一种基于空间分步式移频照明的缺陷检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于空间分步式移频照明的缺陷检测系统，包括光源、显微物镜、管镜、图像探测器、控制模块和数据处理模块，其中，光源包括垂直照明光源和倾斜照明单元。垂直照明光源和各倾斜照明单元的出射光能够照射到被观测样品上而激发出散射场，散射场经显微物镜收集后再经管镜整形而入射到图像探测器，并由数据处理模块转换成远场强度图。控制模块按时序控制各光源的点亮以及各光源照明下图像探测器对被观测样品散射场信号的采集。数据处理模块通过对被观测样品空间频谱信息的重构，最终实现无论是在透射式照明还是反射式照明条件下，被观测样品表面复杂缺陷特征轮廓信息和细节特征信息的检测成像。细节特征信息的检测成像。细节特征信息的检测成像。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间分步式移频照明的缺陷检测系统


[0001]本专利技术涉及产品表面缺陷检测装置，属于表面缺陷检测领域。

技术介绍

[0002]产品表面的缺陷检测是实现产品质量把关、提升生产工艺、优化产品性能的重要手段之一。人工检测是产品表面缺陷检测的传统方式，但是随着社会的发展进步，传统的检测方式已经无法满足检测速度、检测准确度等要求。随着工业自动化的发展，凭借非接触、无损伤、安全可靠、光谱响应范围宽和生产效率高等优点，基于机器视觉的缺陷检测技术得到快速发展。如公开号为CN105973912A的专利文献公开了一种基于线阵光源照明、线阵工业相机检测的真皮表面缺陷检测装置；公开号为CN104897693A的专利文献提出了一种玻璃表面缺陷增强检测装置，这类专利文献通过单一方向的倾斜照明实现对被观测样品表面缺陷的放大成像，但是，受限于成像接收物镜的数值孔径NA（通常为低倍大视场低NA显微物镜），单次照明成像所能接收到样品空间频谱信息有限，会造成沿其他方向分步的缺陷特征缺失。公开号为CN102023164A的专利文献则提供了一种低角度环形光源暗场照明的检测装置，这类照明成像方式虽然解决了单一方向照明的缺陷特征缺失问题，但由于频谱信息的混叠，无法通过频谱重构给出尺寸跨度较大的被观测样品的全部细节信息，存在漏检和错检问题。
[0003]公开号为CN105225202A、CN104181686A和CN106199941A的专利文献提出FPM成像方法，该方法通过样品空间频谱重构的方式，提升整个成像系统的空间带宽积SBP（Space Bandwidth Product），进而实现对样品空间频谱信息的扩增与重构。然而，相关专利文献所提方法均为透射式照明，对于非透明样品表面的显微观察则不适用。同时，当LED照明单元距离中心较远时，入射光发散角较大，傅里叶变换获取的子孔径频谱信息的准确度会降低。
[0004]一种能够实现快速分步式反射照明，并能够通过准确的频谱重构提升成像系统空间带宽积的缺陷检测装置是目前所没有的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于空间分步式移频照明的缺陷检测系统，通过子孔径频谱信息的重构，获取被观测样品表面复杂缺陷的细节特征信息。
[0006]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：本专利技术基于空间分步式移频照明的缺陷检测系统包括光源、显微物镜、管镜、图像探测器、控制模块和数据处理模块，所述光源包括垂直照明光源和倾斜照明单元；所述垂直照明光源和各所述倾斜照明单元的出射光能够照射到被观测样品上而激发出散射场；所述散射场能够被显微物镜收集，后再经管镜整形而入射到图像探测器，由图像探测器采集散射场信号；所述控制模块能够按时序控制图像探测器在各光源照明条件下对被观测样品的散射场信号进行采集并转换成电学信号发送给数据处理模块，并能够在一个光源照明条件下的散射场信号的采集完成后再点亮下一个光源；所述控制模块能够控制数据处理模块将来自于图像探测器的电学信号转换为远
场强度图并获取各远场强度图的子孔径频谱信息进行频谱拼接重构；所述垂直照明光源和各倾斜照明单元照射下形成的远场强度图所对应的相邻子孔径频谱信息间相互重叠，以使数据处理模块在按照频谱拼接重构法进行空间频谱重构时，能够获取被观测样品的宽频段空间频谱信息收敛解，得到被观测样品的重构图像。
[0007]进一步地，本专利技术所述垂直照明光源、倾斜照明单元、显微物镜和图像探测器均位于被观测样品的同一侧；或者，垂直照明光源、倾斜照明单元位于被观测样品的一侧，显微物镜和图像探测器位于被观测样品的另一侧。
[0008]进一步地，本专利技术各所述倾斜照明单元呈同心环分布；或者，各倾斜照明单元固定在一球形曲面上并在不同高度上呈圆环形分布。
[0009]进一步地，本专利技术分布在同一个环上的倾斜照明单元的出射波长相同。
[0010]进一步地，本专利技术来自垂直照明光源的光经光学透镜、分束镜、显微物镜后垂直照射于被观测样品上。
[0011]进一步地，本专利技术还包括二维扫描微位移台，样品台固定于二维扫描微位移台之上，在数据处理模块完成被观测样品的一个成像位置处的图像重构后，所述控制模块能够控制二维扫描微位移台移动样品台上的被观测样品到下一个成像位置处。
[0012]进一步地，本专利技术还包括显示器，所述显示器与数据处理模块连接。
[0013]进一步地，本专利技术还包括自锁焦模块，所述控制模块能够控制自锁焦模块对被观测样品的表面进行实时锁焦成像。
[0014]进一步地，本专利技术所述数据处理模块能够对被观测样品表面的相邻成像位置的重构图像进行拼接。
[0015]进一步地，本专利技术所述数据处理模块能够对得到的拼接图像进行缺陷特征的智能识别和标定。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）利用本专利技术的检测系统，除能够给出被观测样品表面微结构的轮廓信息，还可进一步给出图像内的细节信息。（2）本专利技术可通过频谱重构给出尺寸跨度较大的被观测样品的全部细节信息，有效避免了漏检和错检的问题。（3）本专利技术在缺陷检测时，不仅可通过对透明或非透明样品进行反射式照明，还可通过对透明样品进行透射式照明，使用准确的频谱重构提升成像系统空间带宽积。
附图说明
[0017]图1是本专利技术基于空间分步式移频照明的缺陷检测系统的一个实施例的结构示意图。
[0018]图2a是本专利技术的倾斜照明单元呈同心圆环分布的示意图；图2b 是倾斜照明单元按图2a所示同心圆环分布时的频谱拼接重构示意图。
[0019]图3是倾斜照明单元按图2a所示同心圆环分布时，垂直照明光源及三组圆环形倾斜照明单元的施加时序图，其中T表示时间。
[0020]图4a是仿真设计的理想微结构图（同心圆环对，线宽为192 nm，线对中心间距为960 nm）；图4b是本专利技术采用垂直照明和24个方向分步式移频倾斜照明（由内至外，三组圆环上的倾斜照明单元对应照明倾斜入射角分别为25
°
、40
°
和65
°
）时，通过频谱重构获取的被观测样品的重构图像；图4c是现有技术采用360
°
环形低角度入射照明时，被观测样品的
远场强度图（倾斜入射角度被设置为65
°
）；图4d是现有技术采用单一方向低角度入射照明时，被观测样品的远场强度图（倾斜入射角度被设置为65
°
）。
[0021]图5是本专利技术的二维扫描微位移台的三种成像扫描方式。
[0022]图1中，101.控制模块；102.垂直照明光源；103.光学透镜；104.分束镜；105.显微物镜；106.被观测样品；107.管镜；108.图像探测器；109.固定装置；110.倾斜照明单元；111. 样品台；112. 二维扫描微位移台；113.数据处理模块；114.显示器。
具体实施方式
[0023]以下结合附图和具体实施例，对专利技术的技术方案作进一步阐述。
[0024]如图1所示，本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间分步式移频照明的缺陷检测系统，其特征在于：包括光源、显微物镜（105）、管镜（107）、图像探测器（108）、控制模块（101）和数据处理模块（113），所述光源包括垂直照明光源（102）和倾斜照明单元（110）；所述垂直照明光源（102）和各所述倾斜照明单元（110）的出射光能够照射到被观测样品上而激发出散射场；所述散射场能够被显微物镜（105）收集，后再经管镜（107）整形而入射到图像探测器（108），由图像探测器（108）采集散射场信号；所述控制模块（101）能够按时序控制图像探测器（108）在各光源照明条件下对被观测样品的散射场信号进行采集并转换成电学信号发送给数据处理模块（113），并能够在一个光源照明条件下的散射场信号的采集完成后再点亮下一个光源；所述控制模块（101）能够控制数据处理模块（113）将来自于图像探测器（108）的电学信号转换为远场强度图并获取各远场强度图的子孔径频谱信息进行频谱拼接重构；所述垂直照明光源（102）和各倾斜照明单元（110）照射下形成的远场强度图所对应的相邻子孔径频谱信息间相互重叠，以使数据处理模块（113）在按照频谱拼接重构法进行空间频谱重构时，能够获取被观测样品的宽频段空间频谱信息收敛解，得到被观测样品的重构图像。2.根据权利要求1所述的缺陷检测系统，其特征在于：所述垂直照明光源（102）、倾斜照明单元（110）、显微物镜（105）和图像探测器（108）均位于被观测样品的同一侧；或者，垂直照明光源（102）、倾斜照明单元（110）位于被观测样品的一侧，显微物镜（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞陈雷，杨青，王智，徐良，殷源，王立强，刘旭，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：