[發(fā)明專利]超光滑表面缺陷檢測系統(tǒng)及其畸變校正方法

有效

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• 申請日: 2012-04-24
• 公開（公告）號: CN102661956A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設計）人: 楊甬英;王世通;曹頻;陳曉鈺;卓永模
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/95
• 分類號: G01N21/95
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發(fā)明涉及一種超光滑表面缺陷檢測系統(tǒng)及其畸變校正方法。

背景技術

大尺寸精密光學元件表面缺陷的定量檢測一直是國際上公認的光學檢測難題之一。被檢表面是一個宏觀量級，而表面上待分辨的缺陷有時需要微觀到微米量級。發(fā)明人研制的“超光滑表面缺陷檢測系統(tǒng)”利用光學顯微散射暗場成像、子圖像掃描及基于特征匹配的拼接等技術能夠實現(xiàn)對精密光學元件表面缺陷的自動化檢測和數字化評價。超光滑表面缺陷檢測系統(tǒng)可以完成最大尺寸為430mm×430mm的光學元件全口徑表面缺陷自動化定量檢測，橫向分辨率可以達到0.5μm。超光滑表面缺陷檢測系統(tǒng)中存在枕形畸變。如果不在子圖像進行圖像處理之前修正這種畸變，那么相鄰子孔徑圖像進行拼接時，可能會造成位于重疊區(qū)域的缺陷(尤其是劃痕)出現(xiàn)斷裂的情況；枕形畸變的存在也會使對缺陷的特征識別過程的結果(如長度、曲率)出現(xiàn)錯誤。在保證超光滑表面缺陷檢測系統(tǒng)所要求的參數指標的前提下，改變光學設計成本較高而且難于實現(xiàn)。因此，本發(fā)明提出的畸變校正方法對于超光滑表面缺陷檢測系統(tǒng)工作時子圖像快速的拼接和缺陷的準確檢測就顯得極為關鍵。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種超光滑表面缺陷檢測系統(tǒng)及其畸變校正方法。

超光滑表面缺陷檢測系統(tǒng)包括二維移導裝置、計算機、光學顯微成像裝置、標準板和標準板的夾持裝置，光學顯微成像裝置包括LED環(huán)形照明光源、變倍顯微鏡、CCD探測器；CCD探測器、變倍顯微鏡、LED環(huán)形照明光源順次連接組成檢測系統(tǒng)的光學顯微成像裝置，CCD探測器通過通信線纜與計算機相連，光學顯微成像裝置安放在二維移導裝置上，二維移導裝置帶動光學顯微成像裝置一起運動；LED環(huán)形照明光源產生奇數束光束經過準直變成平行光，以角度α為27°～33°入射到待檢元件或標準板表面，其中一束入射光1，照射到表面缺陷，變成散射光3進入顯微鏡，在CCD探測器形成待檢表面的暗場子圖像，傳輸并保存到計算機中，二維移導裝置帶動光學顯微成像裝置相對于待檢元件，從待檢元件左上邊緣開始，進行路線為S形的掃描運動，并以子圖像行列坐標位置A₁₁，A₂₁，A₃₁，...，A_M1，A_M2，...，A_MN命名圖像矩陣，完成對整個待檢元件的全通光口徑圖像采集，相鄰子圖像之間具有1/4～1/6的重疊區(qū)域，然后計算機拼接子圖像，得到大尺寸元件全口徑的疵病圖像。

所述的標準板采用電子束曝光、反應離子束刻蝕的方法在石英玻璃板上制作圖案，標準板分為若干區(qū)域，每個區(qū)域分別刻有相同的網格陣列，標準板從側面插入標準板的夾持裝置，通過螺釘固緊；標準板的夾持裝置設有通光孔，刻蝕的網格線與表面缺陷等效，網格線誘發(fā)入射光散射后進入顯微鏡，形成標準板的暗場圖像。

畸變校正方法包括如下步驟：

1)將標準板和標準板的夾持裝置放置在系統(tǒng)顯微鏡的工作距離處，調整標準板所在平面與顯微鏡物面重合，顯微鏡高倍下，使用網格較密的區(qū)域；低倍下，使用網格較稀疏的區(qū)域，使獲得的標準板畸變圖像有足夠多的網格交點，標準板經過顯微鏡在CCD探測器形成暗場畸變圖像，通過標準板尺寸大小、顯微鏡的放大倍率以及CCD像素大小之間的關系重構標準板不存在畸變時的理想網格圖像；

2)在標準板理想網格圖像上選取m個網格交點，m個網格交點應等間距分布在經過圖像中心的一半對角線上，同時選取m個網格交點在標準板畸變圖像上的m個對應點，獲得以圖像左上角為原點的像素直角坐標值，將坐標值轉換為以圖像中心為原點的極坐標值；

3)建立一個基于極坐標變換的畸變退化多項式模型，