[發明專利]基于白光顯微干涉的微球內外表面缺陷檢測裝置及方法

在審

• 申請號: 202211210646.3
• 申請日: 2022-09-30
• 公開（公告）號: CN115598147A
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 郭仁慧;劉楊;宗毅;薛亮;蔣金威;錢宇;李建欣;陳磊
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01N21/952
• 分類號: G01N21/952;G01N21/954;G01N21/01
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

本發明公開了一種基于白光顯微干涉技術的微球內外表面缺陷檢測裝置及方法，將白光干涉技術與Linnik型顯微干涉技術相結合，裝置包括光源模塊、光程匹配模塊、顯微干涉模塊以及圖像采集模塊。白光光源經過偏振片變為線偏振光后進入光程匹配模塊，產生帶有一定光程差的偏振方向正交的光進入零位顯微干涉模塊，經參考鏡和微球分別反射后，通過移動光程匹配模塊中的位移臺來匹配測試光路和參考光路的光程差，最終在相機上獲得干涉圖。本發明提出的裝置能夠有效解決激光干涉技術中缺陷躍變處的2π整數倍相位缺失問題，實現全視場的微球零位干涉測量，通過光程匹配模塊實現不同直徑微球以及微球內外表面的表面缺陷絕對高度測量，從而獲取其表面缺陷信息。

技術領域

本發明屬于表面缺陷檢測領域，具體涉及一種基于白光顯微干涉的微球內外表面缺陷檢測裝置及方法。

背景技術

微球是微光學、微機械領域內常見的元器件，其主要應用領域——慣性約束聚變是當前最前沿的研究熱點之一，可以為人類提供高效、清潔的能源，對天體物理、爆炸模擬等研究具有重要意義，其表面面形精度對其性能有著至關重要的影響。因此實現微球表面缺陷的測量并保證測量的高精度和高效率具有重要意義。

傳統的檢測手段，如原子力顯微鏡和掃描電子顯微鏡分辨率滿足精度要求，但單次測量范圍非常小，視場為微米量級，檢測效率較低，存在孤立缺陷點容易遺漏等問題。X射線相襯成像法基于X射線顯微輻射成像，能夠對微球內外表面缺陷進行測試，處理速度快，但是該方法獲得的微球圖像只是微球的某一個截面上的圖像，且測試精度低于光學干涉等方法。數字全息顯微法優點在于單次測量速度快、實時性好，只需采集一幅干涉圖像便可進行解算。但該方案采用非共光路系統，光學元件多，質量難以保證，系統誤差大，容易受環境振動干擾。傳統的激光干涉測試技術能夠測量球面但是存在2π整數倍相位缺失的問題無法獲取大梯度表面缺陷的真實高度，經典的白光干涉測試機理難以直接應用于球面面形的檢測。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于白光顯微干涉的微球內外表面缺陷檢測裝置及方法，能夠有效解決缺陷躍變處的2π整數倍相位缺失問題，實現全視場的微球零位干涉測量，通過光程匹配模塊實現不同直徑以及微球內外表面的絕對高度測量，從而獲取其表面缺陷信息。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于白光顯微干涉的微球內外表面缺陷檢測裝置，包括白光光源、第一準直透鏡、光闌、第二準直透鏡、第一偏振片、光程匹配模塊和顯微干涉模塊，光程匹配模塊包括第一偏振分光棱鏡、第一1/4波片、第一平面反射鏡、三維微位移平臺、第二1/4波片、第二平面反射鏡、PZT移相器，顯微干涉模塊包括第二偏振分光棱鏡、第三1/4波片、第一顯微物鏡、第四1/4波片、第二顯微物鏡、球面反射鏡、第二偏振片、管鏡、CMOS相機。

白光光源發出的光經第一準直物鏡匯聚至光闌中心，后經第二準直物鏡變為平行光，通過第一偏振片變為線偏振光進入光程匹配模塊，線偏振光以與第一偏振分光棱鏡的分光面呈45°角入射至第一偏振分光棱鏡，在其分光面分成偏振方向相互垂直的P光與S光，其中透射P光作為測試光通過第一1/4波片變為圓偏振光入射至第一平面反射鏡，經第一平面反射鏡反射的光再次通過第一1/4波片變為線偏振S光后經第一偏振分光棱鏡反射后進入顯微干涉模塊。第一偏振分光棱鏡反射的S光作為參考光通過第二1/4波片變為圓偏振光入射至第二平面反射鏡，經第二平面反射鏡8反射的光再次通過第二1/4波片變為線偏振P光后經第一偏振分光棱鏡透射后進入顯微干涉模塊。