CN111316090A - 透明或半透明材料微观缺陷检测系统及方法 - Google Patents
透明或半透明材料微观缺陷检测系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111316090A CN111316090A CN201980005534.4A CN201980005534A CN111316090A CN 111316090 A CN111316090 A CN 111316090A CN 201980005534 A CN201980005534 A CN 201980005534A CN 111316090 A CN111316090 A CN 111316090A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- scanning
- defect
- frequency
- transparent
- detected
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000007547 defect Effects 0.000 title claims abstract description 106
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 89
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims abstract description 37
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims description 6
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- 208000034656 Contusions Diseases 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/8806—Specially adapted optical and illumination features
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
- G01N21/8901—Optical details; Scanning details
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
- G01N21/8914—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles characterised by the material examined
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
- G01N21/892—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles characterised by the flaw, defect or object feature examined
- G01N21/896—Optical defects in or on transparent materials, e.g. distortion, surface flaws in conveyed flat sheet or rod
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
- G01N2021/8854—Grading and classifying of flaws
- G01N2021/8867—Grading and classifying of flaws using sequentially two or more inspection runs, e.g. coarse and fine, or detecting then analysing
- G01N2021/887—Grading and classifying of flaws using sequentially two or more inspection runs, e.g. coarse and fine, or detecting then analysing the measurements made in two or more directions, angles, positions
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
- G01N2021/8854—Grading and classifying of flaws
- G01N2021/8874—Taking dimensions of defect into account
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
- G01N2021/8887—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges based on image processing techniques
Landscapes
- Analytical Chemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
Abstract
一种透明或半透明材料微观缺陷检测系统及方法，检测系统包括：相干光源(10)，用于出射相干光束扫描透明或半透明的检材；光电传感器(20)，用于采集所述检材的散射光强成像；控制器(30)，用于获取与扫描位置对应的所述散射光强成像；对散射光强成像进行傅里叶变换，得到相应的幅度谱和相位谱，获取所述幅度谱和相位谱的截止频率；所述截止频率与所述扫描位置及对应的相对采集位置对应；监测所述截止频率不属于频率阈值范围时的扫描位置，将该扫描位置作为缺陷位置，根据所述缺陷位置确定缺陷；频率阈值范围为预先根据洛伦茨‑米氏理论计算出的，与所述相对采集位置对应的基于非纯净介质光散射的参考值范围。
Description
技术领域
本发明涉及工业检测技术领域，特别涉及一种透明或半透明材料微观缺陷检测系统及方法。
背景技术
通常情况下，产品的生产制造工艺中，气泡、杂质、裂纹、波纹、划伤、碰伤等常见的微缺陷往往难以避免。对于产品来说，这些表面缺陷会严重影响产品的使用性能和寿命；对于消费者来说，划伤是最容易被发现且最不能够容忍的缺陷之一。目前在工业检测领域中对于划伤的检测方法是：1、采用低角度的单色光对物体进行照明；2、由CCD/CMOS采集图像；3、由图像处理软件对图像进行处理并对缺陷进行检测。传统的方法由于目前照明硬件的限制，系统只能够检测出某一个方向的划伤，但实际应用中，划伤的方向是不确定的，所以容易漏检和误检。
传统技术中还有采用基于主动结构光投影的三维重构的检测方法。但对于特定的透明或半透明表面进行外观检测时，由于采用光学成像技术对透明或半透明表面进行外观检测时，常常由于表面反射太强而产生局部亮度饱和区域，使得该区域无法进行缺陷分割识别，或因透射性太强而使图像无法获得表面缺陷信息，因此常用的光学三维扫描和二维成像方法都很难对透明或半透明表面进行微观缺陷检测。
发明内容
基于此，为解决传统技术中，常用的光学三维扫描和二维成像方法都很难对透明或半透明表面进行微观缺陷检测，漏检率和误检率较高的问题，本发明特提出了一种透明或半透明材料微观缺陷检测系统。
一种透明或半透明材料微观缺陷检测系统，包括：
相干光源，用于出射相干光束扫描透明或半透明的检材；
光电传感器，用于采集所述检材的散射光强成像，所述光电传感器与所述相干光源以及所述检材在空间上具有相对采集位置，所述相对采集位置至少包括散射角和到所述检材的距离；
控制器，用于获取与扫描位置对应的所述散射光强成像；对所述散射光强成像进行傅里叶变换，得到相应的幅频曲线信息和相频曲线信息，获取所述幅频曲线信息和相频曲线信息的截止频率；所述截止频率与所述扫描位置，以及所述扫描位置对应的相对采集位置对应；
监测所述截止频率不属于频率阈值范围时的扫描位置，将该扫描位置作为缺陷位置，根据所述缺陷位置确定缺陷；
所述频率阈值范围为预先根据洛伦茨-米氏理论计算出的，与所述相对采集位置对应的基于非纯净介质光散射的参考值范围。
在其中一个实施例中，所述系统还包括载物台，用于承载所述检材；
所述载物台还包括正交的X方向和Y方向的运动机构，用于带动检材在X方向和Y方向移动以进行扫描；
所述相干光源和所述光电传感器与所述检材在扫描过程中位置相对固定。
在其中一个实施例中，所述控制器用于移动所述相干光源和/或所述光电传感器以对所述检材进行扫描；
所述控制器还用于监测所述光电传感器相对于所述相干光源和所述检材的相对采集位置，获取所述相对采集位置对应的频率阈值范围。
在其中一个实施例中，所述光电传感器的数量为N个，且N大于或等于2；N个所述光电传感器与所述相干光源以及所述检材在空间上具有N个相对采集位置。
在其中一个实施例中，扫描过程中，对于一扫描位置，对应有N个相对采集位置；
所述控制器还用于监测与扫描位置对应的N个相对采集位置采集的散射光强成像对应的N个截止频率，若存在一截止频率不属于相应的频率阈值范围，则记录所述扫描位置为缺陷位置。
在其中一个实施例中，所述相干光源为激光光源，以线扫描的方式扫描所述检材。
此外，为解决传统技术中，常用的光学三维扫描和二维成像方法都很难对透明或半透明表面进行微观缺陷检测，漏检率和误检率较高的问题，本发明还提出了一种透明或半透明材料微观缺陷检测方法，该方法基于前述的控制器。
一种透明或半透明材料微观缺陷检测方法，包括：
通过相干光束对检材进行扫描；
扫描至一扫描位置时：在相对采集位置采集所述检材的散射光强成像；对所述散射光强成像进行傅里叶变换，得到相应的幅频曲线信息和相频曲线信息，获取所述幅频曲线信息和相频曲线信息的截止频率；
所述相对采集位置至少包括散射角和到所述检材的距离；所述截止频率与所述扫描位置，以及所述扫描位置对应的相对采集位置对应；
监测所述截止频率不属于频率阈值范围时的扫描位置，将该扫描位置作为缺陷位置，根据所述缺陷位置确定缺陷；
所述频率阈值范围为预先根据洛伦茨-米氏理论计算出的，与所述相对采集位置对应的基于非纯净介质光散射的参考值范围。
在其中一个实施例中，所述扫描为线扫描，且扫描方向包括正交的X方向和Y方向。
在其中一个实施例中，所述相对采集位置为N个，且N大于或等于2；
所述监测所述截止频率不属于频率阈值范围时的扫描位置作为缺陷位置包括：
对于一扫描位置，若在与所述扫描位置对应的N个相对采集位置采集的散射光强成像对应的N个截止频率中，存在一截止频率不属于相应的频率阈值范围，则记录所述扫描位置为缺陷位置。
在其中一个实施例中，所述根据所述缺陷位置确定缺陷之后还包括：
对所述缺陷进行校验，根据校验结果更新所述频率阈值范围
实施本发明实施例，将具有如下有益效果：
采用上述透明或半透明材料微观缺陷检测系统，以及基于该系统中的控制器的透明或半透明材料微观缺陷检测方法，对于透明或半透明材料，通过相干光对其进行扫描，在扫描到一扫描位置时，在一定的散射角和距离上采集散射光强分布，并将散射光强分布与根据洛伦茨-米氏理论计算得出参考值进行比较，将散射光强分布不符合参考值的扫描位置记录为缺陷位置，从而在扫描完成后，即可通过整合检材中缺陷位置的集合确定检材中缺陷的大小和类型。上述系统和方法由于是采集的散射光，不会受到透明或半透明的检材的透光性的影响。同时，由于本发明将实时采集的散射光强分布与理论计算出的参考值进行比较，因此误检率和漏检率较低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1为一个实施例中一种透明或半透明材料微观缺陷检测系统的示意图；
图2为相同折射率不同缺陷大小空间散射光强分布图；
图3为一个实施例中折射率为0.56，缺陷大小为6.6um的散射光强分布经过FFT变换后的幅频曲线和相频曲线；
图4为一个实施例中折射率为0.56，缺陷大小为13.2um的散射光强分布经过FFT变换后的幅频曲线和相频曲线；
图5为一个实施例中缺陷检测原理示意图；
图6为一个实施例中一种透明或半透明材料微观缺陷检测方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为解决传统技术中，常用的光学三维扫描和二维成像方法都很难对透明或半透明表面进行微观缺陷检测，漏检率和误检率较高的问题，如图1所示，本发明提出了一种透明或半透明材料微观缺陷检测系统，包括：相干光源10、光电传感器20和控制器30。
其中，相干光源10，用于出射相干光束扫描透明或半透明的检材，可以是激光器、激光二极管、激光器阵列等。
光电传感器20，用于采集所述检材的散射光强成像，可以是相机也可以是其他可将光信号转换成电信号的感光元件。控制器30可以是依赖于计算机程序执行的基于冯诺依曼体系的计算机系统，可以是集成在其他部件上的单片机，也可以是独立的个人电脑，笔记本电脑，服务器设备。
本发明的透明或半透明材料微观缺陷检测系统基于广义的洛伦茨-米氏理论。
光在通过除真空以外的任意介质都会有部分光偏离原来的传播方向而向四周弥散，即光散射现象。一般将光散射分为两种类型：纯净介质光散射和非纯净介质光散射。
(1)纯净介质光散射：是指光在不含有的任何缺陷的纯净物质中传播依然会有光散射现象。这种现象是任何物质本身固有的，和传播体是否含有缺陷没有任何关系。
(2)非纯净介质光散射：是指光在含有缺陷(如气泡、杂质、裂纹、波纹、划伤、碰伤等)的物质中传播，当光遇到这些缺陷时产生的散射现象。这种散射现象不是物质本身固有的，它的散射光强弱是跟缺陷的性质有关的。其散射光和入射光的频率是相同的，其散射光强的大小也跟入射光的波长大小是有关系的，具体为：
其中，Isca为散射光强度，λ为入射光波长，a为正整数。
而基于广义的洛伦茨-米氏理论，激光光束(一种相干光)的性质与散射体相对位置的关系，可表示它们位置关系的参数定义为gn，激光入射到散射体时，当散射体的位置在光束的中心处，这时gn的表达为：
其中，ω0为激光光束的激光束腰大小。
那么，当入射的激光光束经过散射体散射后在空间一点P的光强大小为：
其中，
为P点以散射体为参考系的空间坐标，r为P点到散射体的距离，θ为P点的散射角，
为P点的方位角，q为粒径参数，m相对复折射率，ω0为激光光束的激光束腰大小，I0为入射光光强。为简化计算，可令
为0，也就是说，可限定P点在方位角为
距离为r的圆周上。
此时，P点的光强可表示为：
其中，an,bn,τn,πn为米氏散射系数。
由于在实际检测中m、q是未知的，但是可以通过
来控制光电传感器在不同空间接收位置得到不同的空间光强组合，即散射体球面上选取多个P点采集散射光强信息，并建立起空间光强与缺陷信息的关联，即可采用理论仿真与实际相结合的方法建立光电传感器采集散射光的相对采集位置(前述P点位置)与散射光强空间分布相对应的数据库模型，然后将在某一相对采集位置P点由光电传感器采集的散射光强与数据库模型中存储的与该相对采集位置P点对应的参考散射光强进行比较，根据差异即可判断该相对采集位置P点采集的散射光强是否为由缺陷引起的散射光，从而确定检材是否存在缺陷以及缺陷的大小。
应用到本发明实施例中，也就是说，光电传感器20与相干光源10以及检材在空间上具有相对采集位置，相对采集位置至少包括散射角和到所述检材的距离。控制器30则用于获取与扫描位置对应的所述散射光强成像；对所述散射光强成像进行傅里叶变换，得到相应的幅度谱和相位谱，获取所述幅度谱和相位谱的截止频率；所述截止频率与所述扫描位置，以及所述扫描位置对应的相对采集位置对应。
控制器30还用于监测所述截止频率不属于频率阈值范围时的扫描位置作为缺陷位置，根据所述缺陷位置确定缺陷；且频率阈值范围为预先根据洛伦茨-米氏理论计算出的，与所述相对采集位置对应的基于非纯净介质光散射的参考值范围。
参考图2所示，图2展示了材料折射率为0.56，缺陷半径分别为6.6um和13.2um缺陷下空间散射光强分布图。随着散射体大小的增加或变小，空间范围内波峰间的间距值变小，更确切地说两个波峰间的角度值越来越小，将一定范围内空间散射光强的分布经过FFT(傅里叶变换)，对于相同折射率(缺陷材质相同)不同的q值(缺陷大小不同)，随着q值的增大，也就是随着缺陷尺寸的增大，其相频和幅频曲线的截止频率也是随之增大的。
再参考图3和图4所示，图3和图4展示了散射光强分布经过FFT变换后的幅频曲线和相频曲线。由于随着散射体的尺寸变大，即缺陷尺寸变大，固定空间范围内其散射光的截止频率也是单调增加，所以在实际检测过程中可以通过固定空间范围内其散射光的截止频率来判断缺陷大小。在实际检测中只需要将实际接收到的散射光截止频率与理论计算仿真值进行对比就可以判断出缺陷的有无和尺寸。
具体的，在本实施例中，本系统还包括载物台40，用于承载检材。如图1所示，载物台还包括正交的X方向和Y方向的运动机构，用于带动检材在X方向和Y方向移动以进行扫描。相干光源和所述光电传感器与所述检材在扫描过程中位置相对固定。
在本实施例中，扫描的过程为，相干光源发出的线型的相干光束，载物台40在X轴或Y轴带动物体在X或Y方向运动，使得相干光束对透明或半透明的建材进行线型扫描，然后通过光电传感器对物体的散射光强成像，对图像进行处理得到物体散射光强分布图，对散射光强分布图进行FFT变换，得到幅频曲线和相频曲线，实时监测被测物体散射光强经FFT变换产生的幅频曲线信息和相频曲线信息的截止频率，并将该截止频率与前述通过理论值预先计算的相对采集位置与散射光强空间分布相对应的数据库模型中存储的，与该相对采集位置对应的频率阈值范围进行实时比较，若截止频率不在频率阈值范围中，则记录该扫描位置作为缺陷位置。
例如，参考图5所示，当载物台40沿X轴带动检材移动时，当抵达x1位置时，检测到截止频率开始不在相应的频率阈值范围中，直到x2位置时，检测到截止频率恢复在相应的频率阈值范围中，可记录在X轴上，处于x1至x2区间的位置存在缺陷。同样，当载物台40沿Y轴带动检材移动时，当抵达y1位置时，检测到截止频率开始不在相应的频率阈值范围中，直到y2位置时，检测到截止频率恢复在相应的频率阈值范围中，可记录在Y轴上，处于y1至y2区间的位置存在缺陷。那么，即可确定，在检材的四个顶点x1，x2，y1，y2确定的矩形位置存在缺陷。
在另一个实施例中，控制器30用于移动相干光源10和/或光电传感器20以对检材进行扫描。控制器30还用于监测光电传感器20相对于相干光源10和检材的相对采集位置，获取相对采集位置对应的频率阈值范围。
也就是说，可以采用固定的载物台，不通过载物台移动检材而进行扫描，而可通过移动相干光源10来移动扫描线，从而实现对检材的扫描。但对于控制器而言，缺陷识别算法是一致的，只需要获取实时相干光源10与光电传感器20的相对位置即可确定当时光电传感器20采集散射成像的相对采集位置，从而由前述的数据库中读取相应的频率阈值范围，再将其与实时监测的截断频率进行，即可识别检材的缺陷。
在一个实施例中，光电传感器的数量可以为N个，且N大于或等于2。N个光电传感器与所述相干光源以及所述检材在空间上具有N个相对采集位置，而在扫描过程中，对于一扫描位置，即对应有N个相对采集位置。
控制器还用于监测与扫描位置对应的N个相对采集位置采集的散射光强成像对应的N个截止频率，若存在一截止频率不属于相应的频率阈值范围，则记录所述扫描位置为缺陷位置。
也就是说，可设置多个光电传感器，当扫描至一扫描位置时，可在多个相对采集位置上进行采集，只要存在一个相对采集位置上采集的散射光强分布的截止频率不在数据库中预存的该相对采集位置对应的频率阈值范围内，则判定检材在该扫描位置存在缺陷。这样就避免单一光电传感器采集可能受环境光或其他噪声的影响而导致的漏检的情况，采用多个光电传感器即可在多个散射角度进行检测，从而防止漏检的情况。
控制器30在检材中的缺陷之后，可通过其他方式对检材中的缺陷进行校验，例如，人工复检，或其他方式复检，从而确认缺陷检测的准确性，若出现不准确的情况，则意味着数据库中存储的理论参考值不准确，在这种情况下，可根据复检的情况更新数据库中误检的缺陷处对应的相对采集位置对应的频率阈值范围，从而可更新理论参考值，在进行下一次检测时，则可减少误检，提高检测的准确性。
为解决传统技术中，常用的光学三维扫描和二维成像方法都很难对透明或半透明表面进行微观缺陷检测，漏检率和误检率较高的问题，如图6所示，本发明还提出了一种透明或半透明材料微观缺陷检测方法，该方法的执行依赖于计算机程序，基于前述的控制器30。具体的，该方法包括：
步骤S102：通过相干光束对检材进行扫描。
步骤S104：扫描至一扫描位置时：在相对采集位置采集所述检材的散射光强成像；对所述散射光强成像进行傅里叶变换，得到相应的幅度谱和相位谱，获取所述幅度谱和相位谱的截止频率。
所述相对采集位置至少包括散射角和到所述检材的距离；所述截止频率与所述扫描位置，以及所述扫描位置对应的相对采集位置对应。
步骤S106：监测所述截止频率不属于频率阈值范围时的扫描位置作为缺陷位置，根据所述缺陷位置确定缺陷；所述频率阈值范围为预先根据洛伦茨-米氏理论计算出的，与所述相对采集位置对应的基于非纯净介质光散射的参考值范围。
在一个实施例中，该扫描为线扫描，且扫描方向包括正交的X方向和Y方向。
在一个实施例中，相对采集位置为N个，且N大于或等于2。监测所述截止频率不属于频率阈值范围时的扫描位置作为缺陷位置包括：
对于一扫描位置，若在与所述扫描位置对应的N个相对采集位置采集的散射光强成像对应的N个截止频率中，存在一截止频率不属于相应的频率阈值范围，则记录所述扫描位置为缺陷位置。
在一个实施例中，根据所述缺陷位置确定缺陷之后还包括：对所述缺陷进行校验，根据校验结果更新所述频率阈值范围。
本发明实施例，将具有如下有益效果：
采用上述透明或半透明材料微观缺陷检测系统，以及基于该系统中的控制器的透明或半透明材料微观缺陷检测方法，对于透明或半透明材料，通过相干光对其进行扫描，在扫描到一扫描位置时，在一定的散射角和距离上采集散射光强分布，并将散射光强分布与根据洛伦茨-米氏理论计算得出参考值进行比较，将散射光强分布不符合参考值的扫描位置记录为缺陷位置，从而在扫描完成后，即可通过整合检材中缺陷位置的集合确定检材中缺陷的大小和类型。上述系统和方法由于采集的散射光，不会受到透明或半透明的检材的透光性的影响。同时，由于其将实时采集的散射光强分布与理论计算出的参考值进行比较，因此误检率和漏检率较低。
以上所揭示的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种透明或半透明材料微观缺陷检测系统，其特征在于，包括：
相干光源，用于出射相干光束扫描透明或半透明的检材；
光电传感器，用于采集所述检材的散射光强成像，所述光电传感器与所述相干光源以及所述检材在空间上具有相对采集位置，所述相对采集位置至少包括散射角和到所述检材的距离；
控制器，用于获取与扫描位置对应的所述散射光强成像；对所述散射光强成像进行傅里叶变换，得到相应的幅频曲线信息和相频曲线信息，获取所述幅频曲线信息和相频曲线信息的截止频率；所述截止频率与所述扫描位置，以及所述扫描位置对应的相对采集位置对应；
监测所述截止频率不属于频率阈值范围时的扫描位置，将该扫描位置作为缺陷位置，根据所述缺陷位置确定缺陷；
所述频率阈值范围为预先根据洛伦茨-米氏理论计算出的，与所述相对采集位置对应的基于非纯净介质光散射的参考值范围。
2.根据权利要求1所述的透明或半透明材料微观缺陷检测系统，其特征在于，所述系统还包括载物台，用于承载所述检材；
所述载物台还包括正交的X方向和Y方向的运动机构，用于带动检材在X方向和Y方向移动以进行扫描；
所述相干光源和所述光电传感器与所述检材在扫描过程中位置相对固定。
3.根据权利要求1所述的透明或半透明材料微观缺陷检测系统，其特征在于，所述控制器用于移动所述相干光源和/或所述光电传感器以对所述检材进行扫描；
所述控制器还用于监测所述光电传感器相对于所述相干光源和所述检材的相对采集位置，获取所述相对采集位置对应的频率阈值范围。
4.根据权利要求1所述的透明或半透明材料微观缺陷检测系统，其特征在于，所述光电传感器的数量为N个，且N大于或等于2；N个所述光电传感器与所述相干光源以及所述检材在空间上具有N个相对采集位置。
5.根据权利要求4所述的透明或半透明材料微观缺陷检测系统，其特征在于，扫描过程中，对于一扫描位置，对应有N个相对采集位置；
所述控制器还用于监测与扫描位置对应的N个相对采集位置采集的散射光强成像对应的N个截止频率，若存在一截止频率不属于相应的频率阈值范围，则记录所述扫描位置为缺陷位置。
6.根据权利要求1所述的透明或半透明材料微观缺陷检测系统，其特征在于，所述相干光源为激光光源，以线扫描的方式扫描所述检材。
7.一种透明或半透明材料微观缺陷检测方法，基于权利要求1至6所述的任一项的控制器，其特征在于，包括：
通过相干光束对检材进行扫描；
扫描至一扫描位置时：在相对采集位置采集所述检材的散射光强成像；对所述散射光强成像进行傅里叶变换，得到相应的幅频曲线信息和相频曲线信息，获取所述幅频曲线信息和相频曲线信息的截止频率；
所述相对采集位置至少包括散射角和到所述检材的距离；所述截止频率与所述扫描位置，以及所述扫描位置对应的相对采集位置对应；
监测所述截止频率不属于频率阈值范围时的扫描位置，将该扫描位置作为缺陷位置，根据所述缺陷位置确定缺陷；
所述频率阈值范围为预先根据洛伦茨-米氏理论计算出的，与所述相对采集位置对应的基于非纯净介质光散射的参考值范围。
8.根据权利要求7所述的透明或半透明材料微观缺陷检测方法，其特征在于，所述扫描为线扫描，且扫描方向包括正交的X方向和Y方向。
9.根据权利要求7所述的透明或半透明材料微观缺陷检测方法，其特征在于，所述相对采集位置为N个，且N大于或等于2；
所述监测所述截止频率不属于频率阈值范围时的扫描位置作为缺陷位置包括：
对于一扫描位置，若在与所述扫描位置对应的N个相对采集位置采集的散射光强成像对应的N个截止频率中，存在一截止频率不属于相应的频率阈值范围，则记录所述扫描位置为缺陷位置。
10.根据权利要求7所述的透明或半透明材料微观缺陷检测方法，其特征在于，所述根据所述缺陷位置确定缺陷之后还包括：
对所述缺陷进行校验，根据校验结果更新所述频率阈值范围。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/CN2019/081552 WO2020199206A1 (zh) | 2019-04-04 | 2019-04-04 | 透明或半透明材料微观缺陷检测系统及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111316090A true CN111316090A (zh) | 2020-06-19 |
Family
ID=71148358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201980005534.4A Pending CN111316090A (zh) | 2019-04-04 | 2019-04-04 | 透明或半透明材料微观缺陷检测系统及方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111316090A (zh) |
| WO (1) | WO2020199206A1 (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111929310A (zh) * | 2020-09-25 | 2020-11-13 | 歌尔股份有限公司 | 表面缺陷检测方法、装置、设备及存储介质 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4986659A (en) * | 1988-02-29 | 1991-01-22 | Aerometrics, Inc. | Method for measuring the size and velocity of spherical particles using the phase and intensity of scattered light |
| JP2001235396A (ja) * | 1999-12-16 | 2001-08-31 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光ファイバの欠陥検出方法 |
| CN1340155A (zh) * | 1999-12-16 | 2002-03-13 | 古河电气工业株式会社 | 检测光纤缺陷的方法 |
| US20050259248A1 (en) * | 2004-05-18 | 2005-11-24 | Gip Tung S | Nondestructive evaluation of subsurface damage in optical elements |
| JP2010008173A (ja) * | 2008-06-25 | 2010-01-14 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 光透過性フィルムの欠陥検出装置 |
| DE102009043001A1 (de) * | 2009-09-25 | 2011-04-14 | Schott Ag | Verfahren zur Bestimmung von Defekten in einem Für elektromagnetische Wellen transparenten Material, insbesonders für optische Zwecke, eine Vorrichtung hierzusowie die Verwendung dieser Materialien |
| US20150070688A1 (en) * | 2013-09-12 | 2015-03-12 | Corning Incorporated | Systems and methods for inspecting wound optical fiber |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006019468B3 (de) * | 2006-04-26 | 2007-08-30 | Siemens Ag | Optischer Sensor und Verfahren zur optischen Inspektion von Oberflächen |
| JP2009236791A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-15 | Hitachi High-Technologies Corp | 欠陥検査方法及び欠陥検査装置 |
| DE102012002174B4 (de) * | 2012-02-07 | 2014-05-15 | Schott Ag | Vorrichtung und Verfahren zum Erkennen von Fehlstellen innerhalb des Volumens einer transparenten Scheibe und Verwendung der Vorrichtung |
| JP2014044094A (ja) * | 2012-08-24 | 2014-03-13 | Hitachi High-Technologies Corp | 基板検査方法及び装置 |
| KR101981182B1 (ko) * | 2014-12-05 | 2019-05-22 | 가부시키가이샤 알박 | 기판 감시장치 및 기판 감시방법 |
-
2019
- 2019-04-04 CN CN201980005534.4A patent/CN111316090A/zh active Pending
- 2019-04-04 WO PCT/CN2019/081552 patent/WO2020199206A1/zh active Application Filing
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4986659A (en) * | 1988-02-29 | 1991-01-22 | Aerometrics, Inc. | Method for measuring the size and velocity of spherical particles using the phase and intensity of scattered light |
| JP2001235396A (ja) * | 1999-12-16 | 2001-08-31 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光ファイバの欠陥検出方法 |
| CN1340155A (zh) * | 1999-12-16 | 2002-03-13 | 古河电气工业株式会社 | 检测光纤缺陷的方法 |
| US20050259248A1 (en) * | 2004-05-18 | 2005-11-24 | Gip Tung S | Nondestructive evaluation of subsurface damage in optical elements |
| JP2010008173A (ja) * | 2008-06-25 | 2010-01-14 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 光透過性フィルムの欠陥検出装置 |
| DE102009043001A1 (de) * | 2009-09-25 | 2011-04-14 | Schott Ag | Verfahren zur Bestimmung von Defekten in einem Für elektromagnetische Wellen transparenten Material, insbesonders für optische Zwecke, eine Vorrichtung hierzusowie die Verwendung dieser Materialien |
| US20150070688A1 (en) * | 2013-09-12 | 2015-03-12 | Corning Incorporated | Systems and methods for inspecting wound optical fiber |
| CN105745523A (zh) * | 2013-09-12 | 2016-07-06 | 康宁股份有限公司 | 用于检查缠绕的光纤的系统和方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 邓谋栋: "蓝宝石晶片缺陷激光无损检测及其计算模拟研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 * |
| 陈军等: "特征提取在激光散射扫描层析技术检测硅内部微体缺陷中的应用", 《光电工程》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111929310A (zh) * | 2020-09-25 | 2020-11-13 | 歌尔股份有限公司 | 表面缺陷检测方法、装置、设备及存储介质 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2020199206A1 (zh) | 2020-10-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102438824B1 (ko) | 3차원 반도체 구조체들의 검사를 위한 결함 발견 및 레시피 최적화 | |
| JP7184763B2 (ja) | 半導体ウェハ検査用三次元イメージング | |
| US20100004875A1 (en) | Defect Inspection Method and Apparatus | |
| JP5570530B2 (ja) | ウェハー上の欠陥検出 | |
| US9377416B2 (en) | Wafer edge detection and inspection | |
| KR101489030B1 (ko) | 광학적 모양 및 위치 측정을 위한 구조-광 시스템의 정확한 이미지 획득 방법 | |
| JP3269288B2 (ja) | 光学的検査方法および光学的検査装置 | |
| CN112697800B (zh) | 一种缺陷检测装置及方法 | |
| CN106018431A (zh) | 一种实木板材表面裂纹的检测系统和检测方法 | |
| US11953312B2 (en) | System and method of object inspection using multispectral 3D laser scanning | |
| CN109425619B (zh) | 光学测量系统及方法 | |
| CN111638226B (zh) | 检测方法、图像处理器以及检测系统 | |
| US8934091B2 (en) | Monitoring incident beam position in a wafer inspection system | |
| JP5655045B2 (ja) | 光学式表面欠陥検査装置及び光学式表面欠陥検査方法 | |
| CN111316090A (zh) | 透明或半透明材料微观缺陷检测系统及方法 | |
| CN110044932B (zh) | 一种曲面玻璃表面和内部缺陷的检测方法 | |
| CN111563870B (zh) | 图像处理方法和设备、检测方法和装置、存储介质 | |
| CN111640085B (zh) | 图像处理方法和设备、检测方法和装置、存储介质 | |
| CN116026835A (zh) | 辅料自动检测装置、方法及系统 | |
| CN116840260B (zh) | 晶圆表面缺陷检测方法及装置 | |
| JP2001313321A (ja) | 基板の表面に発生する粒子の材料を識別する方法と装置 | |
| CN111007079A (zh) | 一种提高高反射光学元件缺陷检测分辨率的方法 | |
| Nava et al. | Automatic Image Inspection Method for Detection of Superficial Defects on Circular Top Sides of Cylindrical Ceramic Rods | |
| JP2006029833A (ja) | 光学素子評価方法または装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200619 |