[发明专利]一种线面阵相机结合的大口径超净光滑表面缺陷检测装置

说明书

本发明公开了一种线面阵相机结合的大口径超净光滑表面缺陷检测装置。在对超净光滑表面进行检测时，本发明首先利用低放大倍率的线阵相机快速地扫描全口径并采集样品表面的暗场图像，提取缺陷的位置信息，然后利用配置高定倍光学系统的面阵相机定位每一个缺陷并对图像作进一步的数据处理分析，得到高精度的检测结果。这种检测模式不仅速度快，而且精度和灵敏度都更高。此外，本发明还搭载了距离传感系统，用于待测超净光滑表面的调平和成像系统的对焦，具有更快速的调整精度和稳定性。本发明解决了各种大口径超净光滑表面缺陷自动化检测的难题，可用于各类光滑玻璃、晶圆、金属等表面的快速检测。

技术领域

本发明属于机器视觉检测技术领域，提供一种线面阵相机结合的大口径超净光滑表面缺陷检测装置，具体涉及一种快速的线面阵相机结合的大口径超净光滑表面缺陷检测装置和方法。

背景技术

在先进光学元件制造和半导体工业等领域，各类光滑玻璃、半导体晶圆、金属等光滑表面缺陷的自动化定量检测是元件质量控制和加工工艺监测的重要环节。光滑表面缺陷的数字化定量检测将为保证元件的出厂质量、提高工业生产的产能等提供有力手段。目前，原有的表面缺陷检测系统利用可变倍的显微成像装置，来平衡系统在检测效率和检测精度上的性能。这些系统采用“低倍扫描，高倍定标”的面阵相机检测模式，即首先利用低放大倍率的显微镜以较大的面阵相机视场扫描整个表面并抓取出所有的疑似缺陷，然后基于他们的位置信息，将显微镜切换到高放大倍率，依次定位每个缺陷并捕捉高分辨率图像，以提高缺陷的检测精度。然而，随着光滑表面元件口径的增大，传统的基于面阵相机的低倍扫描方式采集一帧图像须停顿，以保证稳定状态下才能采集到清晰图像，因而速度非常慢，已逐渐无法满足领域内对检测速度的要求，检测效率及产能低。同时原来的面阵相机往往采用由多块CCD拼接而成的大幅面面阵相机，从而使图像上不同区域的感光灵敏度出现差异。此外，在大口径元件的扫描过程中，必须要保证整个表面都位于成像系统的对焦范围内，否则将无法获取清晰的图像，这对元件的姿态调整和成像系统的对焦能力都提出了很高的要求，尤其是对于高洁净度的光滑表面元件，表面无特征，甚至检测环境连灰尘也控制，则传统的基于图像特征的自动对焦算法很难奏效。本发明针对这些问题，提出了一种线面阵相机结合的大口径超净光滑表面缺陷检测装置和方法。这种装置主要利用线阵相机快速扫描大口径表面，利用配置高定倍镜头的面阵相机高分辨率获取缺陷的特征，提高了系统的检测效率及产能。由此打破了国外对我国的大口径感光面相机常利用双块或多块拼接造成各块图像灰度成像的不均匀性的瓶颈。同时搭载了距离传感系统，在超净环境下，以软硬件结合的方式实现成像系统的高精度对焦和样品的姿态调整。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种线面阵相机结合的大口径超净光滑表面缺陷检测装置，其装置具体如下：

本发明装置包括低倍线阵成像系统、高倍面阵成像系统、距离传感系统S8、XY二维导轨S1、Z向导轨S2、夹持台S3和控制台S12。其中低倍线阵成像系统用于快速地收集大口径表面的缺陷信息，它由环形照明光源S5、低放大倍率的线阵镜头S6和线阵相机S7组成，环形照明光源S5以特定的角度斜入射超净光滑表面样品S4，当表面存在缺陷时，如划痕和麻点，一部分光线被散射进线阵镜头S6并在线阵相机S7上成像；高倍面阵成像系统用于高精度地获取缺陷的特征，它由面阵照明光源S13、高放大倍率的面阵镜头S10和面阵相机S9组成，面阵照明光源S13采用正入射的面阵照明光源S13和斜入射的暗场照明光源S11两种方式；距离传感系统S8用于超净光滑样品表面的距离测量和姿态估计；低倍线阵成像系统、高倍面阵成像系统、距离传感系统S8三个系统均安装于Z向导轨S2上，且均能够在Z轴方向进行平移；待测的超净光滑表面样品S4放置在夹持台S3上，夹持台S3安装于XY二维导轨S1上，夹持台S3能够进行二维偏偏转调整，用于调整超净光滑表面样品S4的姿态，XY二维导轨S1用于对样品进行扫描；控制台S12采集低倍线阵成像系统、高倍面阵成像系统的成像图片，且能够用于检测图像处理和结果分析与输出。

一种线面阵相机结合的大口径超净光滑表面缺陷检测装置的实现方法，具体实现如下：