CN109884082B - 一种光滑表面缺陷的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光滑表面缺陷的检测方法为在待测元件表面进行明场局部暗场照射；当明场照射时，利用相机获取待测元件表面的明场图像；当局部暗场照射时，利用相机获取待测元件表面暗场部分的图像，并通过旋转待测元件获取待测元件整个表面的暗场图像，明场图像或暗场图像上的斑点则为待测元件表面的缺陷，通过测量斑点大小获得缺陷的等级。本发明适用于球面、非球面、透明和非透明光滑表面缺陷的检测，适应性好；检测装置结构简单，对相机的像素要求低，成本低，检测精度高，进一步，还可同时实现对待测元件上下表面的检测，检测效率高。

Description

一种光滑表面缺陷的检测方法

技术领域

本发明涉及一种光滑表面缺陷的检测方法，属于表面检测领域。

背景技术

光滑表面特别是光学级别的光滑表面，例如玻璃、塑料、硅、锗、硒化锌、硫化锌、宝石、金属等要求比较高的光学级表面，对表面划痕和痳点等缺陷容忍度极低，有些划痕的宽度要求小至微米量级，有些痳点的大小要求也小至2.5微米量级。

然而，由于现代加工技术的限制，表面光滑的元件表面在加工过程中不可避免的会留下各类缺陷，如麻点、划痕、开口气泡及破边等，进而影响使用质量。

传统上元件表面的缺陷是由人工检测的。目前虽然也有关于表面缺陷检测装置的相关报到，但限于装置结构复杂、对相机等零部件的要求高、成本高、适应性差、检测精度低等原因，尚没有得到大面积的推广。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种光滑表面缺陷的检测方法，适用于球面和非球面光滑表面缺陷的检测，被测光滑表面可以是透明的，也可以是不透明的，适应性好；检测装置结构简单，对相机的像素要求低，成本低，检测精度高，适于推广。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种光滑表面缺陷的检测方法，在待测元件表面进行明场照射或局部暗场照射；当对待测元件表面进行明场照射时，利用相机获取待测元件表面的明场图像，明场图像上的斑点则为待测元件表面的缺陷；当对待测元件进行局部暗场照射时，局部暗场中暗场和明场的分界线过待测元件的中心或者暗场和明场的分界线为直线、且暗场的面积不小于明场的面积，利用相机获取待测元件表面暗场部分的图像，并通过旋转待测元件获取待测元件整个表面的暗场图像，暗场图像上的斑点则为待测元件表面的缺陷，通过测量斑点大小获得缺陷的等级。

上述方法适用于球面和非球面光滑表面缺陷的检测，被测光滑表面可以是透明的，也可以是不透明的。明场图像指由相机获取的明场照射下的图像。局部暗场照射指仅对待测元件表面的部分进行明场照射，局部暗场照射是由明场和暗场两部分组成的，而在明场和暗场之间是有分界线的。

明场图像或暗场图像经计算机处理后，获取表面的疵病特征，完成判级。计算机获取明场图像或暗场图像的方法及缺陷的识别和判级，参照现有技术即可。

当相机的图像分辨率能够达到划痕和痳点尺寸的大小时，利用明场图像进行直接的物理尺寸测量即可，当相机的图像分辨率不足于直接测量缺陷的尺寸时，则可选用局部暗场照射测量。申请人经研究发现，利用局部暗场照射的方法，能一次获得均匀图像，效果显著优于明场照射等方法所获取的图像，在相机分辨率不足于直接测量缺陷的尺寸时，局部暗场照射测量是一个很好的方法。

上述方法简单、易操作，且对相机要求不高，所得图像均匀性好、无干扰，能实现待测元件表面缺陷的准确检测，且提高了检测效率。

本申请对实现局部暗场照射的光源数量没有限制，可是单个，也可以是多个。本申请光源的位置不限只要能满足本申请特定的明场照射或局部暗场照射即可。

为了实现更高精度的检测，优选，在待测元件表面进行局部暗场照射。

本申请局部暗场照射可利用下述任何一种方法实现：1)利用线激光照射获得：将线激光打在待测元件的表面，线激光过待测元件表面中心、且将待测元件表面分为两半部分，待测元件表面落有线激光的部分的图像呈现出亮场效果，其余部分呈现出暗场效果；2)利用水平光侧面照射获得：利用平行于待测元件表面的水平光侧面照射待测元件，迎光面上因为光反射的缘故，会导致整个画面呈现出“阴阳脸”的效果，迎光一侧的待测元件在图像中呈现出亮场效果，而背光一侧的待测元件在图像中呈现出暗场效果，通过调整光源的强度和数量，确保暗场的面积不小于明场的面积；3)利用斜射光照射获得：利用与待测元件表面夹角不为零的斜射光照射待测元件，使斜射光仅照射到待测元件的部分表面，被斜射光照射到的待测元件的表面在图像中呈现出亮场效果，而没有被斜射光照射到的待测元件的表面在图像中呈现出暗场效果，通过调整斜射光的照射角度、位置和强度，使暗场和明场的分界线为直线、且暗场的面积不小于明场的面积；4)利用结构光照射获得：利用结构光照射待测元件表面，使待测元件表面的暗场和明场的分界线为以待测元件表面中心为交点的两条相交的直线。

水平光为与待测元件表面平行的光；斜射光指与待测元件表面夹角不为零的光；结构光为多种光线的结合。

为了进一步提高检测精度，当利用线激光照射获得局部暗场时，利用两个相对设置的斜视相机分别获取线激光两边的待测元件的斜视暗场图像，斜视暗场图像通过坐标变换投影为正视暗场图像，并通过旋转待测元件获取待测元件整个表面的暗场图像；当利用水平光侧面照射获得局部暗场，或利用斜射光照射获得局部暗场，或利用结构光照射获得局部暗场时，利用正视相机获取待测元件表面暗场部分的图像，并通过旋转待测元件获取待测元件整个表面的暗场图像；斜视相机的镜头和待测元件表面中心的连线与竖直面的夹角为0-45°(不包括0°)，斜视相机获取的暗场图像为斜视暗场图像；正视暗场图像指在待测元件表面正对面拍摄所获取的暗场图像或由正视相机拍摄获取的图像，简称暗场图像；正视相机指设在待测元件表面正对面的相机，正视相机的镜头和待测元件表面中心的连线与竖直面的夹角为0°。

为了提高检测准确性，同时还适用于不透明元件的双面检测，分别对待测元件的上、下表面进行明场照射或局部暗场照射，通过位于待测元件上表面一侧的相机获得上表面的明场图像或暗场图像，通过位于待测元件下表面一侧的相机获得下表面的明场图像或暗场图像。在待测元件上下表面的两侧分别设置相机，可以更准确地区分出缺陷是在上表面还是在下表面。

为了提高检测准确性，当对元件进行明场照射时，待测元件表面被光场全部照亮，利用正视相机对待测元件表面进行拍摄，获取正视图像；利用斜视相机对被待测元件进行斜视拍摄，获取斜视图像，将斜视图像通过坐标变换投影为正视图像，通过比较正视相机获得的正视视图像和由斜视图像经过坐标变换获得的正视图像，获取待测元件的表面缺陷图。从而获取待测元件表面的划痕等级、痳点等级。斜视相机的镜头和待测元件表面中心的连线与竖直面的夹角为0-45°(不包括0°)，斜视相机获取的明场图像为斜视图像；正视图像指在待测元件表面正对面拍摄所获取的图像或由正视相机拍摄获取的图像；正视相机指设在待测元件表面正对面的相机，正视相机的镜头和待测元件表面中心的连线与竖直面的夹角为0°。

当需要批量检测时，将所有待测元件排列在样品架上，通过对样品架的移动和旋转，完成待测元件的批量检测。

进一步优选，当需要批量检测时，将所有待测元件呈矩阵阵列排列在样品架上，通过样品架的X向、Y向移动和沿垂直轴Z轴旋转，完成待测元件的批量检测。

样品架上设有两个以上呈矩阵排列的支撑圈，支撑圈均为轴向中空结构。检测时，每个支撑圈上放置一个待测样品，支撑圈轴向中空结构的设计可实现待测样品上下表面的检测。

样品架通过XY移动机构实现X向、Y向移动，通过周向旋转机构完成沿垂直轴Z轴旋转。周向旋转机构指能带动样品架实现周向旋转的机构，利用具有此功能的现有设备即可。

一种光滑表面缺陷的检测装置，包括支架、样品架、上相机、下相机和光源，样品架、上相机、下相机和光源分别安装在支架上，上相机位于样品架的上方，下相机位于样品架的下方，样品架上设有轴向中空的支撑圈，光源照射在样品架上的待测元件上形成明场或局部暗场。

使用时，将待测元件装在样品架的支撑圈上，待测元件的上表面在上、下表面在下，支撑圈轴向中空结构的设计是为了能同时获得待测元件上下表面的明场或局部暗场图像；上相机用于获取上表面的图像，下相机用于获取下表面的图像，从而同时完成上下表面的缺陷检测；光源的数量、位置和类型等没有限制，只要照射在样品架上的待测元件上形成所需的明场或局部暗场即可。

本申请上下、左右、顶部、底部等方位词，均指检测装置正常使用的相对位置。

当然上述装置在使用时，可利用计算机获取并处理上相机和下相机所得到的图像，同时完成缺陷的判级，具体的方法参照现有技术即可。

为了方便待测元件的旋转，光滑表面缺陷的检测装置还包括旋转机构，旋转机构安装在支架上，样品架安装在旋转机构上。实现待测元件360°的检测。

为了方便待测元件的批量检测，光滑表面缺陷的检测装置还包括XY移动机构，XY移动机构安装在支架上，旋转机构安装在XY移动机构上，样品架安装在旋转机构上；样品架上设有两个以上呈矩阵排列的支撑圈，支撑圈均为轴向中空结构。使用时，每个支撑圈上装一个待测元件，实现待测元件上下表面的检测和批量检测。在XY移动机构和旋转机构的带动下，可以实现待测元件X向、Y向移动和沿垂直轴(Z轴)旋转，以便完成样品的批量检测。

进一步，结合现有技术可通过计算机和现有的控制系统控制检测时XY移动机构的自动位移和旋转机构的自动旋转。

XY移动机构可直接购买现有的XY轴移动平台，或参照申请号为201510493683.3、201721884617.X、201620252894.8或201520606427.6等的原理实现。旋转机构(周向旋转机构)可直接购买现有的旋转机构，或参照申请号为201510024700.9、201711199436.8等的原理实现。

为了提高检测准确性，同时还适用于不透明元件的双面检测，光源包括上光源和下光源，上光源用于待测元件上表面明场或局部暗场的形成，下光源用于待测元件下表面明场或局部暗场的形成。

为了方便成像，上相机位于上光源的上方，下相机位于下光源的下方。当然上相机位于上光源的下方也是允许的，下相机位于下光源的上方也是允许的，只要等形成符合要求的局部的暗场即可。

为了提高装置的适应性，上相机包括上正视相机，或者上相机包括上正视相机和上斜视相机，上正视相机的镜头和待测元件上表面中心的连线与竖直面的夹角为0°，上斜视相机的镜头和待测元件上表面中心的连线与竖直面的夹角为0-45°(不包括0°)；下相机包括下正视相机，或者下相机包括下正视相机和下斜视相机，下正视相机的镜头和待测元件下表面中心的连线与竖直面的夹角为0°，下斜视相机的镜头和待测元件下表面中心的连线与竖直面的夹角为0-45°(不包括0°)。

作为一种实现方式，支架包括一根立柱，XY移动机构、上相机、下相机和光源均分别通过连接件安装在同一根立柱上。

作为另一种实现方式，支架包括两根立柱，分别为第一立柱和第二立柱，XY移动机构和光源均分别通过连接件安装在第一立柱上，上相机和下相机均分别通过连接件安装在第二立柱上。这样能避免各部件之间的相互影响。

作为另一种实现方式，支架包括三根立柱，分别为第一立柱、第二立柱和第三立柱，XY移动机构通过连接件安装在第一立柱上，光源通过连接件安装在第二立柱上，上相机和下相机均分别通过连接件安装在第三立柱上。这样能更好地避免各部件之间的相互影响。

在被检测元件尺寸较小，相机和镜头的分别率能够分辨缺陷的最小尺寸要求时，明场直接测量是最直接的办法；当被检测元件较大，而相机和镜头的分别率不足于分辨缺陷的最小尺寸时，采用局部暗场的方法，申请人经研究发现，当相机的分辨率为13.7微米时，暗场图像仍然能够捕捉到线度小于1微米的划痕。

本发明未提及的技术均参照现有技术。

本发明光滑表面缺陷的检测方法，适用于球面和非球面光滑表面缺陷的检测，被测光滑表面可以是透明的，也可以是不透明的，适应性好；检测装置结构简单，对相机的像素要求低，成本低，检测精度高，进一步，还可同时实现对待测元件上下表面的检测，检测效率高，适于推广。

附图说明

图1为实施例1中明场条件下的透镜表面缺陷的检测；

图2为实施例2中利用线激光照明的局部暗场的缺陷检测；

图3为实施例2中获得的暗场图像；

图4为实施例3中利用水平光照明的局部暗场的缺陷检测；

图5为实施例4中利用利用斜向下的小角度斜射光照明的局部暗场的缺陷检测；

图6为实施例5中利用利用斜向上的小角度斜射光照明的局部暗场的缺陷检测；

图7为实施例6中利用利用斜向上的大角度斜射光照明的局部暗场的缺陷检测；

图8为实施例7中利用结构光照明的局部暗场的缺陷检测；

图9为实施例8中光滑表面缺陷的检测装置的结构简图；

图中，1，坐标系示意图；2，被检测透镜；3，正视相机；4，斜视相机；1021，顶视图像一；1031，斜视图像；1032，顶视图像二；5，第一斜视相机；6第二斜视相机；7，线激光；2021，第一斜视暗场图像；2022，第一正视暗场图像；2031，第二斜视暗场图像；2032，第二正视暗场图像；8，水平光照；9，迎光面反光形成明场；10，暗场；11，明场；12，斜向下的小角度斜射光照；13，斜向上的小角度斜射光照；14，斜向上的大角度斜射光照；15，支架；16，样品架；17，上相机；18，下相机；19，上光源；20，下光源；21，立柱；22，连接件。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

一种光滑表面缺陷的检测方法，在待测元件表面进行明场照射；利用相机获取待测元件表面的明场图像，明场图像上的斑点则为待测元件表面的缺陷；通过测量斑点大小获得缺陷的等级。

上述方法适用于球面和非球面光滑表面缺陷的检测，被测光滑表面可以是透明的，也可以是不透明的。

对于小尺寸镜片，比如直径小于1英寸的镜片，特别是直径小于5毫米的手机照相镜片，在相机的图像分别率能够达到表面缺陷(划痕和痳点等)尺寸的大小时，直接的物理尺寸测量就成为可能。本实施例采用双镜头明场照明的检测方法，见图1，在明场照明的条件下，被检测透镜2被光场充分照亮，正视相机3对被检测透镜2进行拍摄，获取顶视图像一1021；斜视相机4则在30°的倾斜角度(也可再0-45°之间取不为零的其它值，倾斜角度为斜视相机的镜头和待测元件表面中心的连线与竖直面的夹角)对被检测透镜2进行拍摄，获取斜视图像1031，将斜视图像1031通过坐标变换投影为顶视图像二1032，通过比较正视相机3拍摄的顶视图像一1021和由斜视相机图像1031经过坐标变换获得的顶视图像二1032，获取被检测透镜2的上表面缺陷图，从而获取被检测透镜2上表面的划痕等级、痳点等级。按照前述相同的方法同时或先后获得下表面的缺陷等级。正视相机指设在待测元件表面正对面的相机，正视相机的镜头和待测元件表面中心的连线与竖直面的夹角为0°。

实施例2

一种光滑表面缺陷的检测方法，在待测元件表面进行局部暗场照射；局部暗场中暗场和明场的分界线过待测元件的中心或者暗场和明场的分界线为直线、且暗场的面积不小于明场的面积，利用相机获取待测元件表面暗场部分的图像，并通过旋转待测元件获取待测元件整个表面的暗场图像，暗场图像上的斑点则为待测元件表面的缺陷，通过测量斑点大小获得缺陷的等级。

上述方法适用于球面和非球面光滑表面缺陷的检测，被测光滑表面可以是透明的，也可以是不透明的。当相机的图像分辨率不足于直接测量缺陷的尺寸时，则可选用局部暗场照射测量。申请人经研究发现，利用局部暗场照射的方法，能一次获得均匀图像，效果显著优于明场照射等方法所获取的图像，在相机分辨率不足于直接测量缺陷的尺寸时，局部暗场照射测量是一个很好的方法。

上述方法简单、易操作，且对相机要求不高，所得图像均匀性好、无干扰，能实现待测元件表面缺陷的准确检测，且提高了检测效率。

本实施例中局部暗场照射利用线激光照射获得：如图2所示，被检测透镜2在直径处被线激光7从上表面垂直照明，第一斜视相机5和第二斜视相机6分别在被检测透镜2直径两侧25°的倾斜角度(也可再0-45°之间取不为零的其它值，第一斜视相机5和第二斜视相机6相对设置)分别获取第一斜视暗场图像2021和第二斜视暗场图像2031，将第一斜视暗场图像2021通过坐标变换投影为第一正视暗场图像2022，将第二斜视暗场图像2031通过坐标变换投影为第二正视暗场图像2032。通过比较经变换获得的第一正视暗场图像2022和经过坐标变换获得的第二正视暗场图像2032，获取被检测透镜2的上表面缺陷图，从而获取被检测透镜2上表面的划痕等级、痳点等级。被检测透镜2进行360度旋转，从而获得整个被检测透镜2上表面的缺陷图像，实现对整个被检测透镜2上表面的缺陷判级。如图3所示，图中的亮斑为被检测透镜2上表面缺陷，清晰度非常高。按照前述相同的方法同时或先后获得下表面的缺陷等级。

实施例3

与实施例2基本相同，所不同的是：本实施例中局部暗场照射利用水平光侧面照射获得：如图4所示，被检测透镜2被其侧面的水平光照8所照明，当正视相机3对被检测透镜2照相时，被检测透镜2的迎光面上因为光反射的缘故，会导致整个画面呈现出“阴阳脸”的效果，迎光面在图像中呈现出亮场效果(迎光面形成的明场11)，而背光面则在图像中呈现出暗场效果(背光面形成的暗场10)，将被检测透镜2旋转360度，从而获得整个被检测透镜2上表面的缺陷图像，实现对整个被检测透镜2上表面的缺陷判级。按照前述相同的方法同时或先后获得下表面的缺陷等级。

实施例4

与实施例2基本相同，所不同的是：本实施例中检测被检测透镜2上表面的缺陷时，局部暗场照射利用斜向下的小角度斜射光照(光照方向与被检测透镜上表面的夹角为6°)射获得：如图5所示，被检测透镜2斜向下的小角度斜射光照12所照明，当正视相机3对被检测透镜2照相时，迎光面上因为光反射的缘故，会导致整个画面呈现出“阴阳脸”的效果，迎光面在图像中呈现出亮场效果(明场11)，而背光面则在图像中呈现出暗场效果(暗场10)。将被检测透镜2旋转360度，从而获得整个被检测透镜2上表面的缺陷图像，实现对整个被检测透镜2上表面的缺陷判级。按照前述相同的方法同时或先后获得下表面的缺陷等级。

实施例5

与实施例2基本相同，所不同的是：本实施例中检测被检测透镜2上表面的缺陷时，局部暗场照射利用斜向上的小角度斜射光照(光照方向与被检测透镜上表面的夹角为6°)射获得：如图6所示，被检测透镜2被斜上的小角度斜射光照13所照明，当正视相机3对被检测透镜2照相时，迎光面上因为光反射的缘故，会导致整个画面呈现出“阴阳脸”的效果，迎光面在图像中呈现出亮场效果(明场11)，而背光面则在图像中呈现出暗场效果(暗场10)。将被检测透镜2旋转360度，从而获得整个被检测透镜2上表面的缺陷图像，实现对整个被检测透镜2上表面的缺陷判级。按照前述相同的方法同时或先后获得下表面的缺陷等级。

实施例6

与实施例2基本相同，所不同的是：本实施例中检测被检测透镜2上表面的缺陷时，局部暗场照射利用斜向上的大角度斜射光照(光照方向与被检测透镜上表面的夹角为75°)射获得：如图7所示，被检测透镜2被斜向上的大角度斜射光照14所照明，当正视相机3对被检测透镜2照相时，因为光反射或光散射的缘故，会导致整个画面呈现出“阴阳脸”的效果，被照亮面在图像中呈现出亮场效果(明场11)，而未照亮面则在图像中呈现出暗场效果(暗场10)。将被检测透镜2旋转360度，从而获得整个被检测透镜2上表面的缺陷图像，实现对整个被检测透镜2上表面的缺陷判级。按照前述相同的方法同时或先后获得下表面的缺陷等级。光照方向与被检测透镜上表面的夹角≥45°的为大角度斜射光照，＜45°的为小角度斜射光照。

实施例7

与实施例2基本相同，所不同的是：本实施例中局部暗场照射用结构光照射获得：利用结构光照射被检测透镜2表面，使被检测透镜2的暗场和明场的分界线为以待测元件表面中心为交点的两条相交的直线，如图8所示，图a为在结构光照明下形成的效果一，θ为90°，图中的θ可以是0-360度之间的任意值(不取0°和360°)；图b为在结构光照明下形成的效果二，θ为270°。通过旋转被检测透镜，可以获取整个透镜表面的全部暗场图像或者全部亮场图像，从而获取缺陷的信息，进一步实现自动判级。按照前述相同的方法同时或先后获得下表面的缺陷等级。

上述各例中，可分别对被检测透镜2的上、下表面进行明场照射或局部暗场照射，通过位于待测元件上表面一侧的相机获得上表面的明场图像或暗场图像，通过位于待测元件下表面一侧的相机获得下表面的明场图像或暗场图像。在被检测透镜2上下表面的两侧分别设置相机，可以更准确地区分出缺陷是在上表面还是在下表面。明场图像或暗场图像经计算机处理后，获取表面的疵病特征，完成判级。计算机获取明场图像或暗场图像的方法及缺陷的识别和判级，参照现有技术即可。

实施例8

如图9所示，一种光滑表面缺陷的检测装置，包括支架、样品架、上相机、下相机和光源，支架包括一根立柱，样品架、上相机、下相机和光源分别通过各自的连接件安装在同一根立柱上，上相机位于样品架的上方，下相机位于样品架的下方，样品架上设有轴向中空的支撑圈，光源照射在样品架上的待测元件上形成明场或局部暗场，光源的具体设置参见实施例1-7，可根据具体需要任意选择。

使用时，将待测元件装在样品架的支撑圈上，待测元件的上表面在上、下表面在下，支撑圈轴向中空结构的设计是为了能同时获得待测元件上下表面的明场或局部暗场图像；上相机用于获取上表面的图像，下相机用于获取下表面的图像，从而同时完成上下表面的缺陷检测。当然上述装置在使用时，可利用计算机获取并处理上相机和下相机所得到的图像，同时完成缺陷的判级，具体的方法参照现有技术即可。

为了提高检测准确性，同时还适用于不透明元件的双面检测，光源包括上光源和下光源，上光源用于待测元件上表面明场或局部暗场的形成，下光源用于待测元件下表面明场或局部暗场的形成。为了方便成像，上相机位于上光源的上方，下相机位于下光源的下方。当然上相机位于上光源的下方也是允许的，下相机位于下光源的上方也是允许的，只要等形成符合要求的局部的暗场即可。

实施例9

在实施例8的基础上，进一步作了如下改进：为了方便待测元件的旋转，光滑表面缺陷的检测装置还包括旋转机构，旋转机构安装在支架上，样品架安装在旋转机构上。实现待测元件360°的检测。

为了提高装置的适应性，上相机包括上正视相机，或者上相机包括上正视相机和上斜视相机，上正视相机镜头和待测元件上表面中心的连线与竖直面的夹角为0°，上斜视相机镜头和待测元件上表面中心的连线与竖直面的夹角为0-45°(不包括0°，申请人在具体的实践中分别选择了15°、25°、30°等)；下相机包括下正视相机，或者下相机包括下正视相机和下斜视相机，下正视相机镜头和待测元件下表面中心的连线与竖直面的夹角为0°，下斜视相机镜头和待测元件下表面中心的连线与竖直面的夹角为0-45°(不包括0°，申请人在具体的实践中分别选择了15°、25°、30°等)。

实施例10

在实施例9的基础上，进一步作了如下改进：为了方便待测元件的批量检测，光滑表面缺陷的检测装置还包括XY移动机构，XY移动机构安装在支架上，旋转机构安装在XY移动机构上，样品架安装在旋转机构上；样品架上设有两个以上呈矩阵排列的支撑圈，支撑圈均为轴向中空结构。比如，为了简化结构，同时提高检测的稳定性，支撑圈内侧壁顶部呈一阶台阶状，只要将待测元件的边缘放置在支撑圈内侧壁顶部的一阶台阶上，即可实现上下表面的检测。使用时，每个支撑圈上装一个待测元件，实现待测元件上下表面的检测和批量检测。在XY移动机构和旋转机构的带动下，可以实现待测元件X向、Y向移动和沿垂直轴(Z轴)旋转，以便完成样品的批量检测。

支架包括两根立柱，分别为第一立柱和第二立柱，XY移动机构和光源均分别通过连接件安装在第一立柱上，上相机和下相机均分别通过连接件安装在第二立柱上。这样能避免各部件之间的相互影响。

结合现有技术可通过计算机和现有的控制系统控制检测时XY移动机构的自动位移和旋转机构的自动旋转。

实施例11

在实施例10的基础上，进一步作了如下改进：支架包括三根立柱，分别为第一立柱、第二立柱和第三立柱，XY移动机构通过连接件安装在第一立柱上，光源通过连接件安装在第二立柱上，上相机和下相机均分别通过连接件安装在第三立柱上。这样能更好地避免各部件之间的相互影响。

在被检测元件尺寸较小，相机和镜头的分别率能够分辨缺陷的最小尺寸要求时，明场直接测量是最直接的办法；当被检测元件较大，而相机和镜头的分别率不足于分辨缺陷的最小尺寸时，采用局部暗场的方法，经实践验证，在实施例2-7中，当相机的分辨率为13.7微米时，暗场图像仍然能够捕捉到线度小于1微米的划痕，检测精度达到亚微米量级甚至纳米级。上述光滑表面缺陷的检测方法，适用于球面和非球面光滑表面缺陷的检测，被测光滑表面可以是透明的，也可以是不透明的，适应性好；检测装置结构简单，对相机的像素要求低，成本低，检测精度高，进一步，还可同时实现对待测元件上下表面的检测，检测效率高，适于推广。

Claims (9)

1.一种光滑表面缺陷的检测方法，其特征在于：在待测元件表面进行明场照射或局部暗场照射；当对待测元件表面进行明场照射时，利用相机获取待测元件表面的明场图像，明场图像上的斑点则为待测元件表面的缺陷；当对待测元件进行局部暗场照射时，局部暗场中暗场和明场的分界线过待测元件的中心或者暗场和明场的分界线为直线、且暗场的面积不小于明场的面积，利用相机获取待测元件表面暗场部分的图像，并通过旋转待测元件获取待测元件整个表面的暗场图像，暗场图像上的斑点则为待测元件表面的缺陷，通过测量斑点大小获得缺陷的等级。

2.如权利要求1所述的光滑表面缺陷的检测方法，其特征在于：在待测元件表面进行局部暗场照射。

3.如权利要求2所述的光滑表面缺陷的检测方法，其特征在于：局部暗场照射可利用下述任何一种方法实现：1)利用线激光照射获得：将线激光打在待测元件的表面，线激光过待测元件表面中心、且将待测元件表面分为两半部分，待测元件表面落有线激光的部分的图像呈现出亮场效果，其余部分呈现出暗场效果；2)利用水平光侧面照射获得：利用平行于待测元件表面的水平光侧面照射待测元件，迎光一侧的待测元件在图像中呈现出亮场效果，而背光一侧的待测元件在图像中呈现出暗场效果，通过调整光源的强度和数量，确保暗场的面积不小于明场的面积；3)利用斜射光照射获得：利用与待测元件表面夹角不为零的斜射光照射待测元件，使斜射光仅照射到待测元件的部分表面，被斜射光照射到的待测元件的表面在图像中呈现出亮场效果，而没有被斜射光照射到的待测元件的表面在图像中呈现出暗场效果，通过调整斜射光的照射角度、位置和强度，使暗场和明场的分界线为直线、且暗场的面积不小于明场的面积；4)利用结构光照射获得：利用结构光照射待测元件表面，使待测元件表面的暗场和明场的分界线为以待测元件表面中心为交点的两条相交的直线。

4.如权利要求3所述的光滑表面缺陷的检测方法，其特征在于：当利用线激光照射获得局部暗场时，利用两个相对设置的斜视相机分别获取线激光两边的待测元件的斜视暗场图像，斜视暗场图像通过坐标变换投影为正视暗场图像，并通过旋转待测元件获取待测元件整个表面的正视暗场图像；当利用水平光侧面照射获得局部暗场，或利用斜射光照射获得局部暗场，或利用结构光照射获得局部暗场时，利用正视相机获取待测元件表面暗场部分的图像，并通过旋转待测元件获取待测元件整个表面的暗场图像；斜视相机的镜头和待测元件表面中心的连线与竖直面的夹角为0-45°、但不能为0°，斜视相机获取的暗场图像为斜视暗场图像；正视暗场图像指在待测元件表面正对面拍摄所获取的暗场图像或由正视相机拍摄获取的图像，简称暗场图像；正视相机指设在待测元件表面正对面的相机，正视相机的镜头和待测元件表面中心的连线与竖直面的夹角为0°。

5.如权利要求1所述的光滑表面缺陷的检测方法，其特征在于：当对元件进行明场照射时，待测元件表面被光场全部照亮，利用正视相机对待测元件表面进行拍摄，获取正视图像；利用斜视相机对被待测元件进行斜视拍摄，获取斜视图像，将斜视图像通过坐标变换投影为正视图像，通过比较正视相机获得的正视视图像和由斜视图像经过坐标变换获得的正视图像，获取待测元件的表面缺陷图。

6.如权利要求1-5任意一项所述的光滑表面缺陷的检测方法，其特征在于：分别对待测元件的上、下表面进行明场照射或局部暗场照射，通过位于待测元件上表面一侧的相机获得上表面的明场图像或暗场图像，通过位于待测元件下表面一侧的相机获得下表面的明场图像或暗场图像。

7.如权利要求1-5任意一项所述的光滑表面缺陷的检测方法，其特征在于：当需要批量检测时，将所有待测元件呈矩阵阵列排列在样品架上，通过样品架的X向、Y向移动和沿垂直轴Z轴旋转，完成待测元件的批量检测。

8.如权利要求7所述的光滑表面缺陷的检测方法，其特征在于：样品架上设有两个以上呈矩阵排列的支撑圈，支撑圈均为轴向中空结构。

9.如权利要求7所述的光滑表面缺陷的检测方法，其特征在于：样品架通过XY移动机构实现X向、Y向移动，通过周向旋转机构完成沿垂直轴Z轴旋转。

Images