CN114047190A - 一种表面缺陷的检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种表面缺陷的检测装置及检测方法，通过扫描运动台带动待测物沿检测方向运动，光束出射模块向待检测物提供入射偏振光束，光束调节模块调整入射偏振光束到达检测物的表面同时将待测物表面反射的反射偏光束传播至检偏模块，检偏模块包括多个偏振方向不同的检偏器，不同检偏器将处于不同位置的待测物表面反射的反射偏振光束转换为偏振方向不同的检测偏振光束，探测模块接收各检偏器转换的检测偏振光束，并根据各检测偏振光束生成与各检偏器一一对应的偏振图像，根据各偏振图像确定待测物表面的缺陷信息，该装置结构简单、成本低，检测时间短，待测物表面形貌信息采集全面，可以有效提高生产流水线上的检测效率和缺陷检测准确度。

Description

一种表面缺陷的检测装置及检测方法

技术领域

本发明实施例涉及半导体检测技术领域，尤其涉及一种表面缺陷的检测装置及检测方法。

背景技术

随着工业自动化、智能化的深入及普及，使用自动光学检测设备(Auto OpticalInspection，AOI)替代传统的人工目检，已成为技术发展趋势。AOI设备凭借其快速、精确的缺陷识别定位能力，在汽车、医药、交通、半导体等领域广泛使用。

通常AOI设备检测过程中，需要将待测面调节到最佳焦面，以获得清晰的图片，便于识别待测表面的缺陷。在目前的机器视觉应用中，有很多检测对象物体的表面会发出杂乱的眩光(如抛光金属表面、烟盒、晶片等)，这会严重影响成像质量，降低机器视觉检测特征的对比度。为了减弱或者消除杂散光、眩光等干扰，在很多视觉检测、测量、定位等装置构建时，在镜头前面需要搭配偏振镜来使用效果更好。在现有的偏振测量装置中，通常偏振图像测量不全面，比较耗时，成本较高，检测装置结构较复杂。

发明内容

本发明实施例提供了一种表面缺陷的偏振图像检测装置及检测方法，以解决现有检测装置偏振图像测量不全面、测量比较耗、成本较高、检测装置结构复杂的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种表面缺陷检测装置，包括：光束出射模块、光束调节模块、检偏模块、探测模块和扫描运动台；

所述扫描运动台用于承载待测物，并控制所述待测物沿第一方向进行运动；

所述光束出射模块用于提供入射偏振光束；

所述光束调节模块用于控制所述入射偏振光束投射至所述待测物的表面，并将所述入射偏振光束经由所述待测物的表面反射后的反射偏振光束传播至所述检偏模块；

所述检偏模块包括沿所述第一方向排列的至少两个检偏器；不同所述检偏器将处于不同位置的所述待测物的表面反射的所述反射偏振光束转换为检测偏振光束；其中，不同所述检偏器转换的检测偏振光束的偏振方向不同；

所述探测模块用于接收各所述检偏器转换的所述检测偏振光束，并根据各所述检测偏振光束，生成与各所述检偏器一一对应的偏振图像，以根据各所述偏振图像，确定所述待测物表面的缺陷信息。

可选的，所述光束出射模块包括光源；所述光源用于提供入射偏振光束；

或者，所述光束出射模块包括光源和起偏单元；

所述光源用于提供入射光束；所述起偏单元位于所述入射光束的传播路径上，并将所述入射光束转换成入射偏振光束。

可选的，所述起偏单元包括线偏振片或圆偏振片。

可选的，所述光束调节模块包括分光镜；所述分光镜位于所述入射偏振光束的传播路径上，且所述分光镜还位于所述反射偏振光束的传输路径上。

可选的，还包括聚焦模块；

所述光束调节模块、所述聚焦模块、所述检偏模块和所述探测模块依次排列，所述聚焦模块将经所述待测物的表面反射后的反射偏振光束聚焦后传播至所述检偏模块。

可选的，所述探测模块包括沿所述第一方向排列的至少两个探测器；所述探测器与所述检偏器一一对应设置；

其中，各所述探测器一一对应地采集各所述检偏模块转换的检测偏振光束，并根据各所述检偏模块转换的检测偏振光束，生成与各所述检偏器一一对应的偏振图像。

可选的，所述检测装置还包括线阵运动台；所述探测模块包括一线阵传感器；

所述线阵运动台与所述线阵传感器电连接，并控制所述线阵传感器沿所述第一方向依次运动到与各个所述检偏器一一对应设置处；

其中，所述线阵运动台与所述扫描运动台沿所述第一方向同速率运动；所述线阵探测器依次采集各所述检偏模块转换的检测偏振光束，并根据各所述检偏模块转换的检测偏振光束，依次生成与各所述检偏器一一对应的偏振图像。

第二方面，本发明实施例还提供了一种表面缺陷的检测方法，应用于第一方面提供的所述的表面缺陷的检测装置，所述检测方法包括：

所述扫描运动台带动所述待测物沿第一方向进行运动；

所述光束出射模块提供入射偏振光束；

所述光束调节模块控制所述入射偏振光束投射至所述待测物的表面，并将所述入射偏振光束经由所述待测物的表面反射后的反射偏振光束传播至所述检偏模块；

所述检偏模块将处于不同位置的所述待测物的表面反射的所述反射偏振光束转换为检测偏振光束；其中，不同所述检偏器转换的检测偏振光束的偏振方向不同；

所述探测模块接收各所述检偏器转换的所述检测偏振光束，并根据各所述检测偏振光束，生成与各所述检偏器一一对应的偏振图像，以根据各所述偏振图像，确定所述待测物表面的缺陷信息。

可选的，所述检测装置还包括聚焦模块；

所述光束调节模块控制所述入射偏振光束投射至所述待测物的表面，并将所述入射偏振光束经由所述待测物的表面反射后的反射偏振光束传播至所述检偏模块，包括：

所述光束调节模块控制所述入射偏振光束投射至所述待测物的表面，并将所述入射偏振光束经由所述待测物的表面反射后转换为反射偏振光束；所述反射偏振光束经所述聚焦光束聚焦后的传播至所述检偏模块。

可选的，沿所述第一方向，至少两个所述检偏器包括第一检偏器、第二检偏器、第三检偏器和第四检偏器；

所述检偏模块将处于不同位置的所述待测物的表面反射的所述反射偏振光束转换为检测偏振光束，包括：

所述第一检偏器将处于第一位置处的所述待测物的表面反射的所述反射偏振光束转换为第一检测偏振光束；所述第二检偏器将处于第二位置处的所述待测物的表面反射的所述反射偏振光束转换为第二检测偏振光束；所述第三检偏器将处于第三位置处的所述待测物的表面反射的所述反射偏振光束转换为第三检测偏振光束；所述第四检偏器将处于第四位置处的所述待测物的表面反射的所述反射偏振光束转换为第四检测偏振光束；其中，所述第一位置、所述第二位置、所述第三位置和所述第四位置沿所述第一方向排列；

所述探测模块包括第一探测器、第二探测器、第三探测器和第四探测器；所述第一探测器与所述第一检偏器对应设置，所述第二探测器与所述第二检偏器对应设置，所述第三探测器与所述第三检偏器对应设置，所述第四探测器与所述第四检偏器对应设置；

所述探测模块接收各所述检偏器转换的所述检测偏振光束，并根据各所述检测偏振光束，生成与各所述检偏器一一对应的偏振图像，包括：

所述第一探测器采集所述第一检测偏振光束生成第一偏振图像；所述第二探测器采集所述第二检测偏振光束生成第二偏振图像；所述第三探测器采集所述第三检测偏振光束生成第三偏振图像；所述第四探测器采集所述第四检测偏振光束生成第四偏振图像。

可选的，根据各所述偏振图像，确定所述待测物表面的缺陷信息，包括；

根据所述第一偏振图像的灰度值I1、所述第二偏振图像的灰度值I2、第三偏振图像的灰度值I3和所述第四偏振图像的灰度值I4获取图像偏振方向的偏振角；其中，所述偏振角Φ满足公式：

Φ＝1/2*arctan(I2-I4)/(I1-I3)；

根据所述偏振角，确定所述待测物的表面缺陷。

本发明实施例提供的表面缺陷的检测装置包括光束出射模块、光束调节模块、检偏模块、探测模块和扫描运动台，通过扫描运动台带动待测物沿检测方向运动，光束出射模块向待检测物提供入射偏振光束，光束调节模块调整入射偏振光束到达检测物的表面同时将待测物表面反射的反射偏光束传播至检偏模块，检偏模块包括多个偏振方向不同的检偏器，不同检偏器将处于不同位置的待测物表面反射的反射偏振光束转换为偏振方向不同的检测偏振光束，探测模块接收各检偏器转换的检测偏振光束，并根据各检测偏振光束，生成与各检偏器一一对应的偏振图像，再根据各偏振图像，确定待测物表面的缺陷信息，该装置结构简单、成本低，检测时间短，能够全面采集待测物表面形貌信息，可以有效提高生产流水线上的检测效率和缺陷检测准确度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种表面缺陷的检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的又一种表面缺陷的检测装置的结构示意图；

图3为采用图2的检测装置中线阵传感器40a获得的水平偏振图像；

图4为采用图2的检测装置中线阵传感器40c获得的垂直偏振图像；

图5为采用图2的检测装置检测两个偏振图像求和获得的待侧面灰度分布图；

图6为图5中待测物表面的偏振角分布图；

图7为检测装置中待测物表面入射和反射光束的光路示意图；

图8本发明实施例提供的又一种表面缺陷的检测装置的局部结构示意图；

图9为本发明实施例提供的一种表面缺陷的检测方法的流程示意图；

图10为本发明实施例提供的又一种表面缺陷的检测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种表面缺陷的检测装置的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供的表面缺陷的检测装置包括：光束出射模块10、光束调节模块20、检偏模块30、探测模块40和扫描运动台50；扫描运动台50用于承载待测物60，并控制待测物60沿第一方向(如图中X方向)进行运动；光束出射模块10用于提供入射偏振光束S1；光束调节模块20用于控制入射偏振光束S1投射至待测物60的表面，并将入射偏振光束S1经由待测物60的表面反射后的反射偏振光束S2传播至检偏模块30；检偏模块30包括沿第一方向(如图中X方向)排列的至少两个检偏器(如图1分别示出了检偏器30a、30b、30c、30d)；不同检偏器将处于不同位置的待测物60的表面反射的反射偏振光束S2转换为检测偏振光束(图中未示出)；其中，不同检偏器转换的检测偏振光束的偏振方向不同；探测模块40用于接收各检偏器转换的检测偏振光束，并根据各检测偏振光束，生成与各检偏器(如图1分别示出了检偏器30a、30b、30c、30d)一一对应的偏振图像，以根据各偏振图像，确定待测物表面的缺陷信息。

示例性的，如图1所示，可以采用偏振方向确定的激光光源作为光束出射模块10，激光光源向待检测物60提供入射偏振光束S1，入射偏振光束S1可以为圆偏振光、线偏振光、椭圆偏振光等，采用运动方向可以调整和控制的扫描运动台50承载待测物60，通过扫描运动台50带动待测物60沿如图中X方向进行运动，探测模块40对待测物表面图像进行获取。其中，X方向为待测物的检测方向，也可以根据实际的检测需要调整。

具体的，光束调节模块20可以为具有透射和反射作用的镜片，光束调节模块20位于入射偏振光束S1的传播路径上，通过设置光束出射模块10的光轴与光束调节模块20的入射面的夹角，起到调整入射偏振光束S1的传播方向，使光束出射模块10提供的入射偏振光束S1在光束调节模块20的入射面发生反射后投射至待测物60的表面，该入射偏振光束S1在待测物60表面发生反射后形成反射偏振光束S2，该反射偏振光束S2透过光束调节模块20到达检偏模块30，使得光束调节模块20实现对偏振光束光路调节的功能。

检偏模块30包括沿如图中X方向排列的至少两个检偏器，如图1示出了检偏模块30包括检偏器30a、检偏器30b、检偏器30c和检偏器30d，更多的检偏器设置，这里不再做一一示例。各检偏器可以为偏振方向不同的偏振片，具有成本低检偏结构简单的优势，只有满足该检偏器的偏振方向的偏振光束可以通过。例如，在同一平面内，检偏器30a、30b、30c和30d的偏振方向分别为0°，45°，90°和135°。

扫描运动台50可以采用伺服驱动电机驱动传送带带动待测物60沿如图中X方向运动依次运动到不同位置处，当待测物60的表面反射形成的反射偏振光束S2透过四个检偏器30a、检偏器30b、检偏器30c和检偏器30d时，与检偏器30a、30b、30c和30d的偏振方向相同的反射偏振光束S2可以透过，起到对反射偏振光束S2检偏的作用。例如透过检偏器30a的检测偏振光束的偏振方向为0°，透过检偏器30b的检测偏振光束的偏振方向为45°，透过检偏器30c的检测偏振光束的偏振方向为90°，透过检偏器30b的检测偏振光束的偏振方向为135°，设置各个检偏器的偏振方向不同，可以将待测物60的表面反射的反射偏振光束S2转换为偏振方向不同的检测偏振光束(图中未示出)，当探测模块40采集时，形成偏振方向不同的偏振图像。

探测模块40可以采用线阵传感器，具有成像效果好成本低的优势，线阵传感器位于各检偏器转换的检测偏振光束的传播路径上，线阵传感器接收各检偏器转换的检测偏振光束，并根据各检测偏振光束，生成与检偏器30a、检偏器30b、检偏器30c和检偏器30d一一对应的偏振方向不同的偏振图像，进而全面采集待测物60的表面形貌信息。进一步，探测模块40再根据各偏振图像的图像形貌、尺寸、亮度和各个图像点的灰度值大小，识别待测物表面的缺陷。例如，同一图片中，某个区域的偏振图像的图像灰度值超过预设的数值范围，即灰度值过大或过小，均有可能为缺陷，从而实现待测物表面的缺陷检测。

在偏振图像采集过程中，通过合理控制扫描运动台50带动待测物60的运动速度和线阵传感器的图像采集频率，可以减小缺陷检测时间，有效提高线阵传感器采集效率。

综上，本发明实施例提供的表面缺陷的检测装置，通过扫描运动台带动待测物沿检测方向运动，光束出射模块向待检测物提供入射偏振光束，光束调节模块调整入射偏振光束到达检测物的表面同时将待测物表面反射的反射偏光束传播至检偏模块，检偏模块包括多个偏振方向不同的检偏器，不同检偏器将处于不同位置的待测物表面反射的反射偏振光束转换为偏振方向不同的检测偏振光束，探测模块接收各检偏器转换的检测偏振光束，并根据各检测偏振光束，生成与各检偏器一一对应的偏振图像，再根据各偏振图像，确定待测物表面的缺陷信息，该装置结构简单、成本低，检测时间短，能够全面采集待测物表面形貌信息，可以有效提高生产流水线上的检测效率和缺陷检测准确度。

一种可行的实施方式，图2为本发明实施例提供的又一种表面缺陷的检测装置的结构示意图，如图2所示，可选的，探测模块40包括沿第一方向排列的至少两个线阵探测器；线阵探测器与检偏器一一对应设置；其中，各线阵探测器40一一对应地采集各检偏模块30转换的检测偏振光束，并根据各检偏模块30转换的检测偏振光束，生成与各检偏器一一对应的偏振图像。

示例性的，参考图2所示，探测模块40包括多台线阵传感器，线阵传感器分别与检偏器一一对应设置，分别采集待测物60在每个检偏器后形成的偏振图像。例如，图2中示出了线阵传感器40a、线阵传感器40b、线阵传感器40c和线阵传感器40d，每个线阵传感器40沿图中X方向具有各自的成像视野。扫描运动台50带动待测物60沿如图中X方向在线阵传感器40a、线阵传感器40b、线阵传感器40c和线阵传感器40d的成像视野内运动。探测模块40接收各检偏器转换的检测偏振光束，并根据各检测偏振光束，依次生成与检偏器30a、检偏器30b、检偏器30c、检偏器30d一一对应的偏振图像，从而实现在检测方向X上依次测量各个位置处的待测物60表面反射的反射偏振光束在多种偏振方向的偏振图像。该装置结构简单、成本低、检测时间短，可以全面采集待测物表面的形貌信息。

一种可行的实施方式，可选的，检测装置还包括线阵运动台；探测模块包括一线阵传感器；线阵运动台与线阵传感器电连接，并控制线阵传感器沿第一方向依次运动到与各个检偏器一一对应设置处；其中，线阵运动台与扫描运动台沿第一方向同速率运动；线阵探测器依次采集各检偏模块转换的检测偏振光束，并根据各检偏模块转换的检测偏振光束，依次生成与各检偏器一一对应的偏振图像。

示例性的，采用线阵运动台控制一台线阵传感器沿第一方向(即检偏器的排列方向)依次运动到与各个检偏器一一对应设置处，通过控制线阵运动台与扫描运动台沿第一方向同速率运动，以使得线阵传感器可以依次采集到经检偏器转换的检测偏振光束，再依次生成待测物表面在每个检偏器后形成的偏振图像。采用一台线阵传感器，该装置结构简单、成本低、检测时间短，可以全面采集待测物表面的形貌信息。

可选的，如图1所示，光束出射模块10仅包括光源101，该光源101能够直接提供入射偏振光束S1。示例性的，光束出射模块10包括光源101，光源101的光束偏振方向确定，如线性光源101提供入射偏振光束S1。

或者，如图2所示，光束出射模块10可以包括光源101和起偏单元102；光源101用于提供入射光束S0；起偏单元102位于入射光束S0的传播路径上，并将入射光束S0转换成入射偏振光束S1。光束出射模块10包括光源101和起偏单元102，光源101可以采用普通光源，例如，自然光，LED光源，其出射的入射光束S0为随机偏振光。进一步的，为了提高探测模块40采集到的多个偏振图像的清晰度，在入射光束S0的传播路径上设置起偏单元102。起偏单元102将随机偏振的入射光束S0转换成偏振方向确定的入射偏振光束S1，采用偏振方向一致的线偏振光束或圆偏振光束对待测物60的表面进行照射检测，其被待测物60表面反射后的反射偏振光束S2损耗较小，偏振图像成像效果更佳。其中，起偏单元102包括线偏振片或圆偏振片。

可选的，图3为采用图2的检测装置中线阵传感器40a获得的水平偏振图像；图4为采用图2的检测装置中线阵传感器40c获得的垂直偏振图像；图5为采用图2的检测装置检测两个偏振图像求和获得的待侧面灰度分布图；图6为图5中待测物表面的偏振角分布图；图7为检测装置中待测物表面入射和反射光束的光路示意图。结合图2-图7所示，以检偏器30a、30b、30c和30d的偏振方向分别为0°，45°，90°和135°为例，检偏器30a、30b、30c和30d与线阵传感器40a、40b、40c和40d一一对应设置。线阵传感器具有(Time Delay Integration，TDI)的功能，可以设置线阵传感器的扫描速度与待测物的运动速率同步。

当起偏单元102为水平线偏振片时，入射偏振光束S1照射到待测物60表面时，其镜面反射光也为水平偏振，即反射光偏振光束S2也为水平偏振，反射光偏振光束S2经过检偏器30a后在线阵传感器40a获得水平偏振图像，如图3所示；而待测物60表面的边缘散射光则变为其它偏振态，检偏器30c可以滤除镜面反射光，而允许垂直偏振态的散射光通过，在线阵传感器40c获得垂直偏振图像，如图4所示。结合图3和图4，可以显示待测物60表面的轮廓信息。如若待测物60的表面有类似划痕缺陷(如图3和图4中601所示)，则会在垂直偏振图像中以高亮的方式显示出来，便于缺陷识别。

当起偏器20为水平线偏振片或圆偏振片时，入射偏振光束S1照射到待测物60表面时，4个线阵传感器40a、40b、40c和40d分别获得对应的偏振图像I1、I2、I3、I4，将偏振图像I1和I2的灰度值求和获得待测面灰度分布图。如图5，可以通过观察灰度分布均匀度识别缺陷；还可以根据偏振图像的灰度值大小等，识别待测物表面的缺陷；或者，结合图6和图7，根据偏振图像I1、I2、I3、I4的灰度值计算待侧面偏振角Φ的大小，偏振角Φ越大，形变越大，超出一定阈值(例如Φ>30°),可以认为是缺陷。

偏振角Φ的计算公式(1)：Φ＝1/2*arctan(I2_灰-I4_灰)/(I1_灰-I3_灰)；

其中，I1_灰为偏振图像I1的灰度值，I2_灰为偏振图像I2的灰度值，I3_灰为偏振图像I3的灰度值，I4_灰为偏振图像I4的灰度值。

在上述实施例的基础上，继续参考图1和图2所示，可选的，光束调节模块20包括分光镜；分光镜位于入射偏振光束的传播路径上，且分光镜还位于反射偏振光束的传输路径上。光束调节模块20包括分光镜，分光镜为具有透反比的光学镜，例如，半透半反镜，分光镜将一部分入射偏振光束S1反射到待测物60的表面，并将待测物60表面反射的反射偏振光束S2透射到检偏模块30，起到调整入射偏振光束S1的传播路径的作用。

在上述实施例的基础上，图8本发明实施例提供的又一种表面缺陷的检测装置的局部结构示意图。结合图2和图8所示，可选的，检测装置还包括聚焦模块70；光束调节模块20、聚焦模块70、检偏模块30和探测模块40依次排列，聚焦模块70将经待测物60的表面反射后的反射偏振光束S2聚焦后传播至检偏模块30。继续参考如图2所示，检测装置还包括聚焦模块70，例如采用具有聚焦功能的聚焦镜71和72，聚焦模块70起到汇聚反射偏振光束S2的作用，如图7所示，可以有效提高反射偏振光束S2的光利用率，最终提高探测模块40的偏振图像成像清晰度。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了表面缺陷的检测方法，应用于上述实施例提供的表面缺陷的检测装置。图9是本发明实施例提供的一种表面缺陷的检测方法的流程示意图，结合图1和图9所示，该表面缺陷的检测方法包括：

步骤S101、扫描运动台带动待测物沿第一方向进行运动。

具体的，结合图1所示，当对待测物60进行表面缺陷检测时，扫描运动台50承载待测物60，并带动待测物60沿如图中X方向运动到探测模块40的最佳焦面。X方向为装置预先设置的检测方向。

步骤S102、光束出射模块提供入射偏振光束。

步骤S103、光束调节模块控制入射偏振光束投射至待测物的表面，并将入射偏振光束经由待测物的表面反射后的反射偏振光束传播至检偏模块。

具体的，结合图1所示，控制光束出射模块10出射具有偏振方向的入射偏振光束S1，入射偏振光束S1到达光束调节模块20的一侧，光束调节模块20调整入射偏振光束S1投射至待测物60的表面，并将反射偏振光束S2传播到检偏模块30。

步骤S104、检偏模块将处于不同位置的待测物的表面反射的反射偏振光束转换为检测偏振光束。其中，不同检偏器转换的检测偏振光束的偏振方向不同。

具体的，结合图1所示，设置检偏模块30包括沿如图中X方向排列且偏振方向不同的检偏器30a、检偏器30b、检偏器30c和检偏器30d，例如，检偏器30a、30b、30c和30d的偏振方向分别为0°，45°，90°和135°，扫描运动台50带动待测物60沿图中X方向进行运动，依次到达探测器40a的最佳焦面、探测器40b的最佳焦面、探测器40c的最佳焦面和探测器40d的最佳焦面；经待测物60的表面反射的反射偏振光束S2依次经过检偏器30a、检偏器30b、检偏器30c和检偏器30d后分别形成第一检测偏振光束、第二检测偏振光束、第三检测偏振光束和第四检测偏振光束。

步骤S105、探测模块接收各检偏器转换的检测偏振光束，并根据各检测偏振光束，生成与各检偏器一一对应的偏振图像，以根据各偏振图像，确定待测物表面的缺陷信息。

示例性的，继续参考图1所示，探测模块40分别接收检偏器30a、检偏器30b、检偏器30c和检偏器30d转换的第一检测偏振光束、第二检测偏振光束、第三检测偏振光束和第四检测偏振光束，并根据各检测偏振光束，生成与各检偏器一一对应的偏振图像，可以根据各偏振图像的图像形貌、尺寸、亮度和各个图像点的灰度值大小等，分别对偏振图像进行处理，也可以通过偏振图像组合后进行处理，从而识别待测物表面的缺陷信息，提高图像缺陷的检测效果。

综上，本发明实施例提供缺陷检测方法，采用该缺陷检测装置执行，通过扫描运动台带动待测物沿多个检偏器排列的检测方向运动，光束出射模块向待检测物提供入射偏振光束，光束调节模块调整入射偏振光束到达检测物的表面同时将待测物表面反射的反射偏光束传播至检偏模块，检偏模块包括多个偏振方向不同的检偏器，不同检偏器将处于不同位置的待测物表面反射的反射偏振光束转换为偏振方向不同的检测偏振光束，探测模块接收各检偏器转换的检测偏振光束，并根据各检测偏振光束，生成与各检偏器一一对应的偏振图像，再根据各偏振图像，确定待测物表面的缺陷信息，该装置结构简单、成本低，检测时间短，待测物表面形貌信息采集全面，可以有效提高生产流水线上的检测效率和缺陷检测准确度。

在上述实施例的基础上，可选的，检测装置还包括聚焦模块；

光束调节模块控制入射偏振光束投射至待测物的表面，并将入射偏振光束经由待测物的表面反射后的反射偏振光束传播至检偏模块，包括：

步骤S201、光束调节模块控制入射偏振光束投射至待测物的表面，并将入射偏振光束经由待测物的表面反射后转换为反射偏振光束；反射偏振光束经聚焦模块聚焦后传播至检偏模块。

示例性的，参考图2和图8所示，设置聚焦模块70位于入射偏振光束的传播路径上，至少包括聚焦镜71和72，更多的聚焦元件这里不做一一示例，只要满足汇聚光束的要求就可以。光束调节模块20控制入射偏振光束S1投射至待测物60的表面，并将入射偏振光束S1经由待测物60的表面反射后转换为反射偏振光束S2；反射偏振光束S2经聚焦模块70聚焦后传播至检偏模块30，聚焦模块70起到汇聚反射偏振光束S2的作用，可以有效提高反射偏振光束S2的光利用率，最终提高探测模块40的偏振图像成像清晰度。

在上述实施例的基础上，图10是本发明实施例提供的一种表面缺陷的检测方法的流程示意图。结合图2-图10所示，可选的，沿第一方向(图中X方向所示)，至少两个检偏器包括第一检偏器30a、第二检偏器30b、第三检偏器30c和第四检偏器30d；探测模块40包括第一探测器40a、第二探测器40b、第三探测器40c和第四探测器40d，分别具有第一成像视野W1、第一成像视野W2、第一成像视野W3和第一成像视野W4；第一探测器40a与第一检偏器30a对应设置，第二探测器40b与第二检偏器30b对应设置，第三探测器40c与第三检偏器30c对应设置，第四探测器40d与第四检偏器30d对应设置，该表面缺陷的检测方法包括：

步骤S301、扫描运动台带动待测物沿第一方向进行运动。

参考步骤S101所示。

步骤S302、光束出射模块提供入射偏振光束。

步骤S303、光束调节模块控制入射偏振光束投射至待测物的表面，并将入射偏振光束经由待测物的表面反射后的反射偏振光束传播至检偏模块。

参考步骤S102和步骤S103所示。

步骤S304、第一检偏器将处于第一位置处的待测物的表面反射的反射偏振光束转换为第一检测偏振光束。

步骤S305、第一探测器采集第一检测偏振光束生成与第一检偏器对应的第一偏振图像。

步骤S306、第二检偏器将处于第二位置处的待测物的表面反射的反射偏振光束转换为第二检测偏振光束。

步骤S307、第二探测器采集第二检测偏振光束生成与第二检偏器对应的第二偏振图像。

步骤S308、第三检偏器将处于第三位置处的待测物的表面反射的反射偏振光束转换为第三检测偏振光束。

步骤S309、第三探测器采集第三检测偏振光束生成与第三检偏器对应的第三偏振图像。

步骤S310、第四检偏器将处于第四位置处的待测物的表面反射的所述反射偏振光束转换为第四检测偏振光束。

步骤S311、第四探测器采集第四检测偏振光束生成与第四检偏器对应的第四偏振图像。

其中，第一位置、第二位置、第三位置和第四位置沿第一方向排列，分别为第一探测器40a、第二探测器40b、第三探测器40c和第四探测器40d的最佳焦面，且第一位置位于第一成像视野W1内、第二位置位于第二成像视野W2内、第三位置位于第三成像视野W3内以及第四位置位于第四成像视野W4内。

具体，结合图2、图8和图9所示，在步骤S304-步骤S311中，当对待测物“A”进行缺陷检测时，在扫描过程中，扫描运动台50带动待测物“A”沿如图中X方向运动到探测器的最佳焦面，待测物“A”沿着图中X运动方向依次通过4个线阵传感器的成像视场W1、W2、W3、W4，沿图中X方向，假设每个线阵传感器对应成像视场宽度均为H，扫描运动台50带动待测物“A”的运动速度为V。在t1时刻，待测物“A”进入第一探测器40a的第一成像视场W1，在t1+H/V时刻离开第一成像视场W1，在此期间待测物“A”反射的反射偏振光束S2经过偏振方向为0°(水平)方向的第一检偏器30a形成第一检测偏振光束后进入第一线阵传感器40a，产生与第一检偏器30a对应的第一偏振图像，即水平偏振图像I1；在t2时刻，待测物“A”进入第二探测器40b的第二成像视场W2，在t2+H/V时刻离开第二成像视场W2，在此期间待测物“A”反射的反射偏振光束S2经过偏振方向为45°方向的第二检偏器30b形成第二检测偏振光束后进入第二线阵传感器40b，产生与第二检偏器30b对应的第二偏振图像，即45°偏振图像I2；在t3时刻，待测物“A”进入第三探测器40c的第三成像视场W3，在t3+H/V时刻离开第三成像视场W3，在此期间待测物“A”反射的反射偏振光束S2经过偏振方向为90°(垂直)方向的第三检偏器30c形成第二检测偏振光束后进入第三线阵传感器40c，产生与第三检偏器30c对应的第三偏振图像，即垂直偏振图像I3；在t4时刻，待测物“A”进入第四探测器40d的第四成像视场W4，在t4+H/V时刻离开第四成像视场W4，在此期间待测物“A”反射的反射偏振光束S2经过偏振方向为135°方向的第四检偏器30d形成第二检测偏振光束后进入第四线阵传感器40d，产生与第四检偏器30d对应的第四偏振图像，即135°偏振图像I4。通过该缺陷检测装置，对待测物“A”的表面形貌进行全面的探测，得到多种偏振图像，图像采集装置简单、耗时短，可满足流水线一次检测的要求，进一步的，可以分别对图像进行处理，也可以通过图像组合后进行处理，从而提高图像缺陷的检测效果。

在上述实施例的基础上，继续结合图1-图10所示，根据各偏振图像，确定待测物表面的缺陷信息，包括；

根据各偏振图像的灰度值，确定待测物的表面缺陷。

具体的，继续结合图3-图5所示，可以根据各偏振图像的灰度值，从偏振图像中位置处的灰度值大小是否超过预设值，判断此处是否有缺陷。例如，图4中划线处的灰度值与周边区域的灰度值差值较大。还可以参考图5所示，将偏振图像I1的灰度值I1_灰和偏振图像I2的灰度值I2_灰的灰度值求和获得待测面灰度分布图，通过灰度分布均匀度观察的方式识别缺陷，判断待测物表面的缺陷。

在上述实施例的基础上，继续结合图2-图8和图10所示，在步骤S304-步骤S311之后，可选的，以根据各偏振图像，确定待测物表面的缺陷信息，包括；

步骤S312、根据第一偏振图像的灰度值I1_灰、第二偏振图像的灰度值I2_灰、第三偏振图像的灰度值I3_灰和第四偏振图像的灰度值I4_灰获取图像偏振方向的偏振角。

其中，偏振角Φ满足公式(1)：

Φ＝1/2*arctan(I2_灰-I4_灰)/(I1-I3_灰)。

步骤S313、根据偏振角，确定待测物的表面缺陷。

示例性的，继续结合图2-图8和图10所示，可以根据第一偏振图像的灰度值I1_灰、第二偏振图像的灰度值I2_灰、第三偏振图像的灰度值I3_灰和第四偏振图像的灰度值I4_灰获取图像偏振方向的待测面偏振角Φ。如图7所示，偏振角Φ为反射偏振光束S2相对第一平面中X轴的夹角，当入射偏振光束S1到达待测物60的表面，设置第一平面与入射偏振光束S1垂直，第一平面为参考平面，其中，第一平面包括X轴和Y轴。

进一步的，通过计算待测面偏振角Φ大小识别缺陷，例如，图6为基于检测到的各个偏振图像采用公式(1)计算得到的偏振角分布图像，其中，图6中左侧纵向数值和横向数值表示镜片的坐标值，右侧纵向数值表示偏振角Φ的大小，颜色越浅表示偏振角Φ的越大。由于入射偏振光束S1经待测物60反射后形成的反射偏振光束S2的偏振方向发生一定角度偏转，偏振角Φ的变化对应待测物60表面形变，偏振角Φ越大，待测物60表面形变越大，当偏振角Φ超过一定阈值(例如Φ>30°)时，可以认为该测试点存在缺陷。

综上，采用本发明实施例提供的表面缺陷的检测方法，通过在检测方向上设置至少两个偏振方向不同的检偏器，探测模块采集检偏器转换的检测偏振光束后，生成与各个检偏器一一对应的偏振图像，在对偏正图像进行预先处理，从而提高图像缺陷的检测效果，采用该检测方法对待测物表面缺陷进行图像采集和分析，检测方法简单、易操作、耗时短，易于待测物表明的缺陷检测和识别，满足流水线缺陷检测的要求。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种表面缺陷的检测装置，其特征在于，包括：光束出射模块、光束调节模块、检偏模块、探测模块和扫描运动台；

所述扫描运动台用于承载待测物，并控制所述待测物沿第一方向进行运动；

所述光束出射模块用于提供入射偏振光束；

所述光束调节模块用于控制所述入射偏振光束投射至所述待测物的表面，并将所述入射偏振光束经由所述待测物的表面反射后的反射偏振光束传播至所述检偏模块；

所述检偏模块包括沿所述第一方向排列的至少两个检偏器；不同所述检偏器将处于不同位置的所述待测物的表面反射的所述反射偏振光束转换为检测偏振光束；其中，不同所述检偏器转换的检测偏振光束的偏振方向不同；

所述探测模块用于接收各所述检偏器转换的所述检测偏振光束，并根据各所述检测偏振光束，生成与各所述检偏器一一对应的偏振图像，以根据各所述偏振图像，确定所述待测物表面的缺陷信息。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述光束调节模块包括分光镜；所述分光镜位于所述入射偏振光束的传播路径上，且所述分光镜还位于所述反射偏振光束的传输路径上。

3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括聚焦模块；

所述光束调节模块、所述聚焦模块、所述检偏模块和所述探测模块依次排列，所述聚焦模块将经所述待测物的表面反射后的反射偏振光束聚焦后传播至所述检偏模块。

4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述探测模块包括沿所述第一方向排列的至少两个线阵探测器；所述线阵探测器与所述检偏器一一对应设置；

其中，各所述线阵探测器一一对应的采集各所述检偏模块转换的检测偏振光束，并根据各所述检偏模块转换的检测偏振光束，生成与各所述检偏器一一对应的偏振图像。

5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括线阵运动台；所述探测模块包括一线阵传感器；

所述线阵运动台与所述线阵传感器电连接，并控制所述线阵传感器沿所述第一方向依次运动到与各个所述检偏器一一对应设置处；

其中，所述线阵运动台与所述扫描运动台沿所述第一方向同速率运动；所述线阵探测器依次采集各所述检偏模块转换的检测偏振光束，并根据各所述检偏模块转换的检测偏振光束，依次生成与各所述检偏器一一对应的偏振图像。

6.一种表面缺陷的检测方法，其特征在于，应用于上述权利要求1-5任一项所述的表面缺陷的检测装置，所述检测方法包括：

所述扫描运动台带动所述待测物沿第一方向进行运动；

所述光束出射模块提供入射偏振光束；

所述光束调节模块控制所述入射偏振光束投射至所述待测物的表面，并将所述入射偏振光束经由所述待测物的表面反射后的反射偏振光束传播至所述检偏模块；

所述检偏模块将处于不同位置的所述待测物的表面反射的所述反射偏振光束转换为检测偏振光束；其中，不同所述检偏器转换的检测偏振光束的偏振方向不同；

所述探测模块接收各所述检偏器转换的所述检测偏振光束，并根据各所述检测偏振光束，生成与各所述检偏器一一对应的偏振图像，以根据各所述偏振图像，确定所述待测物表面的缺陷信息。

7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述检测装置还包括聚焦模块；

所述光束调节模块控制所述入射偏振光束投射至所述待测物的表面，并将所述入射偏振光束经由所述待测物的表面反射后的反射偏振光束传播至所述检偏模块，包括：

所述光束调节模块控制所述入射偏振光束投射至所述待测物的表面，并将所述入射偏振光束经由所述待测物的表面反射后转换为反射偏振光束；所述反射偏振光束经所述聚焦模块聚焦后传播至所述检偏模块。

8.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，沿所述第一方向，至少两个所述检偏器包括第一检偏器、第二检偏器、第三检偏器和第四检偏器；

所述检偏模块将处于不同位置的所述待测物的表面反射的所述反射偏振光束转换为检测偏振光束，包括：

所述第一检偏器将处于第一位置处的所述待测物的表面反射的所述反射偏振光束转换为第一检测偏振光束；所述第二检偏器将处于第二位置处的所述待测物的表面反射的所述反射偏振光束转换为第二检测偏振光束；所述第三检偏器将处于第三位置处的所述待测物的表面反射的所述反射偏振光束转换为第三检测偏振光束；所述第四检偏器将处于第四位置处的所述待测物的表面反射的所述反射偏振光束转换为第四检测偏振光束；其中，所述第一位置、所述第二位置、所述第三位置和所述第四位置沿所述第一方向排列；

所述探测模块包括第一探测器、第二探测器、第三探测器和第四探测器；所述第一探测器与所述第一检偏器对应设置，所述第二探测器与所述第二检偏器对应设置，所述第三探测器与所述第三检偏器对应设置，所述第四探测器与所述第四检偏器对应设置；

所述探测模块接收各所述检偏器转换的所述检测偏振光束，并根据各所述检测偏振光束，生成与各所述检偏器一一对应的偏振图像，包括：

所述第一探测器采集所述第一检测偏振光束，并生成与所述第一检偏器对应的第一偏振图像；所述第二探测器采集所述第二检测偏振光束，并生成与所述第二检偏器对应的第二偏振图像；所述第三探测器采集所述第三检测偏振光束，并生成与所述第三检偏器对应的第三偏振图像；所述第四探测器采集所述第四检测偏振光束生成与所述第四检偏器对应的第四偏振图像。

9.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，根据各所述偏振图像，确定所述待测物表面的缺陷信息，包括；

根据各所述偏振图像的灰度值，确定所述待测物的表面缺陷。

10.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，根据各所述偏振图像，确定所述待测物表面的缺陷信息，包括；

根据所述第一偏振图像的灰度值I1_灰、所述第二偏振图像的灰度值I2_灰、所述第三偏振图像的灰度值I3_灰和所述第四偏振图像的灰度值I4_灰获取图像偏振方向的偏振角；其中，所述偏振角Φ满足公式：

Φ＝1/2*arctan(I2_灰-I4_灰)/(I1_灰-I3_灰)；

根据所述偏振角，确定所述待测物的表面缺陷。

Images