[發明專利]一種線面陣相機結合的大口徑超凈光滑表面缺陷檢測裝置

有效

• 申請號: 201910073986.8
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN110006905B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 楊甬英;曹頻
• 申請（專利權）人: 杭州晶耐科光電技術有限公司
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發明公開了一種線面陣相機結合的大口徑超凈光滑表面缺陷檢測裝置。在對超凈光滑表面進行檢測時，本發明首先利用低放大倍率的線陣相機快速地掃描全口徑并采集樣品表面的暗場圖像，提取缺陷的位置信息，然后利用配置高定倍光學系統的面陣相機定位每一個缺陷并對圖像作進一步的數據處理分析，得到高精度的檢測結果。這種檢測模式不僅速度快，而且精度和靈敏度都更高。此外，本發明還搭載了距離傳感系統，用于待測超凈光滑表面的調平和成像系統的對焦，具有更快速的調整精度和穩定性。本發明解決了各種大口徑超凈光滑表面缺陷自動化檢測的難題，可用于各類光滑玻璃、晶圓、金屬等表面的快速檢測。

技術領域

本發明屬于機器視覺檢測技術領域，提供一種線面陣相機結合的大口徑超凈光滑表面缺陷檢測裝置，具體涉及一種快速的線面陣相機結合的大口徑超凈光滑表面缺陷檢測裝置和方法。

背景技術

在先進光學元件制造和半導體工業等領域，各類光滑玻璃、半導體晶圓、金屬等光滑表面缺陷的自動化定量檢測是元件質量控制和加工工藝監測的重要環節。光滑表面缺陷的數字化定量檢測將為保證元件的出廠質量、提高工業生產的產能等提供有力手段。目前，原有的表面缺陷檢測系統利用可變倍的顯微成像裝置，來平衡系統在檢測效率和檢測精度上的性能。這些系統采用“低倍掃描，高倍定標”的面陣相機檢測模式，即首先利用低放大倍率的顯微鏡以較大的面陣相機視場掃描整個表面并抓取出所有的疑似缺陷，然后基于他們的位置信息，將顯微鏡切換到高放大倍率，依次定位每個缺陷并捕捉高分辨率圖像，以提高缺陷的檢測精度。然而，隨著光滑表面元件口徑的增大，傳統的基于面陣相機的低倍掃描方式采集一幀圖像須停頓，以保證穩定狀態下才能采集到清晰圖像，因而速度非常慢，已逐漸無法滿足領域內對檢測速度的要求，檢測效率及產能低。同時原來的面陣相機往往采用由多塊CCD拼接而成的大幅面面陣相機，從而使圖像上不同區域的感光靈敏度出現差異。此外，在大口徑元件的掃描過程中，必須要保證整個表面都位于成像系統的對焦范圍內，否則將無法獲取清晰的圖像，這對元件的姿態調整和成像系統的對焦能力都提出了很高的要求，尤其是對于高潔凈度的光滑表面元件，表面無特征，甚至檢測環境連灰塵也控制，則傳統的基于圖像特征的自動對焦算法很難奏效。本發明針對這些問題，提出了一種線面陣相機結合的大口徑超凈光滑表面缺陷檢測裝置和方法。這種裝置主要利用線陣相機快速掃描大口徑表面，利用配置高定倍鏡頭的面陣相機高分辨率獲取缺陷的特征，提高了系統的檢測效率及產能。由此打破了國外對我國的大口徑感光面相機常利用雙塊或多塊拼接造成各塊圖像灰度成像的不均勻性的瓶頸。同時搭載了距離傳感系統，在超凈環境下，以軟硬件結合的方式實現成像系統的高精度對焦和樣品的姿態調整。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種線面陣相機結合的大口徑超凈光滑表面缺陷檢測裝置，其裝置具體如下：

本發明裝置包括低倍線陣成像系統、高倍面陣成像系統、距離傳感系統S8、XY二維導軌S1、Z向導軌S2、夾持臺S3和控制臺S12。其中低倍線陣成像系統用于快速地收集大口徑表面的缺陷信息，它由環形照明光源S5、低放大倍率的線陣鏡頭S6和線陣相機S7組成，環形照明光源S5以特定的角度斜入射超凈光滑表面樣品S4，當表面存在缺陷時，如劃痕和麻點，一部分光線被散射進線陣鏡頭S6并在線陣相機S7上成像；高倍面陣成像系統用于高精度地獲取缺陷的特征，它由面陣照明光源S13、高放大倍率的面陣鏡頭S10和面陣相機S9組成，面陣照明光源S13采用正入射的面陣照明光源S13和斜入射的暗場照明光源S11兩種方式；距離傳感系統S8用于超凈光滑樣品表面的距離測量和姿態估計；低倍線陣成像系統、高倍面陣成像系統、距離傳感系統S8三個系統均安裝于Z向導軌S2上，且均能夠在Z軸方向進行平移；待測的超凈光滑表面樣品S4放置在夾持臺S3上，夾持臺S3安裝于XY二維導軌S1上，夾持臺S3能夠進行二維偏偏轉調整，用于調整超凈光滑表面樣品S4的姿態，XY二維導軌S1用于對樣品進行掃描；控制臺S12采集低倍線陣成像系統、高倍面陣成像系統的成像圖片，且能夠用于檢測圖像處理和結果分析與輸出。

一種線面陣相機結合的大口徑超凈光滑表面缺陷檢測裝置的實現方法，具體實現如下：