CN113916854A - 一种辨别精密元件表面缺陷与灰尘的设备及方法 - Google Patents
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Abstract
为克服现有精密元件表面缺陷检测中存在的难以区分缺陷与灰尘，检测准确率低的问题，本发明提供了一种辨别精密元件表面缺陷与灰尘的设备，包括相机、第一光源和第二光源；相机用于精密元件的表面成像；第一光源朝向精密元件，第一光源用于照射精密元件以使精密元件上的缺陷以及灰尘散射形成的散射暗场图像；第二光源朝向精密元件，第二光源用于照射精密元件以使精密元件上的灰尘光致冷发光形成的荧光图像。本发明提供的设备，通过第一光源获取缺陷以及灰尘的散射暗场图像，通过第二光源获取灰尘的荧光图像，对比两次图像即可快速区分出灰尘和缺陷的信息，具有高效、快速检测缺陷的效果。
Description
技术领域
本发明属于精密元件检测技术领域，具体涉及一种辨别精密元件表面缺陷与灰尘的设备及方法。
背景技术
在高功率激光、微光学、超大集成规模电路等光学前沿的电子工业领域，对高表面质量的超光滑元件存在着广泛的需求。然而在生产这些精密元件的过程中不可避免的会对元件表面造成一定程度的缺陷，这些缺陷包括元件表面随机分布的划痕、麻点等。缺陷存在的主要危害是造成散射、能量吸收、激光损伤、衍射花纹、膜层破坏等，进而影响系统的性能和正常运行，因此对元件表面缺陷进行检测是必不可少的操作。然而元件在生产过程中即使在超净车间进行生产，仍难免会引入灰尘污染。现有技术中，对元件表面缺陷的检测方法通常包括以下几种：
1.由检测人员在暗场照明的环境下，使用放大镜或直接肉眼观察元件表面，根据所观测到的缺陷与缺陷标准版以及自身经验，来判定表面缺陷的种类、大小。该手段具有明显的主观性，且检测员的眼睛极易疲劳，长时间的工作也会对操作员的眼睛有所损伤，因此目检的检测效率低下，检测精度不稳定，检测结果浮动大。
2.使用机器通过视觉检测系统进行辨别，这些机器视觉一般采用散射暗场成像的手段来获取元件表面的成像，缺陷由于散射会在图像中表现为亮斑，使得其可通过算法此信息读取出来。但是，现有的检测技术对元件表面灰尘和真实缺陷区分相当困难，原因在于灰尘与真实缺陷的微观形貌及其相似，单一或少角度的散射成像图像，在最终图像中缺陷与灰尘均会表现为亮斑，且无语义区别，仅通过纹理信息的提取，无法区分两者，因此灰尘常常会被误判为真实缺陷。
为解决上述问题，也有采用先清洁表面灰尘再检测的技术，或者对检测环境的洁净度进行严格控制，所述措施均在一定程度上增加了检测时间和检测成本，并且对于小尺寸的灰尘无效，仍具有一定的误判率。
鉴于此，如何简单快速地辨别精密元件表面缺陷与灰尘，提高缺陷检测准确率成为了该领域的研究热点。
发明内容
针对现有精密元件表面缺陷检测中存在的难以区分缺陷与灰尘，检测准确率低的问题，本发明提供了一种辨别精密元件表面缺陷与灰尘的设备及方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
一方面，本发明提供了一种辨别精密元件表面缺陷与灰尘的设备，包括相机、第一光源和第二光源；
所述相机用于所述精密元件的表面成像；
所述第一光源朝向所述精密元件，所述第一光源用于照射所述精密元件以使所述精密元件上的缺陷以及灰尘散射形成的散射暗场图像；
所述第二光源朝向所述精密元件，所述第二光源用于照射所述精密元件以使所述精密元件上的灰尘光致冷发光形成的荧光图像。
可选的，所述第一光源为可见光光源；
所述第二光源为紫外光源，所述紫外光源的波长大于或等于280nm。
可选的，所述可见光光源的入射角度为30～60°。
可选的，所述紫外光源的入射角度为80～90°。
可选的，所述相机、所述第一光源以及所述第二光源均位于所述精密元件的同一侧。
可选的，还包括控制机构，所述控制机构控制所述第一光源、所述第二光源以及所述相机的开启与关闭；
所述控制机构对所述散射暗场图像以及所述荧光图像进行比对，剔除所述精密元件上的灰尘信息，留下缺陷信息。
可选的，还包括固定机构，所述固定机构用于固定所述精密元件以及所述第二光源。
可选的，所述精密元件为透明或半透明结构。
另一方面，本发明还提供了上述的设备辨别精密元件表面缺陷与灰尘的方法，包括以下步骤：
获取散射暗场图像：将精密元件置于固定机构上，开启第一光源，调节入射角度为30～60°，启动相机，拍摄第一光源下精密元件上缺陷及灰尘产生的散射暗场图像，关闭第一光源；
获取荧光图像：开启第二光源，调节入射角度为80～90°，启动相机，拍摄第二光源下精密元件上灰尘产生的荧光-散射暗场图像，关闭第二光源；
剔除灰尘信息：通过控制机构，比对第一光源下的散射暗场图像以及第二光源下的荧光-散射暗场图像，若所述散射暗场图像与所述荧光-散射暗场图像在相应位置均有光斑，则说明此光斑由灰尘产生，即可筛选出灰尘信息，留下缺陷信息。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明提供的设备，通过第一光源获取缺陷以及灰尘的散射暗场图像，再利用灰尘特有的物理化学性质，采用第二光源激发灰尘发生光致冷发光现象，形成仅具有灰尘信息的荧光图像，简单的对比两种光源下的图像差异，即可快速分辨出灰尘信息，获得真实缺陷的信息，降低了现有技术中易将灰尘误判为缺陷的概率，达到快速高效检测精密元件缺陷的目的。同时本申请的设备简单、不需要对精密元件进行清洗，减少作业时间，同时也减少了检测设备与精密元件的接触，降低损伤风险。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的辨别精密元件表面缺陷与灰尘的设备结构示意图；
图2是本发明一实施例中精密元件的散射暗场图像；
图3是本发明另一实施例中精密元件上缺陷的显微图像；
图4是图3中精密元件上缺陷的荧光图像；
图5是本发明另一实施例中精密元件上灰尘的显微图像；
图6是图5中精密元件上灰尘的荧光图像。
说明书附图中的附图标记如下：
1、相机；2、第一光源；3、第二光源；4、精密元件；5、固定机构；6、控制机构。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
请参照图1，本发明实施例提供了一种辨别精密元件表面缺陷与灰尘的设备，包括相机1、第一光源2和第二光源3；
所述相机1用于所述精密元件4的表面成像；
所述第一光源2朝向所述精密元件4，所述第一光源2用于照射所述精密元件4以使所述精密元件4上的缺陷以及灰尘散射形成的散射暗场图像；
所述第二光源3朝向所述精密元件4，所述第二光源3用于照射所述精密元件4以使所述精密元件4上的灰尘光致冷发光形成的荧光图像。
与现有技术相比，本发明提供的设备，通过第一光源2获取缺陷以及灰尘的散射暗场图像，再利用灰尘特有的物理化学性质，采用第二光源3激发灰尘发生光致冷发光现象，形成仅具有灰尘信息的荧光图像，简单的对比两种光源下的图像差异，即可快速分辨出灰尘信息，获得真实缺陷的信息，降低了现有技术中易将灰尘误判为缺陷的概率，达到快速高效检测精密元件缺陷的目的。同时本申请的设备简单、不需要对精密元件4进行清洗，减少作业时间，同时也减少了检测设备与精密元件4的接触，降低损伤风险。
在一些实施例中，所述第一光源2为可见光光源；
所述第二光源3为紫外光源，所述紫外光源的波长大于或等于280nm。
所述第一光源2用于使所述精密元件4上的缺陷以及灰尘均能产生暗场图像，由于精密元件4上的缺陷一般表现为划痕、麻点等表面不均匀结构，而灰尘通常为颗粒物，因此当可见光光源入射到精密元件4时，位于缺陷及灰尘处的可见光发生散射形成光斑，由此形成具有缺陷以及灰尘位置、大小信息的散射暗场图像。进一步的，优选相机1为工业相机，通过工业相机拍摄得到散射暗场图像，如图2所示，图中画圈的光斑的位置即为缺陷或者灰尘，本发明的第一光源2除采用可见光光源外，也可采用本领域其他常用光源，只要能使精密元件4产生包括缺陷及灰尘信息的散射暗场图像即可。
而灰尘通常是空气中各种物质的累加，包括人类的皮屑、动物的皮屑、昆虫残骸或植物残余等，实质上是包括蛋白质的一些小颗粒，由于蛋白质本征的物理特性，其能被280nm或更长波长的光源激发出光致冷发光现象，即形成荧光。因此本发明选用波长大于或等于280nm的紫外光源作为第二光源3，在该光源的照射下，能量巨大的紫外光可以激发灰尘中的蛋白质发出波长大于280nm的荧光，通常是可见光和近红外光，可被工业相机拍摄收集，请参照图5-图6，图5画圈的部分为显微镜拍摄到的灰尘图像，图6为第二光源3拍摄下的灰尘荧光图像，可以明显看到对应图5灰尘的位置产生了亮斑，对灰尘进行了精准定位。
由于缺陷只是精密元件4表面的一些不均一结构，与精密元件4的物理特性相同，同时缺陷并不具备如上所述的光致冷发光现象，如图3-图4所示，图3画圈的部分为显微镜拍摄到的缺陷图像，图4为第二光源3拍摄下的图像，可以看到图3中对应缺陷的位置没有产生光斑，即缺陷在第二光源3下不会产生图像，由此，仅需对比第一光源2形成的散射暗场图像以及第二光源3形成的荧光图像，两个图像中对应位置均出现光斑的地方即为灰尘所在处。即可将散射暗场图像中的灰尘信息剔除，留下真实缺陷的信息，具有快速高效检测缺陷的优点，精准排除了灰尘信息，减少了缺陷误判率。
在一些实施例中，所述可见光光源的入射角度为30～60°。
由于可见光光源的主要目的在于使精密元件4上的缺陷和灰尘都能形成散射暗场图像，请参照图1，其中α1表示的是第一光源2的入射角度，若入射角度α1＜30°，反射光则会进入系统参与成像，无法与缺陷或者灰尘产生的散射光分离，不能构成散射暗场成像条件，若入射角度α1＞60°，收集到的散射光减少，散射光强度随着入射角度增大而逐渐减弱，造成成像质量下降，因此将所述可见光光源的入射角度控制为30～60°，获得的散射暗场图像对比度较高有利后续对比分析。
在一些实施例中，所述紫外光源的入射角度为80～90°。
由于280nm的紫外光源也可作为一般光源，其发出的光线在碰到凸起的灰尘时也能发生散射，为使灰尘发生散射暗场成像，进一步提高灰尘定位的准确度，如图1所示，优选将所述第二光源3的入射角度α2控制在80～90°，在该角度范围内，既能保证灰尘在第二光源3的照射下同时发生光致冷发光现象和散射现象，从而形成荧光-散射暗场图像，并且避免了缺陷发生散射成像，提高了灰尘定位的准确度，进一步降低灰尘的误判率。
在一些实施例中，所述相机1、所述第一光源2以及所述第二光源3均位于所述精密元件4的同一侧。
将所述相机1、所述第一光源2以及所述第二光源3设置在所述精密元件4的同一侧，使得第一光源2和第二光源3产生的图像中同一灰尘的位置坐标相对应，便于后续筛选，提高检测速度，降低由于两次成像灰尘位置错位造成的误判率。
在一些实施例中，还包括控制机构6，所述控制机构6控制所述第一光源2、所述第二光源3以及所述相机1的开启与关闭；
所述控制机构6对所述散射暗场图像以及所述荧光图像进行比对，剔除所述精密元件4上的灰尘信息，留下缺陷信息。
为提高检测速度，采用控制机构6对所述第一光源2和所述第三光源3以及所述相机1的开启和关闭进行控制，减少操作时间，同时采用控制机构6对两次成像的图像进行对比分析，筛选灰尘信息，有利于提高分析准确度和效率，减少人为判断的主观性，适合工业化生产。
在一些实施例中，还包括固定机构5，所述固定机构5用于固定所述精密元件4以及所述第二光源3。
所述固定机构5主要用于固定精密元件4，为减少精密元件4与固定机构5的接触面积，如图1所示，所述精密元件4的端部架到所述固定机构5上，中部不与固定机构5接触，为中空的状态，一方面便于光线的射入和贯穿，另一方面减少精密元件4与设备的接触面积，降低损伤风险。
在一些实施例中，所述精密元件4为透明或半透明结构。
所述设备能够精确检测透明或半透明精密元件的表面缺陷。
另一方面，本发明还提供了上述设备辨别精密元件表面缺陷与灰尘的方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取散射暗场图像：将精密元件4固定于固定机构5上，开启第一光源2，调节入射角度为30～60°，启动相机1，拍摄第一光源2下精密元件4上缺陷及灰尘产生的散射暗场图像，关闭第一光源2；
获取荧光图像：开启第二光源3，调节入射角度为80～90°，启动相机1，拍摄第二光源3下精密元件4上灰尘产生的荧光-散射暗场图像，关闭第二光源3；
剔除灰尘信息：通过控制机构6，比对第一光源2下的散射暗场图像以及第二光源3下的荧光-散射暗场图像，若所述散射暗场图像与所述荧光-散射暗场图像在相应位置均有光斑，则说明此光斑由灰尘产生，即可筛选出灰尘信息，留下缺陷信息。
本发明提供的辨别精密元件表面缺陷与灰尘的方法，从两次拍摄获取散射暗场图像和荧光图像到最后算法提取缺陷信息，全程所需时间不超过2s，具有超快速检测的效果，同时利用灰尘特有的物理特性形成荧光图像来对比分析，筛选出真实的缺陷信息，相对于现有技术而言灰尘误判为缺陷的概率显著降低，同时不需要对精密元件进行清洁，对精密元件的表面缺陷检测具有高效、快速的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种辨别精密元件表面缺陷与灰尘的设备，其特征在于，包括相机、第一光源和第二光源；
所述相机用于所述精密元件的表面成像；
所述第一光源朝向所述精密元件，所述第一光源用于照射所述精密元件以使所述精密元件上的缺陷以及灰尘散射形成的散射暗场图像；
所述第二光源朝向所述精密元件，所述第二光源用于照射所述精密元件以使所述精密元件上的灰尘光致冷发光形成的荧光图像。
2.根据权利要求1所述的辨别精密元件表面缺陷与灰尘的设备，其特征在于，所述第一光源为可见光光源；
所述第二光源为紫外光源，所述紫外光源的波长大于或等于280nm。
3.根据权利要求2所述的辨别精密元件表面缺陷与灰尘的设备，其特征在于，所述可见光光源的入射角度为30～60°。
4.根据权利要求2所述的辨别精密元件表面缺陷与灰尘的设备，其特征在于，所述紫外光源的入射角度为80～90°。
5.根据权利要求1所述的辨别精密元件表面缺陷与灰尘的设备，其特征在于，所述相机、所述第一光源以及所述第二光源均位于所述精密元件的同一侧。
6.根据权利要求1所述的辨别精密元件表面缺陷与灰尘的设备，其特征在于，还包括控制机构，所述控制机构控制所述第一光源、所述第二光源以及所述相机的开启与关闭；
所述控制机构对所述散射暗场图像以及所述荧光图像进行比对，剔除所述精密元件上的灰尘信息，留下缺陷信息。
7.根据权利要求1所述的辨别精密元件表面缺陷与灰尘的设备，其特征在于，还包括固定机构，所述固定机构用于固定所述精密元件以及所述第二光源。
8.根据权利要求1所述的辨别精密元件表面缺陷与灰尘的设备，其特征在于，所述精密元件为透明或半透明结构。
9.一种使用如权利要求1-8任意一项所述的设备辨别精密元件表面缺陷与灰尘的方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取散射暗场图像：将精密元件置于固定机构上，开启第一光源，调节入射角度为30～60°，启动相机，拍摄第一光源下精密元件上缺陷及灰尘产生的散射暗场图像，关闭第一光源；
获取荧光图像：开启第二光源，调节入射角度为80～90°，启动相机，拍摄第二光源下精密元件上灰尘产生的荧光-散射暗场图像，关闭第二光源；
剔除灰尘信息：通过控制机构，比对第一光源下的散射暗场图像以及第二光源下的荧光-散射暗场图像，若所述散射暗场图像与所述荧光-散射暗场图像在相应位置均有光斑，则说明此光斑由灰尘产生，即可筛选出灰尘信息，留下缺陷信息。
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