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CN108489987A - 用于光滑表面物体内部缺陷的检测装置 - Google Patents

用于光滑表面物体内部缺陷的检测装置 Download PDF

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CN108489987A
CN108489987A CN201810231943.3A CN201810231943A CN108489987A CN 108489987 A CN108489987 A CN 108489987A CN 201810231943 A CN201810231943 A CN 201810231943A CN 108489987 A CN108489987 A CN 108489987A
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speckle
smooth surface
laser
speculum
detection device
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CN201810231943.3A
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王永红
孙方圆
闫佩正
钟诗民
陈维杰
赵琪涵
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Hefei University of Technology
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Hefei University of Technology
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Abstract

本发明涉及光学检测技术领域，公开了一种用于光滑表面物体内部缺陷的检测装置，其包括激光器、扩束镜、散斑产生装置、剪切干涉装置和电荷藕合器件图像传感器，所述激光器出射的激光经所述扩束镜扩束后照射到所述散斑产生装置，经所述散斑产生装置形成散斑后入射到被测物体的光滑表面，携带所述被测物体的表面信息的散斑经过所述剪切干涉装置照射到所述电荷藕合器件图像传感器靶面上，以在所述电荷藕合器件图像传感器靶面上形成散斑干涉图，其中，所述散斑产生装置包括若干块毛玻璃，所述毛玻璃的粗糙面面向所述扩束镜。该检测装置不改变被测物体表面性质、激光利用率高，且对激光器的要求低。

Description

用于光滑表面物体内部缺陷的检测装置
技术领域
本发明涉及光学检测技术领域，具体涉及一种用于光滑表面物体内部缺陷的检测装置。
背景技术
由于散斑的产生只能发生在粗糙物体表面，因此迈克尔逊剪切散斑干涉的方法主要用于粗糙表面的测量。在光滑表面物体测量方面，散斑的发生一般采用喷涂显像剂的方法，将光滑表面变成可以发生散斑的粗糙表面；或者采用激光照射粗糙表面，在粗糙表面产生散斑后，再由粗糙表面反射至光滑表面。
然而采用喷涂显像剂的方法，可能导致被测物体表面的形貌发生变化，喷涂不均匀或者喷涂过少都会导致最后无法检测出缺陷，在实际应用中，对光滑表面喷涂可能导致被测物体表面物理化学性质发生变化，使得被测物体不可继续使用，因此在实际测量中，并不适用。而采用激光照射粗糙表面再由粗糙表面反射至光滑被测物体表面，由于粗糙表面形成的是漫反射，到达光滑表面的光束非常少，对激光的利用率极低，即使是大功率激光器，可能由于放置原因，光滑表面上接受到的散斑也无法进行测量，或者光滑表面上反射的光大多数是来自于激光器或周围物体的光，有用信息较少。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种用于光滑表面物体内部缺陷的检测装置，该检测装置不改变被测物体表面性质、激光利用率高，且对激光器的要求低。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于光滑表面物体内部缺陷的检测装置，其包括激光器、扩束镜、散斑产生装置、剪切干涉装置和电荷藕合器件图像传感器，所述激光器出射的激光经所述扩束镜扩束后照射到所述散斑产生装置，经所述散斑产生装置形成散斑后入射到被测物体的光滑表面，携带所述被测物体表面信息的散斑经过所述剪切干涉装置照射到所述电荷藕合器件图像传感器靶面上，以在所述电荷藕合器件图像传感器靶面上形成散斑干涉图，其中，所述散斑产生装置包括若干块毛玻璃，所述毛玻璃的粗糙面面向所述扩束镜。
其中，所述散斑干涉装置包括多块彼此平行且间隔设置的毛玻璃，多块所述毛玻璃的粗糙面均面向所述扩束镜。
其中，所述毛玻璃的数量为2块。
其中，所述剪切干涉装置包括分光棱镜，以及位于所述分光棱镜的第一出光方向的第一反射镜和位于所述分光棱镜的第二出光方向的第二反射镜，经所述第一反射镜反射的第一光束和经所述第二反射镜反射的第二光束投照到所述电荷藕合器件图像传感器靶面上，以在所述电荷藕合器件图像传感器靶面上形成所述第一光束和所述第二光束经过相互干涉形成的散斑干涉图。
其中，所述第一反射镜和所述第二反射镜中的一个与压电陶瓷连接，所述压电陶瓷与控制器连接，以便在所述控制器的控制下移动，从而带动与其连接的所述第一反射镜或所述第二反射镜移动。
(三)有益效果
本发明所提供的用于光滑表面物体内部缺陷的检测装置包括激光器、扩束镜、散斑产生装置、剪切干涉装置和电荷藕合器件图像传感器、激光器出射的激光经扩束镜扩束后照射到散斑产生装置，经散斑产生装置形成散斑然后入射到被测物体的表面，携带所述被测物体表面信息的散斑经过剪切干涉装置照射到电荷藕合器件图像传感器靶面上，以在电荷藕合器件图像传感器靶面上形成散斑干涉图，其中，散斑产生装置包括若干块毛玻璃，毛玻璃的粗糙面面向扩束镜。该检测装置通过若干毛玻璃形成的散斑产生装置产生散斑并照射到光滑物体表面，携带光滑表面物体信息的散斑经过剪切干涉装置照射到电荷藕合器件图像传感器(CCD)靶面，通过记录光滑表面物体散斑信息的变化情况，达到检测光滑表面物体内部缺陷的目的。该检测装置通过散斑产生装置达到了产生较好散斑效果的目的，可以做到在不损伤光滑表面物体的前提下，得到光滑物体内部缺陷信息；此外可以得到面积较大且光强较为均匀的散斑，保证了测量的视场范围；另外，相比较利用粗糙表面产生散斑并反射到光滑表面上的方法，大大提高了激光的利用率，降低了对激光器功率的要求。
附图说明
图1是根据本发明的一种用于光滑表面物体内部缺陷的检测装置的一个优选实施例的结构示意图。
图中，1：激光器；2：扩束镜；3：散斑产生装置；4：被测物体；5：第一反射镜；6：分棱镜；7：第二反射镜；8：电荷藕合器件图像传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1示出了根据本发明的一种用于光滑表面物体内部缺陷的检测装置的一个优选实施例。如图所示，该检测装置包括激光器1、扩束镜2、散斑产生装置3、剪切干涉装置和电荷藕合器件图像传感器8，其中激光器1出射的激光经扩束镜2扩束后照射到散斑产生装置3，经散斑产生装置3形成的散斑入射到被测物体4的光滑表面，并经被测物体4的光滑表面反射到剪切干涉装置，然后投照到电荷藕合器件图像传感器8靶面上，以在电荷藕合器件图像传感器8靶面上形成散斑干涉图。其中，散斑产生装置3包括两块毛玻璃，毛玻璃的粗糙面面向扩束镜。使用时，散斑产生装置3将激光器1经过扩束镜照射到毛玻璃上的光束匀光并产生效果较好的散斑后，散斑照射到被测物体4的光滑表面上，携带被测物体4表面信息的散斑经过剪切干涉装置照射到电荷藕合器件图像传感器(CCD)靶面，通过记录被测物体表面散斑信息的变化情况，能够达到检测被测物体4内部缺陷的目的。该检测装置通过两块毛玻璃形成的散斑产生装置3达到了产生较好散斑效果的目的，可以做到在不损伤光滑表面的前提下，得到光滑表面物体内部缺陷信息，此外可以得到面积较大且光强较为均匀的散斑，保证了测量的视场范围；另外，相比较利用粗糙表面产生散斑并反射到光滑表面上的方法，大大提高了激光的利用率，降低了对激光器功率的要求。
在该实施例中，散斑产生装置3包括两块彼此平行且间隔设置的毛玻璃，其中第一块毛玻璃的粗糙面面向扩束镜，第二块毛玻璃的粗糙面面向第一块毛玻璃的光滑面，且第二块毛玻璃与被测物体4间隔一定距离，以保证光滑表面反射的散斑可以直接反射进入后续的剪切干涉装置。虽然在该实施例中示出了散斑产生装置3包含两块毛玻璃，然而需要说明的是，在本发明的其它一些实施例中，散斑产生装置3也可以包含一块毛玻璃或两块以上的毛玻璃，当包含多块毛玻璃时，优选多块毛玻璃相互平行且间隔设置。
剪切干涉系统包括分光棱镜6，以及位于分光棱镜6的第一出光方向的第一反射镜5和位于分光棱镜6的第二出光方向的第二反射镜7，经第一反射镜5反射的第一光束和经第二反射镜7反射的第二光束投照到电荷藕合器件图像传感器8靶面上，以在电荷藕合器件图像传感器8靶面上形成第一光束和第二光束经过相互干涉形成的散斑干涉图。通过被测物体4光滑表面变形前后光强或相位变化情况，对带有缺陷的光滑表面进行缺陷检测。
优选地，第一反射镜5和第二反射镜7中的一个与压电陶瓷(未示出)连接，该压电陶瓷与控制器(例如电脑)连接，以便在控制器的控制下移动，从而带动与其连接的第一反射镜5或第二反射镜7移动，由此引入相移。
使用时，激光器1出射的激光经扩束镜2扩束后照射到散斑产生装置3，经散斑产生装置3形成散斑然后入射到被测物体4的光滑表面，携带被测物体4光滑表面信息的散斑反射到剪切干涉装置，由剪切干涉装置中的分光棱镜6将散斑一分为二分别入射到第一反射镜5和第二反射镜7上，经过第一反射镜5反射的第一光束和经第二反射镜7反射的第二光束投照到电荷藕合器件图像传感器8靶面上，通过控制器控制压电陶瓷以带动第一反射镜5或第二反射镜7移动，由此引入相移，以在电荷藕合器件图像传感器8靶面上形成第一光束和第二光束经过相互干涉形成的散斑干涉图，通过被测物体4光滑表面变形前后光强或相位变化情况，以对带有缺陷的光滑表面进行缺陷检测。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于光滑表面物体内部缺陷的检测装置，其特征在于，包括激光器、扩束镜、散斑产生装置、剪切干涉装置和电荷藕合器件图像传感器，所述激光器出射的激光经所述扩束镜扩束后照射到所述散斑产生装置，经所述散斑产生装置形成散斑后入射到被测物体的光滑表面，携带所述被测物体表面信息的散斑经过所述剪切干涉装置照射到所述电荷藕合器件图像传感器靶面上，以在所述电荷藕合器件图像传感器靶面上形成散斑干涉图，其中，所述散斑产生装置包括若干块毛玻璃，所述毛玻璃的粗糙面面向所述扩束镜。
2.根据权利要求1所述的用于光滑表面物体内部缺陷的检测装置，其特征在于，所述散斑干涉装置包括多块彼此平行且间隔设置的毛玻璃，多块所述毛玻璃的粗糙面均面向所述扩束镜。
3.根据权利要求2所述的用于光滑表面物体内部缺陷的检测装置，其特征在于，所述毛玻璃的数量为2块。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的用于光滑表面物体内部缺陷的检测装置，其特征在于，所述剪切干涉装置包括分光棱镜，以及位于所述分光棱镜的第一出光方向的第一反射镜和位于所述分光棱镜的第二出光方向的第二反射镜，经所述第一反射镜反射的第一光束和经所述第二反射镜反射的第二光束投照到所述电荷藕合器件图像传感器靶面上，以在所述电荷藕合器件图像传感器靶面上形成所述第一光束和所述第二光束经过相互干涉形成的散斑干涉图。
5.根据权利要求4所述的用于光滑表面物体内部缺陷的检测装置，其特征在于，所述第一反射镜和所述第二反射镜中的一个与压电陶瓷连接，所述压电陶瓷与控制器连接，以便在所述控制器的控制下移动，从而带动与其连接的所述第一反射镜或所述第二反射镜移动。
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