[发明专利]暗场成像结合空间移相干涉的微球缺陷检测装置及方法

说明书

暗场成像结合空间移相干涉的微球缺陷检测装置及方法，涉及光学检测技术领域。为了解决检测效率低的问题。本发明使线偏振光依次透过λ/2波片、4f扩束系统和高倍显微物镜后入射至针孔反射镜的针孔，针孔反射镜衍射出的光一部分经D形反射镜反射至第二准直透镜后形成参考光，剩余部分依次透过第一准直透镜、λ/4波片、分光棱镜和显微物镜入射至被测微球，其反射光经显微物镜、分光棱镜、成像透镜和掩膜板入射至成像CCD形成被测微球的二维信息图像，分光棱镜透射光原路返回至第二准直透镜准直后构成测量光，参考光和测量光叠加经过波片组调制、检偏器使参考光和测量光产生干涉后入射至大面阵高速相机构成被测微球的三维信息图像。

技术领域

本发明属于光学检测空间物体表面三维信息的技术领域。

背景技术

微小球面作为最常用的元器件形态之一，被广泛应用于航天、军事、工业、医疗等诸多领域。微小球表面面型精度对其性能有着至关重要的影响。

传统的检测手段，如原子力显微镜、共聚焦显微镜等虽然具有很高的纵向测量精度，可是只有当单次测量范围非常小，且需要配合高精度机械扫描运动装置时才能实现整体三维形貌测量。此时受机械运动误差影响严重，同时由于采用单点式扫描测量，存在检测效率低、横向分辨能力差、孤立缺陷点容易遗漏等问题。而检测范围相对较大的干涉式测量方法又需要理想球面作为参考面，存在着参考面精度不高，制造困难等问题。

此外，传统时域移相干涉测量方法对杂散光干扰、环境振动、空气扰动等因素较为敏感，影响干涉系统的测量精度。同时，采用绕轴旋转结合时域移相干涉定点测量的检测方法效率相对较低，难以满足如精密滚珠等需要大批量检测的被测对象的检测需求。

发明内容

本发明是为了解决现有对微小球面表面缺陷测量的方法，检测效率低、实效性差，以及传统时域移相干涉测量受到环境因素影响的问题，现提供暗场成像结合空间移相干涉的微球缺陷检测装置及方法。

暗场成像结合空间移相干涉的微球缺陷检测装置，包括：激光器1、λ/2波片2、4f扩束系统3、高倍显微物镜4、针孔反射镜5、D形反射镜6、第一准直透镜7、λ/4波片8、分光棱镜9、显微物镜10、成像透镜12、掩膜板13、成像CCD14、第二准直透镜15、分光棱镜组16、波片组17、检偏器18和大面阵高速相机19，

激光器1、λ/2波片2、4f扩束系统3、高倍显微物镜4和针孔反射镜5沿同一光轴依次排布，分光棱镜9位于针孔反射镜5的镀膜侧，分光棱镜9位于针孔反射镜5法线下方、且分光棱镜9的分光面与针孔反射镜5法线之间的夹角为50°，第一准直透镜7和λ/4波片8位于分光棱镜9与针孔反射镜5之间，高倍显微物镜4和第一准直透镜7的焦点均位于针孔反射镜5的针孔处，显微物镜10位于分光棱镜9的透射光出光侧，显微物镜10、第一准直透镜7和λ/4波片8的光轴重合且该光轴与分光棱镜9的分光面夹角为45°，成像透镜12、掩膜板13和成像CCD14依次位于分光棱镜9的反射光出光侧，成像透镜12的光轴与分光棱镜9的分光面夹角为45°，成像透镜12的焦点位于掩膜板13的遮光面上，D形反射镜6位于针孔反射镜5的镀膜侧，D形反射镜6位于针孔反射镜5法线上方、且D形反射镜6的反光面与针孔反射镜5法线之间的夹角为42.5°，第二准直透镜15、分光棱镜组16、波片组17、检偏器18和大面阵高速相机19依次位于D形反射镜6的反射光出光侧，第二准直透镜15的光轴与针孔反射镜5的法线垂直，经D形反射镜6反射后、第二准直透镜15的焦点位于针孔反射镜5的针孔处，分光棱镜组16用于将第二准直透镜15的出射光分为多束与第二准直透镜15的光轴平行的光束，波片组17的光轴、检偏器18的光轴和大面阵高速相机19的相面法线均与第二准直透镜15的光轴同向。

暗场成像结合空间移相干涉的微球缺陷检测方法，该微球表面缺陷检测方法基于以下装置实现，所述装置包括：λ/2波片2、4f扩束系统3、高倍显微物镜4、针孔反射镜5、D形反射镜6、第一准直透镜7、λ/4波片8、分光棱镜9、显微物镜10、成像透镜12、掩膜板13、成像CCD14、第二准直透镜15、分光棱镜组16、波片组17、检偏器18和大面阵高速相机19，