CN209512795U - 基于全光光场计算的圆柱体外表面检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于全光光场计算的圆柱体外表面检测装置，包括被检测圆柱模块，照射模块，成像模块、全光光场减法模块、探测器模块。照明光源出射光束经照明光束整形器后分成两束平行光，平行光束经光束偏折器件偏折到被检测圆柱体表面，经圆柱体反射或者折射的光经成像部件、光束合成器将光所成的图像整合到全光光场的入瞳处，使之后续能有效的进行全光光场的减法过程，利用全光光场方法进行圆柱体表面信息检测，从入瞳进入的像经对正弦光栅的调整使像与孔产生相位差π，最后探测器检测全光光场减法部件的出瞳出的像转化为以曲线形式输出，实现了在生产过程中能对无限长的圆柱体表面缺陷信息的准确提取，高效可靠且能实时检测。

Description

基于全光光场计算的圆柱体外表面检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种圆柱体外表面检测装置，特别是一种基于全光光场计算的圆柱体外表面检测装置，主要用于计算机技术、电子技术、半导体技术、激光光刻技术、激光加工技术、光电检测技术等领域，能准确完成对圆柱体器件表面的完整性检测、装配完整性检测等。

背景技术

圆柱体表面检测装置广泛存在于激光光刻、光电检测、金属表面检测等领域。例如，在激光光刻过程中，通过对圆柱体器件外表面形貌信息的获取，将电路图形准确地刻印到晶体表面或介质层上，实现对想要的图形的新型精加工技术。

目前用于圆柱体表面检测装置比较成熟的技术中，典型的技术包括机器视觉技术、光干涉技术等。机器视觉技术能对圆柱体器件表面进行较为快速的检测，并进行自动处理，达到良好的器件生产过程中的质量控制的目的。仍然存在一些不足：(1)机器视觉技术是通过使用高精度相机拍摄圆柱体表面信息，后续通过对拍摄的图像进行图像分割等处理，实现对圆柱体表面信息的提取。这种技术虽然能获取圆柱体表面信息，但是高度依赖相机的精度，实时性不强，速度有待进一步提高，且后续的图像处理依赖图像算法的精度，对圆柱体表面信息的准确提取有待增强。(2)在利用机器视觉技术对圆柱体器件表面检测的过程中，主要分为三类装置，第一类是利用全景图像采集圆柱体信息的装置，即采用单个相机或多个相机通过连续采集多幅图像进行拼接获得全景图像，或通过折反射全景成像模块，将相机与镜面组成一个系统，通过折射、反射获得圆柱体工件的全景图像。但这类装置对光学系统要求较高，由于视场角的变化，精度会大折扣，且对不同大小的器件需设计相对应的光学系统，工序繁琐且价格昂贵。第二类装置通过相机和被测器件相对位置的变化采集多幅图像，从而获得柱面图像。其中有的装置将器件固定在旋转台中间并旋转360°或夹住器件两端旋转器件，相机在固定位置对器件进行连续采集图像从而获得完整柱面图像，这类装置无法对生产中的器件进行实时测量，且效率较低。有的装置虽然能使一副图像中可以检测多个器件，且能够一次对多个圆柱体工件的柱面和两端面成像并检测其表面缺陷，但是无法适用于在生产过程中检测无限长的圆柱体器件，因此实时性不强，适用性有待增强。

光干涉技术能一次性检测到圆柱体表面的全部区域，同时效率较高，精度较高，但是在无法生产过程中实现对无限长的圆柱体的外表面的快速检测，只能实现样品的抽检，因此实时性不强，检测速度有待提高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述技术的不足，提供一种基于全光光场计算的圆柱体外表面检测装置，具有能检测无限长圆柱体、实时性高、速度快、检测精度高、灵活性强等特点。

本实用新型的技术方案是：一种基于全光光场计算的圆柱体外表面检测装置，所述被检测圆柱体外表面位于检测装置中间，左侧是照射模块，右侧包括成像模块、全光光场减法模块、探测器模块。左侧照射模块包括激光器、照明光束整形器、光束偏折器件。所检测圆柱体包括两个被检测区域。成像模块包括两个成像器件与光束合成器。全光光场减法模块包括光屏以及正弦光栅以及凸透镜。探测器模块保证接收全光光场减法部件的图像信息，并单点传感、曲线输出。所述照明光束整合器将相干照明光源照射的光分成两束平行光。所述光束偏折器件将两束平行光反射照到圆柱体外表面。所述成像部件将从圆柱体外表面反射和折射出来的光成像并整合到光束合成器上。所述光束合成器将成像部件所成的像整合到全光光场减法部件的入瞳处。所述全光光场减法器通过将光束合成器合成的两束光成的像通过调节正弦光栅，使像和孔产生相位差π，以便能获得圆柱体表面缺陷的信息。所述探测器放置在全光光场减法部件的出瞳处以获取所成的像，并将圆柱体表面缺陷的信息整合成单点传感，并转化为曲线输出。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)在进行对圆柱体外表面检测的过程中，通过激光束照射到圆柱体外表面，通过相干照明光经过圆柱体外表面的折射或反射情况能在实时生产过程中检测到无限长圆柱体表面信息，充分克服了光干涉技术不能实时检测生产过程中的无限长的圆柱体表面信息的困难，大大提高了检测效率和可靠性。

2)机器视觉技术对圆柱体外表面的检测精度高度依赖相机的精度以及后续对拍摄后的图像处理算法的精度。通过全光光场计算圆柱体表面缺陷不依赖于外部条件的精度，只需保证光学器件的精度即可，因此适用性强，灵活性强、精度高。

3)机器视觉技术利用高速相机对圆柱体外表面拍摄在实际工程检测过程中，当器件进行高速的旋转或者平移运动时，高速相机拍摄的速度也极大的影响了对圆柱体外表面信息获取的快慢，而通过全光光场计算的方法直接计算从圆柱体外表面反射或折射的光非常迅速，且实时性强、达到了快速检测的目的。

4)为了提高对圆柱体外表面检测的速度，需要对圆柱体进行高速的旋转，由于在利用机器视觉对圆柱体检测时无法同时检测两端面，因此无法完全取代人工，因此对人工的安全存在隐患，且效率较低。利用全光光场计算的方法对圆柱体外表面的检测完全可取代人工，后期的探测器模块可将图像转换为曲线输出，因此可直接检测曲线，不会存在安全隐患，有利于推广。

附图说明

图1为本实用新型的基于全光光场计算的圆柱体外表面检测装置结构示意图。

图2为本实用新型的全光光场减法部件的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种基于全光光场计算的圆柱体外表面检测装置，包括：相干照明光源1、照明光束整形器2、第一光束偏折器件3和第二光束偏折器件4、圆柱体5、第一成像部件6和第二成像部件7、光束合成器8、全光光场减法部件9、探测器10；圆柱体5包括被检测区域一501和被检测区域二502；全光光场减法部件9由入瞳901和出瞳902、第一凸透镜903、正弦光栅904、第二凸透镜905组成。经由第一光束偏折器件3和第二光束偏折器件4偏折的光分别照射到被检测区域一501和被检测区域二502的圆柱体5外表面被检测区域。光束合成器8将所成的像正好合成到全光光场减法部件9的入瞳901处，经入瞳901的像经过第一凸透镜903和正弦光栅904，再经由第二凸透镜905成像于全光光场减法的出瞳902处。

本实施例的工作过程：相干照明光源1照射的经过照明光束整形器2分成两束平行光束，两束平行光束分别经过第一光束偏折器件3和第二光束偏折器件4后，进入圆柱体5被检测区域被检测区域一501和被检测区域二502，通过被检测的圆柱体5区域的光被反射或者折射到第一成像部件6和第二成像部件 7，经成像第一成像部件6和第二成像部件7的所成的像经光束合成器8，并将光束所成的像合成并正好位于全光光场减法部件9的入瞳901处，入瞳9处的像依次经过第一凸透镜903、正弦光栅904、第二凸透镜905成像于出瞳902，从全光光场减法出来的圆柱体5外表面信息经过探测器10单点传感曲线输出。

本实例在检测圆柱体外表面过程中，采用全光光场计算的方法，实现了对圆柱体5外表面的全部表面信息的快速检测；通过调整正弦光栅904，使全光光场减法部件中的入射的两束光线产生相位差π，实现了振幅的减法运算，得到了圆柱体5外表面的缺陷信息。本方法检测到圆柱体5外表面的缺陷信息通过探测器10单点传感，通过曲线输出出来，结果一目了然，实现了对圆柱体5外表缺陷信息的准确提取，具有快速检测、安全可靠、精度高、模块化程度高、灵活性强、功能易于扩充、应用范围广等特点。

本实用新型中光束合成器8、正弦光栅904均易获取。本实用新型的实用新型点在于基于全光光场减法计算方法和光电检测原理，利用全光光场减法计算方法实现对圆柱体5外表面缺陷信息的提取，提高了快速提取圆柱体5外表面信息的能力，弥补了机器视觉以及光干涉技术对圆柱体5外表面检测技术的缺陷，后利用光电检测原理，通过对成像信息的获取，实现了高效、快速、准确的对圆柱体5外表面的检测。

Claims (3)

1.一种基于全光光场计算的圆柱体外表面检测装置，包括相干照明光源(1)、照明光束整形器(2)、第一光束偏折器件(3)、第二光束偏折器件(4)、圆柱体(5)、第一成像部件(6)和第二成像部件(7)、光束合成器(8)、全光光场减法部件(9)、探测器(10)，其特征在于：所述圆柱体(5)包括被检测区域一(501)、被检测区域二(502)；所述全光光场减法部件(9)由入瞳(901)和出瞳(902)、第一凸透镜(903)、正弦光栅(904)、第二凸透镜(905)组成；经由第一光束偏折器件(3)和第二光束偏折器件(4)偏折的光分别照射到被检测区域一(501)和被检测区域二(502)的圆柱体(5)外表面被检测区域，光束合成器(8)将光正好合成到全光光场减法部件(9)的入瞳(901)处，经入瞳(901)的光束经过第一凸透镜(903)和正弦光栅(904)，再经由第二凸透镜(905)聚焦到全光光场减法的出瞳(902)处。

2.根据权利要求1所述的基于全光光场计算的圆柱体外表面检测装置，其特征在于：所述探测器(10)将圆柱体(5)表面缺陷信息单点传感，以曲线的形式输出。

3.根据权利要求1所述的基于全光光场计算的圆柱体外表面检测装置，其特征在于：被检测的所述圆柱体(5)的被检测区域一(501)和被检测区域二(502)包含圆柱体(5)检测装置的1/2区域。