缺陷检测，具体为：如果所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积未超出第一阈值，且所述被测件缺陷的高度和/或深度大于设定的第二阀值，则所述数据分析及机器控制设备判断所述被测件不合格；如果所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积未超出第一阈值，但被测件缺陷的高度和/或深度小于设定的第二阀值，则所述数据分析及机器控制设备判断所述被测件合格。

一种光学缺陷检测系统，包括承载台、旋转基座、XY基座、二维扫描相机、数据分析及机器控制设备和三维显微仪器，其中，所述承载台，用于放置被测件并用于使所述被测物进行自转和/或升降；所述旋转基座，用于旋转所述承载台；所述XY基座，用于在X方向和Y方向上移动所述承载台；所述二维扫描相机，用于扫描所述被测件的表面，并将二维扫描的数据发送给所述数据分析及机器控制设备；所述三维显微仪器，用于测定所述被测件缺 陷的高度和/或深度，并将缺陷的高度和/或深度的三维数据发送给所述数据分析及机器控制设备；所述数据分析及机器控制设备，用于根据所述二维扫描数据，判断所述被测件是否存在缺陷，如果存在缺陷，并在需要测定缺陷的高度或深度时，驱动所述三维显微仪器；还用于根据所述缺陷的高度和/或深度的三维数据，结合所述二维扫描的数据，对所述被测件进行光学缺陷检测；还用于控制系统各个部件并按照设定程序做出相应动作。

优选的，所述旋转基座、所述XY基座和所述承载台分别具有马达，所述旋转基座由其马达驱动带动承载台进行旋转，所述XY基座由其马达驱动带动承载台进行在X方向和Y方向上的移动，所述承载台由其马达驱动使被测物进行自转和/或升降；所述旋转基座的旋转、XY基座和承载台的移动是相对独立的。

优选的，所述光学缺陷检测系统还包括加装内窥镜的二维扫描相机；如果所述被测件具有中空结构，所述加装内窥镜的二维扫描相机用于对所述被测件的内表面进行二维扫描，并将扫描的数据发送给所述数据分析及机器控制设备。

优选的，所述二维扫描相机和加装内窥镜的二维扫描相机采用线扫描相机或面阵相机，所述三维显微仪器采用激光或色散类型的共焦显微镜或者线激光扫描仪；所述二维扫描相机、所述加装内窥镜的二维扫描相机和所述三维显微仪器固定安装在光学缺陷检测系统中。

优选的，所述二维扫描相机，用于扫描所述被测件的表面，并将二维扫描的数据发送给所述数据分析及机器控制设备，具体为：通过所述承载台带动所述被测件进行自转和/或升所述降，和/或所述旋转基座驱动所述承载台带 动所述被测件进行旋转，和/或XY基座驱动所述承载台带动所述被测件进行X方向和Y方向上移动，所述二维扫描相机对放置在承载台上的被测件表面进行扫描；所述二维扫描相机对所述被测件的各表面进行扫描，并将各表面的二维扫描数据传送到数据分析及机器控制设备。

优选的，所述数据分析及机器控制设备在如果存在缺陷，并在需要测定缺陷的高度或深度时，驱动三维显微仪器，具体为：所述缺陷包括凹形、目测不良和/或凸起，如果存在缺陷，所述数据分析及机器控制设备确定缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积；若所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积超出第一阈值，则所述数据分析及机器控制设备判断所述被测件不合格；若所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积未超出第一阈值，则所述数据分析及机器控制设备驱动三维显微仪器进行扫描。

优选的，所述数据分析及机器控制设备根据所述缺陷的高度和/或深度的三维数据，结合所述二维扫描的数据，对所述被测件进行光学缺陷检测，具体为：如果所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积未超出第一阈值，且所述被测件缺陷的高度和/或深度大于设定的第二阀值，则所述数据分析及机器控制设备判断所述被测件不合格；如果所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积未超出第一阈值，但被测件缺陷的高度和/或深度小于设定的第二阀值，则所述数据分析及机器控制设备判断所述被测件合格。

一种光学缺陷检测系统，包括：承载台、二维扫描相机、数据分析及机器控制设备和三维显微仪器，其中，所述承载台，用于放置单个或多个被测 件；所述二维扫描相机，用于按照顺序对所述被测件的各表面进行分步扫描，并将分步扫描的二维扫描的数据发送给所述数据分析及机器控制设备；所述三维显微仪器，用于测定所述被测件缺陷的高度和/或深度，并将缺陷的高度和/或深度的三维数据发送给所述数据分析及机器控制设备；所述数据分析及机器控制设备，用于根据所述二维扫描数据，判断所述被测件是否存在缺陷，如果存在缺陷，并在需要测定缺陷的高度或深度时，驱动所述三维显微仪器；还用于根据所述缺陷的高度和/或深度的三维数据，结合所述二维扫描的数据，对所述被测件进行光学缺陷检测；还用于控制系统各个部件并按照设定程序做出相应动作。

优选的，所述光学缺陷检测系统还包括加装内窥镜的二维扫描相机；如果所述被测件具有中空结构，所述加装内窥镜的二维扫描相机用于对所述被测件的内表面进行二维扫描，并将扫描的数据发送给所述数据分析及机器控制设备。

优选的，所述二维扫描相机和加装内窥镜的二维扫描相机通过分别扫描所述被测件的各表面，确定所述被测件的各表面的扫描时间，并将各表面的扫描时间从短到长的进行排列。

优选的，所述二维扫描相机用于按照顺序对所述被测件的各表面进行分步扫描，并将分步扫描的二维扫描的数据发送给所述数据分析及机器控制设备，具体为：所述二维扫描相机和加装内窥镜的二维扫描相机按照排列顺序对所述被测件的一表面进行扫描，将所述表面的二维扫描数据传送到数据分析及机器控制设备，如果所述数据分析及机器控制设备和/或所述三维显微仪器确定所述表面合格，则按照排列顺序对所述被测件的其他表面进行扫描。

优选的，所述数据分析及机器控制设备在如果存在缺陷，并在需要测定缺陷的高度或深度时，驱动三维显微仪器，具体为：所述缺陷包括凹形、目测不良和/或凸起，如果存在缺陷，所述数据分析及机器控制设备确定缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积；若所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积超出第一阈值，则所述数据分析及机器控制设备判断所述被测件不合格；若所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积未超出第一阈值，则所述数据分析及机器控制设备驱动三维显微仪器进行扫描。

优选的，所述数据分析及机器控制设备根据所述缺陷的高度和/或深度的三维数据，结合所述二维扫描的数据，对所述被测件进行光学缺陷检测，具体为：如果所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积未超出第一阈值，且所述被测件缺陷的高度和/或深度大于设定的第二阀值，则所述数据分析及机器控制设备判断所述被测件不合格；如果所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积未超出第一阈值，但被测件缺陷的高度和/或深度小于设定的第二阀值，则所述数据分析及机器控制设备判断所述被测件合格。

本发明所公开的光学缺陷检测方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明创造性的运用二维光学扫描和三维光学显微分析相结合的方案解决了现代精密零件制造线上对缺陷检测的精确性、可靠性和生产节拍的需求，实现了大规模精密零件制造线上微米级缺陷检测的完全自动化，减少了人工，提高了生产效率和产品质量稳定性，大大降低了综合成本。

附图说明

图1是本发明一具体实施例中光学缺陷检测系统的结构示意图。

图2是本发明另一具体实施例中光学缺陷检测系统的结构示意图。

图3是本发明光学缺陷检测方法的流程示意图。

图4是本发明一具体实施例中被测件的扫描顺序和扫描时间的示意图。

图5A是本发明一具体实施例中缺陷判断标准的示意图。

图5B是本发明一具体实施例中被测件的二维扫描结果示意图。

图5C是本发明一具体实施例中被测件缺陷的高度和/或深度测定结果示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述，但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

图1是本发明光学缺陷检测装置的结构示意图。请参照图1所示，本发明的具体实施方式中，光学缺陷检测装置1包括旋转基座11、XY基座12、承载台13、二维(2D)扫描相机14、数据分析及机器控制设备(未图示)和三维显微仪器15。

承载台13，用于放置被测件。在本发明的具体实施例中，承载台13可以如图1所示的带有马达的传送带结构，如此被测件可以在承载台13上进行自转和/或升降。当然，该承载台13的结构均不限于既有实施方式所公开的内容。

旋转基座11，用于以其中心为圆点旋转承载台13；XY基座12用于在X方向和Y方向上移动承载台13。在本发明的具体实施例中，旋转基座11、XY基座12和承载台13的移动是相对独立的，旋转基座11和XY基座12分别具有马达，通常该马达是伺服马达；旋转基座11由其自带的伺服马达驱动带动承载台13进行旋转，XY基座12由其自带的伺服马达驱动带动承载台 13进行在X方向和Y方向上的移动，如此被测件可以进行旋转及XY方向移动。

二维扫描相机14，用于扫描被测件的表面，并将扫描的数据发送给数据分析及机器控制设备。在本发明的具体实施方式中，该二维扫描相机14采用线扫描相机(Line Scan Camera)或面阵相机，线扫描相机的传感器由一行感光元素构成，可以进行高频率的扫描，它一般要求被测件在匀速状态下运动，以便进行逐行连续扫描，形成高质量的图像，因此适合对连续材料的被测件进行精度检测。在本发明的具体实施方式中，二维扫描相机14的最小检测点间距为20微米，视野可以达到17毫米，像素精度可以达到10微米/像素，光源可以采用白光，当然，该二维扫描相机14的各参数数值均不限于既有实施方式所公开的内容。

三维显微仪器15，用于测定被测件表面缺陷的高度和/或深度。在本发明的具体实施方式中，该三维显微仪器15是从一个点光源发射的探测光通过透镜聚焦到被测件上，如果被测件在焦点上，那么反射光通过原透镜汇聚回到光源形成共焦，从而可以提供高分辨率的成像，因此适合对被测件进行精度检测。在本发明的具体实施方式中，该三维显微仪器可以为激光共焦扫描焦显微镜(Laser Confocal Scanning Microscope,LCSM)或色散共焦显微镜(ChromaticConfocal Microscope,CCM)或线激光扫描仪，例如，激光共焦扫描焦显微镜采用激光作扫描光源，逐点、逐行、逐面快速扫描成像，每经一次调焦，扫描被测件的一个平面，调焦深度不一样时，就可以获得被测件不同深度层次的图像，从而得到被测件的三维结构，如此可获得被测件缺陷的高度或深度；色散共焦显微镜用白光衍射后(色散)照射被测件表面某一点通过感知反射光的颜色来测定这个点的高度或深度。在本发明的具体实施方式中，三维显微仪器15的纵向测量精度可以达到100纳米，纵向测量范围可以达到2毫米，探测频率可以达到300-2000赫兹，光源可以是白光或激光， 当然，该三维显微仪器15的各参数数值均不限于既有实施方式所公开的内容。

此外，在本发明的另一具体实施方式中，如果被测件具有中空结构，光学缺陷检测装置1还可以包括加装内窥镜的二维扫描相机16，该加装内窥镜的二维扫描相机16用于扫描被测件的内表面，并将扫描的数据发送给数据分析及机器控制设备，该加装内窥镜的二维扫描相机16进行的是二维扫描。

在本发明的具体实施方式中，二维扫描相机14、三维显微仪器15和加装内窥镜的二维扫描相机16都是固定的，在进行被测件的缺陷检测时，通过承载台带动被测件自转、和/或旋转基座驱动承载台带动被测件旋转及XY基座驱动承载台带动被测件进行XY方向移动来进行被测件的表面扫描。在一定的情况下，二维扫描相机14、三维显微仪器15和加装内窥镜的二维扫描相机16也可以不通过XY基座驱动被测件进行XY方向，而是分别调整其各自的焦距来实现对被测件的检测。

在本发明的具体实施方式中，数据分析及机器控制设备用于接收二维扫描相机14和加装内窥镜的二维扫描相机16传送的二维扫描数据，判断是否存在缺陷，如果存在缺陷，进一步确定缺陷类型、缺陷形状、缺陷位置、缺陷个数和缺陷面积；在数据分析及机器控制设备确定是否存在缺陷时，以缺陷类型、缺陷形状、缺陷位置、缺陷个数和/或最大缺陷面积为关键指标。数据分析及机器控制设备还用于接收三维显微仪器15传送的三维数据并结合二维扫描数据来判断被测件是否合格；在数据分析及机器控制设备判断被测件是否合格时，以缺陷的深度和/或高度为关键指标。

图2是本发明另一实施例中光学缺陷检测系统的示意图。在该具体实施方式中，光学缺陷检测系统采用流水线方式对被测件的各表面进行分解检测，从而可以实现被测件量产的检测。

光学缺陷检测系统包括承载台21、二维扫描相机22、加装内窥镜的二维扫描相机23、数据分析及机器控制设备(未图示)和三维显微仪器24。

在本发明具体实施方式中，承载台21采用流水线式的传送带机构，被测件放置在传送带机构上，通过传送带的带动，依次进行扫描检测。

二维扫描相机22用于分步扫描被测件的表面。加装内窥镜的二维扫描相机23用于扫描被测件的内表面。三维显微仪器用于测定被测件表面缺陷的高度和/或深度。数据分析及机器控制设备用于接收二维扫描相机22和加装内窥镜的二维扫描相机23传送的二维扫描数据，判断是否存在缺陷、如果存在缺陷，确定缺陷类型、缺陷形状、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积，还用于接收三维显微仪器24传送的三维数据，并结合二维扫描数据来判断被测件是否合格。

在本发明的具体实施方式中，二维扫描相机22和加装内窥镜的二维扫描相机23可以对被测件的各表面进行分解检测。具体地，二维扫描相机22和加装内窥镜的二维扫描相机23可以按照顺序分别将扫描到的各表面二维扫描的数据传送到数据分析及机器控制设备，例如二维扫描相机22在完成被测件的上表面扫描后即可把相应数据传送到数据分析及机器控制设备，如果数据分析及机器控制设备对扫描的数据进行分析，发现上表面存在缺陷，则可以不必进行被测件其他面的扫描，即可来进行判断被测件是否合格的步骤，如此，可以缩短扫描和数据分析的时间，提高检测速度。光学缺陷检测系统进行判断被测件是否合格的流程可以结合参考前述的光学缺陷检测方法，故在此不赘述。

此外优选地，对被测件的各表面进行分解检测时，可以确定被测件各表面的扫描时间，根据各表面的扫描时间从短到长的顺序依次对被测件的表面进行检测，例如被测件的上/下表面扫描时间最短，二维扫描相机22首先检测被测件的上/下表面，如果没有发现缺陷，则继续进行其他面的检测，如果发现缺陷，则可以不必进行被测件其他面的扫描，即可来进行判断被测件是否合格的步骤，如此，可以进一步优化二维扫描，缩短扫描和数据分析的时间， 提高检测速度。

需要说明的是，在和图2对应的本实施例中的二维扫描相机22、加装内窥镜的二维扫描相机23、数据分析及机器控制设备和三维显微仪器24与和图1对应的实施例中的二维扫描相机14、加装内窥镜的二维扫描相机16、数据分析及机器控制设备和三维显微仪器15相同或类似，故在此不赘述。

图3是本发明光学缺陷检测方法的流程示意图。配合参照图1和图2，在本发明具体实施方式中，对被测件进行光学缺陷检测包括以下步骤：

步骤301、将被测件置于承载台上。

具体地，承载台可以如和图1对应的实施例中带有马达的传送带结构，该传送带结构适应于放置一个被测件，在该承载台下还包括旋转基座和XY基座，如此，被测件可以在承载台进行自转，和/或升降，和/或旋转，和/或在X方向和Y方向上移动。

承载台也可以如和图2对应的实施例中流水线式的传送带机构，该流水线式的传送带机构适应于放置多个被测件，如此，通过传送带的带动，多个被测件放置在传送带机构上实现批量检测。

步骤302、二维扫描相机和/或加装内窥镜的二维扫描相机对被测件的表面进行扫描，并将扫描数据传送到数据分析及机器控制设备。

在本发明的具体实施方式中，二维扫描相机和/或加装内窥镜的二维扫描相机按照排列顺序对被测件的表面进行扫描。具体地，以中空圆柱体的被测件为例，该被测件包括上下两个表面、外径面和内径面，还可能包括内径倒角和外径倒角。图4为二维扫描相机和加装内窥镜的二维扫描相机对被测件的扫描执行顺序和扫描平均周期时间的示意图，该二维扫描相机按照设定程序可以对被测件的各个面进行二维扫描，该被测件的二维扫描时间总共约为8s。当然，对于其他形状的被测件，扫描执行顺序和扫描平均周期时间均不限于既有实施方式所公开的内容。

如果对多个被测件进行批量检测，二维扫描相机和/或加装内窥镜的二维扫描相机对被测件的各表面可以进行分解检测。优选地，二维扫描相机和/或加装内窥镜的二维扫描相机确定被测件各表面的扫描时间，将各表面的扫描时间从短到长的进行排列，根据排列顺序对被测件的表面进行检测。二维扫描相机和/或加装内窥镜的二维扫描相机在完成被测件的一表面扫描后即可把相应数据传送到数据分析及机器控制设备，如果数据分析及机器控制设备对扫描的数据进行分析，发现该表面存在缺陷，则可以不必进行被测件其他面的扫描，即可来进行判断被测件是否合格的步骤，如果没有发现该表面存在缺陷，则继续按照排列顺序进行下一个表面的扫描。如此，实现缩短扫描和数据分析的时间，提高检测速度。

步骤303、数据分析及机器控制设备对二维扫描数据进行分析，判断被测件是否存在缺陷，如果存在缺陷，确定缺陷类型、缺陷形状、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积；

在本发明的具体实施方式中，数据分析及机器控制设备可以为计算机，该数据分析及机器控制设备接收二维扫描相机传送来的扫描数据，通过设定的软件算法对扫描数据进行分析。在本发明的具体实施方式中，缺陷可划分为三种类型：凹形、目测不良和凸起，其中凹形可以是气孔、压痕或划痕等。仍以中空圆柱体的被测件为例，被测件的缺陷判断标准可以如图5A所示，在该缺陷判断标准中，在被测件的各面上，可能会存在凹形、目测不良和凸起，二维扫描无法区分凹形和凸起，所以将凹形和凸起视为一类缺陷。被测件的二维扫描的数据可以以图5B为例，由此，数据分析及机器控制设备通过分析数据可以判断是否存在缺陷，如果存在缺陷，确定缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积。

步骤304、如果确定存在缺陷，且缺陷类型、缺陷形状、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积超出第一阈值，则数据分析及机器控制设备判断该被测件 不合格；

在本发明的具体实施方式中，数据分析及机器控制设备设定有第一阈值，该第一阈值针对二维缺陷特征，可以是对缺陷类型、缺陷形状、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积的设定；数据分析及机器控制设备通过对扫描数据进行分析确定存在缺陷，判断该缺陷的缺陷类型、缺陷形状、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积是否超出第一阈值，如果超出，则数据分析及机器控制设备判断该被测件不合格。

在本发明的具体实施方式中，以图5A所示的缺陷判断标准为例，设定第一阈值是缺陷面积为小于等于0.2×0.2mm2，若数据分析及机器控制设备通过分析发现缺陷，且该缺陷的面积大于0.2×0.2mm2，则数据分析及机器控制设备可以根据该二维扫描的数据直接判断该被测件不合格；另外，也可以设定第一阈值是缺陷类型为十字形，若数据分析及机器控制设备通过分析发现缺陷，但该缺陷类型不是十字形，即该缺陷类型超出了设定的第一阈值，则数据分析及机器控制设备可以直接判断该被测件不合格；还可以设定第一阈值是缺陷位置在内/外径倒角上，若发现被测件的缺陷位置在外表面，即在缺陷位置超出了设定的第一阈值，则数据分析及机器控制设备可以直接判断该被测件不合格；也可以设定第一阈值是缺陷个数小于等于2个，若发现被测件的缺陷个数大于2个，则数据分析及机器控制设备可以直接判断该被测件不合格。当然，对于设定第一阈值均不限于既有实施方式所公开的内容。

步骤305、如果确定存在缺陷，但缺陷类型、缺陷形状、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积未超出设定的第一阈值，则数据分析及机器控制设备驱动三维显微仪器进行进一步扫描；

在本发明的具体实施方式中，以图5A所示的缺陷判断标准为例，设定第一阈值为缺陷面积小于等于0.2×0.2mm2。以图5B所示的二维扫描的数据为例，No.8，缺陷横坐标为3105，缺陷纵坐标为1012的位置上，发现存在缺陷，缺陷的面积是0.03125mm2，该缺陷面积0.03125mm2小于第一阀值0.3×0.3mm2，则数据分析及机器控制设备还需要结合进一步的缺陷的高度和/或深度来判断该被测件是否合格，因此数据分析及机器控制设备将驱动三维显微仪器进行进一步的扫描。缺陷类型、缺陷形状、缺陷位置、缺陷个数判断过程类似，故不赘述。

步骤306、三维显微仪器对被测件进行缺陷的高度和/或深度测定，并将高度和/或深度的数据传送到数据分析及机器控制设备；

在本发明的具体实施方式中，三维显微仪器对缺陷进行扫描，被测件的高度和/或深度数据可以以图5C为例，可以看到在被测件的缺陷位置有明显的凸起和凹形，三维显微仪器将高度和/或深度的数据传送到数据分析及机器控制设备。

步骤307、数据分析及机器控制设备结合二维扫描的数据和高度和/或深度的数据，判断被测件是否合格，具体地，通过被测件缺陷的高度和/或深度是否超出设定的第二阀值来进行判断。

在本发明的具体实施方式中，数据分析及机器控制设备根据二维扫描的数据确定缺陷，然后结合高度和/或深度的数据判断该测试件是否合格。

步骤308、如果被测件缺陷的高度和/或深度大于设定的第二阀值，则数据分析及机器控制设备判断该被测件不合格；

在本发明的具体实施方式中，该第二阈值是针对三维缺陷特征进行设定的，例如设定第二阈值为1um，如果被测件缺陷的高度或深度大于第二阈值1um，则数据分析及机器控制设备判断该被测件不合格。当然，对于设定第一阈值均不限于既有实施方式所公开的内容。

步骤309、如果被测件缺陷的高度和/或深度小于设定的第二阀值，则数据分析及机器控制设备判断该被测件合格。

在本发明的具体实施方式中，仍以设定第二阈值为1um为例，如果被测 件缺陷的高度或深度小于设定的第二阈值1um，则数据分析及机器控制设备判断该被测件合格。

本发明实施例采用的光学缺陷检测的方法和系统，创造性的运用二维光学扫描和三维光学显微分析相结合的方案解决了现代精密零件制造线上对缺陷检测的精确性、可靠性和生产节拍的需求，实现了大规模精密零件制造线上微米级缺陷检测的完全自动化，减少了人工，提高了生产效率和产品质量稳定性，大大降低了综合成本。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (18)

1.一种光学缺陷检测方法，其特征在于，包括：

二维扫描相机对放置在承载台上的被测件进行扫描，并将二维扫描数据传送到数据分析及机器控制设备；

所述数据分析及机器控制设备根据所述二维扫描数据，判断所述被测件是否存在缺陷，如果存在缺陷，并在需要测定缺陷的高度或深度时，所述数据分析及机器控制设备驱动三维显微仪器；

所述三维显微仪器对所述被测件进行缺陷的高度和/或深度测定，并将测定的缺陷的高度和/或深度的三维数据传送到所述数据分析及机器控制设备；

所述数据分析及机器控制设备根据所述缺陷的高度和/或深度的三维数据，结合所述二维扫描的数据，对所述被测件进行光学缺陷检测。

2.根据权利要求1所述的光学缺陷检测方法，其特征在于，所述二维扫描相机对放置在承载台上的被测件表面进行扫描，具体为：

所述承载台下还设有旋转基座和XY基座，通过所述承载台带动所述被测件进行自转和/或升所述降，和/或所述旋转基座驱动所述承载台带动所述被测件进行旋转，和/或XY基座驱动所述承载台带动所述被测件进行X方向和Y方向上移动，所述二维扫描相机对放置在承载台上的被测件表面进行扫描。

3.根据权利要求1或2所述的光学缺陷检测方法，其特征在于，所述二维扫描相机对放置在承载台上的被测件进行扫描，并将二维扫描数据传送到数据分析及机器控制设备，具体为：

所述二维扫描相机对所述被测件的各表面进行扫描，并将各表面的二维扫描数据传送到数据分析及机器控制设备；或者，

所述二维扫描相机按照排列顺序对所述被测件的一表面进行扫描，将所述表面的二维扫描数据传送到数据分析及机器控制设备，如果所述数据分析及机器控制设备和/或所述三维显微仪器确定所述表面合格，则按照排列顺序对所述被测件的其他表面进行扫描，其中，所述排列顺序为所述被测件各表面的二维扫描时间从短到长的排列顺序。

4.根据权利要求1所述的光学缺陷检测方法，其特征在于，所述如果存在缺陷，并在需要测定缺陷的高度或深度时，所述数据分析及机器控制设备驱动三维显微仪器，具体为：

所述缺陷包括凹形、目测不良和/或凸起，如果存在缺陷，所述数据分析及机器控制设备确定缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积；

若所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积超出第一阈值，则所述数据分析及机器控制设备判断所述被测件不合格；

若所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积未超出第一阈值，则需要测定缺陷的高度或深度，所述数据分析及机器控制设备驱动三维显微仪器进行扫描。

5.根据权利要求4所述的光学缺陷检测方法，其特征在于，所述数据分析及机器控制设备根据所述缺陷的高度和/或深度的三维数据，并结合所述二维扫描的数据，对所述被测件进行光学缺陷检测，具体为：

如果所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积未超出第一阈值，且所述被测件缺陷的高度和/或深度大于设定的第二阀值，则所述数据分析及机器控制设备判断所述被测件不合格；

如果所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积未超出第一阈值，但被测件缺陷的高度和/或深度小于设定的第二阀值，则所述数据分析及机器控制设备判断所述被测件合格。

6.一种光学缺陷检测系统，其特征在于：包括承载台、旋转基座、XY基座、二维扫描相机、数据分析及机器控制设备和三维显微仪器，其中，

所述承载台，用于放置被测件并用于使所述被测物进行自转和/或升降；

所述旋转基座，用于旋转所述承载台；

所述XY基座，用于在X方向和Y方向上移动所述承载台；

所述二维扫描相机，用于扫描所述被测件，并将二维扫描的数据发送给所述数据分析及机器控制设备；

所述三维显微仪器，用于测定所述被测件缺陷的高度和/或深度，并将缺陷的高度和/或深度的三维数据发送给所述数据分析及机器控制设备；

所述数据分析及机器控制设备，用于根据所述二维扫描数据，判断所述被测件是否存在缺陷，如果存在缺陷，并在需要测定缺陷的高度或深度时，驱动所述三维显微仪器；还用于根据所述缺陷的高度和/或深度的三维数据，结合所述二维扫描的数据，对所述被测件进行光学缺陷检测；还用于控制系统各个部件并按照设定程序做出相应动作。

7.根据权利要求6所述的光学缺陷检测系统，其特征在于，所述旋转基座、所述XY基座和所述承载台分别具有马达，所述旋转基座由其马达驱动带动承载台进行旋转，所述XY基座由其马达驱动带动承载台进行在X方向和Y方向上的移动，所述承载台由其马达驱动使被测物进行自转和/或升降；

所述旋转基座的旋转、XY基座和承载台的移动是相对独立的。

8.根据权利要求6所述的光学缺陷检测系统，其特征在于，所述光学缺陷检测系统还包括加装内窥镜的二维扫描相机；

如果所述被测件具有中空结构，所述加装内窥镜的二维扫描相机用于对所述被测件的内表面进行二维扫描，并将扫描的数据发送给所述数据分析及机器控制设备。

9.根据权利要求8所述的光学缺陷检测系统，其特征在于，所述二维扫描相机和加装内窥镜的二维扫描相机采用线扫描相机或面阵相机，所述三维显微仪器采用激光或色散类型的共焦显微镜或者线激光扫描仪；

所述二维扫描相机、所述加装内窥镜的二维扫描相机和所述三维显微仪器固定安装在光学缺陷检测系统中。

10.根据权利要求9所述的光学缺陷检测系统，其特征在于，所述二维扫描相机，用于扫描所述被测件，并将二维扫描的数据发送给所述数据分析及机器控制设备，具体为：

通过所述承载台带动所述被测件进行自转和/或升所述降，和/或所述旋转基座驱动所述承载台带动所述被测件进行旋转，和/或XY基座驱动所述承载台带动所述被测件进行X方向和Y方向上移动，所述二维扫描相机对放置在承载台上的被测件表面进行扫描；

所述二维扫描相机对所述被测件的各表面进行扫描，并将各表面的二维扫描数据传送到数据分析及机器控制设备。

11.根据权利要求6所述的光学缺陷检测系统，其特征在于，所述数据分析及机器控制设备在如果存在缺陷，并在需要测定缺陷的高度或深度时，驱动三维显微仪器，具体为：

所述缺陷包括凹形、目测不良和/或凸起，如果存在缺陷，所述数据分析及机器控制设备确定缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积；

若所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积超出第一阈值，则所述数据分析及机器控制设备判断所述被测件不合格；

若所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积未超出第一阈值，则所述数据分析及机器控制设备驱动三维显微仪器进行扫描。

12.根据权利要求11所述的光学缺陷检测系统，其特征在于，所述数据分析及机器控制设备根据所述缺陷的高度和/或深度的三维数据，结合所述二维扫描的数据，对所述被测件进行光学缺陷检测，具体为：

如果所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积未超出第一阈值，且所述被测件缺陷的高度和/或深度大于设定的第二阀值，则所述数据分析及机器控制设备判断所述被测件不合格；

如果所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积未超出第一阈值，但被测件缺陷的高度和/或深度小于设定的第二阀值，则所述数据分析及机器控制设备判断所述被测件合格。

13.一种光学缺陷检测系统，其特征在于，包括：承载台、二维扫描相机、数据分析及机器控制设备和三维显微仪器，其中，

所述承载台，用于放置单个或多个被测件；

所述二维扫描相机，用于按照顺序对所述被测件的各表面进行分步扫描，并将分步扫描的二维扫描的数据发送给所述数据分析及机器控制设备；

所述三维显微仪器，用于测定所述被测件缺陷的高度和/或深度，并将缺陷的高度和/或深度的三维数据发送给所述数据分析及机器控制设备；

所述数据分析及机器控制设备，用于根据所述二维扫描数据，判断所述被测件是否存在缺陷，如果存在缺陷，并在需要测定缺陷的高度或深度时，驱动所述三维显微仪器；还用于根据所述缺陷的高度和/或深度的三维数据，结合所述二维扫描的数据，对所述被测件进行光学缺陷检测；还用于控制系统各个部件并按照设定程序做出相应动作。

14.根据权利要求13所述的光学缺陷检测系统，其特征在于，所述光学缺陷检测系统还包括加装内窥镜的二维扫描相机；

如果所述被测件具有中空结构，所述加装内窥镜的二维扫描相机用于对所述被测件的内表面进行二维扫描，并将扫描的数据发送给所述数据分析及机器控制设备。

15.根据权利要求14所述的光学缺陷检测系统，其特征在于，所述二维扫描相机和加装内窥镜的二维扫描相机通过分别扫描所述被测件的各表面，确定所述被测件的各表面的扫描时间，并将各表面的扫描时间从短到长的进行排列。

16.根据权利要求15所述的光学缺陷检测系统，其特征在于，所述二维扫描相机用于按照顺序对所述被测件的各表面进行分步扫描，并将分步扫描的二维扫描的数据发送给所述数据分析及机器控制设备，具体为：

所述二维扫描相机和加装内窥镜的二维扫描相机按照排列顺序对所述被测件的一表面进行扫描，将所述表面的二维扫描数据传送到数据分析及机器控制设备，如果所述数据分析及机器控制设备和/或所述三维显微仪器确定所述表面合格，则按照排列顺序对所述被测件的其他表面进行扫描。

17.根据权利要求13所述的光学缺陷检测系统，其特征在于，所述数据分析及机器控制设备在如果存在缺陷，并在需要测定缺陷的高度或深度时，驱动三维显微仪器，具体为：

所述缺陷包括凹形、目测不良和/或凸起，如果存在缺陷，所述数据分析及机器控制设备确定缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积；

若所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积超出第一阈值，则所述数据分析及机器控制设备判断所述被测件不合格；

若所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积未超出第一阈值，则所述数据分析及机器控制设备驱动三维显微仪器进行扫描。

18.根据权利要求17所述的光学缺陷检测系统，其特征在于，所述数据分析及机器控制设备根据所述缺陷的高度和/或深度的三维数据，结合所述二维扫描的数据，对所述被测件进行光学缺陷检测，具体为：

如果所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积未超出第一阈值，且所述被测件缺陷的高度和/或深度大于设定的第二阀值，则所述数据分析及机器控制设备判断所述被测件不合格；

如果所述被测件的缺陷类型、缺陷位置、缺陷个数和/或缺陷面积未超出第一阈值，但被测件缺陷的高度和/或深度小于设定的第二阀值，则所述数据分析及机器控制设备判断所述被测件合格。