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CN110376213B - 光学检测系统及方法 - Google Patents

光学检测系统及方法 Download PDF

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CN110376213B CN201910747399.2A CN201910747399A CN110376213B CN 110376213 B CN110376213 B CN 110376213B CN 201910747399 A CN201910747399 A CN 201910747399A CN 110376213 B CN110376213 B CN 110376213B
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Abstract

本发明涉及光学技术领域，公开一种光学检测系统及方法，以快速完成物体表面的缺陷检测。本发明系统包括：多光谱光源；位于所述多光谱光源与待测物体之间的偏转装置，用于将来自所述多光谱光源出射的不同波长的光束分别偏转到与波长大小相对应的方向上，并将偏转后不同波长的光束出射至所述待测物体；数据处理装置，用于接收由所述待测物体表面反射的光束，并将该反射光谱与对应标准件反射的参考标定光谱进行光谱差异对比，确定发生差异的波长，进而根据发生差异的波长计算所述待测物体表面缺陷所对应的空间坐标。

Description

光学检测系统及方法
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种光学检测系统及方法。
背景技术
随着现代工业技术的发展，对高精度加工技术的要求越来越高，与此同时，表面检测也成为工业发展必不可少的一环，在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平。
表面检测通常是利用材料表面结构异常或缺陷或异物引起的热、声、光、电、磁等反应的变化，以物理或化学方法为手段，借助现代化技术和设备，对被测件表面缺陷(或异物)的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化进行检测。
传统光学表面缺陷检测，多采用散射能量分析法、傅里叶频谱分析法、双光束干涉法、滤波成像法等，这些方法都具有各自的局限性。例如散射能量分析法系统复杂，检测速度慢，并且无法确定缺陷的具体位置；频谱分析法受缺陷深层构造影响较大,不能够反映出缺陷表层的面积大小；双光束干涉法干涉条纹易漂移，且不适应多种缺陷检测；滤波成像法针对光束空间频谱中高频成分或低频成分成像，受噪声干扰大。
发明内容
本发明目的在于公开一种光学检测系统及方法，以快速完成物体表面的缺陷检测。
为达上述目的，本发明公开一种光学检测系统，包括：
多光谱光源；
位于所述多光谱光源与待测物体之间的偏转装置，用于将来自所述多光谱光源出射的不同波长的光束分别偏转到与波长大小相对应的方向上，并将偏转后不同波长的光束出射至所述待测物体；
数据处理装置，用于接收由所述待测物体表面反射的光束，并将该反射光谱与对应标准件反射的参考标定光谱进行光谱差异对比，确定发生差异的波长，进而根据发生差异的波长计算所述待测物体表面缺陷所对应的空间坐标。
为达上述目的，本发明公开一种相对应的光学检测方法，包括：
设置多光谱光源，并在所述多光谱光源与待测物体之间设置偏转装置；
由所述光谱偏转装置将来自所述多光谱光源出射的不同波长的光束分别偏转到与波长大小相对应的方向上，并将偏转后不同波长的光束出射至所述待测物体；
接收由所述待测物体表面反射的光束，并将该反射光谱与对应标准件反射的参考标定光谱进行光谱差异对比，确定发生差异的波长，进而根据发生差异的波长计算所述待测物体表面缺陷所对应的空间坐标。
本发明具有以下有益效果：
能快速且精准地完成物体表面的缺陷检测，部署简单、操作便捷、实用性非常强。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例公开的一种光学检测系统示意图；
图2是本发明实施例公开的一种光学检测系统示意图；
图3是本发明实施例公开的一种光学检测系统示意图；
图4是本发明实施例公开的偏振光栅对应不同波长产生不同偏转角的示意图；
图5是本发明实施例公开的待测物体表面缺陷所导致的光谱分布示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例一
本实施例公开一种光学检测系统，包括：多光谱光源、偏转装置及数据处理装置。
其中，本实施例偏转装置位于多光谱光源与待测物体之间，用于将来自多光谱光源出射的不同波长的光束分别偏转到与波长大小相对应的方向上，并将偏转后不同波长的光束出射至待测物体。
本实施例中，数据处理装置用于：接收由待测物体表面反射的光束，并将该反射光谱与对应标准件反射的参考标定光谱进行光谱差异对比，确定发生差异的波长，进而根据发生差异的波长计算所述待测物体表面缺陷所对应的空间坐标。
通常，多光谱光源出射的光为自然光。可选的，本实施例的偏转装置包括用于将自然光偏转成偏转角度相反的左旋圆偏振光与右旋圆偏振光的偏振光栅，对应的所述数据处理装置设有分别对应所述待测物体和所述标准件的两套并行的光谱获取组件；其中，当所述左旋圆偏振光对应所述待测物体时，所述右旋圆偏振光对应所述标准件；或者，当所述右旋圆偏振光对应所述待测物体时，所述左旋圆偏振光对应所述标准件。
如图1所示，本实施例系统包括：多光谱光源1、偏振光栅2和第一接收器5、第二接收器6。多光谱光源1发出的光为包含多光谱成分的混合自然光，经过偏振光栅2之后，将发生偏转，被分为1:1的两路光束，其中一束用作参考标定光，另一束用作检测光。同样的，两束光经偏振光栅2出射后的偏转角度也与波长λ有确定的对应关系，对比两路光束经标准件3和待测物体4反射后的光谱差异，即可检测待测物体的表面缺陷位置。
值得说明的是：在本实施例的描述中，为便于清楚表述各图式中的系统构件，在其通用名称前限定了“第一”、“第二”等予以区分，其限定仅为了描述方便，后续不做赘述。
可选的，本实施例偏转装置或可包括：线性偏振器、1/4波片和第一偏振光栅。其中，线性偏振器邻近所述多光谱光源设置，1/4波片位于所述线性偏振器与所述第一偏振光栅之间；第一偏振光栅位于所述1/4波片与所述待测物体之间，用于将左旋或右旋入射的不同波长的圆偏振光分别偏转成右旋或左旋方向出射的圆偏振光。
如图2所示，上述变形所对应简化系统包括了多光谱光源1、线性偏振器7、1/4波片8、偏振光栅2和第一接收器5。线性偏振器7的偏振方向和1/4波片8的快轴方向夹角为45度。多光谱光源1发出的光为包含多光谱成分的混合光，混合光束经过线性偏振器7和1/4波片8之后，变成圆偏振光。圆偏振光再经过偏振光栅2，将发生偏转，入射到反射体3上。该反射体3可以是标准件，也可以是待测物体。当反射体3是标准件时，第一接收器5接收从反射体3反射的光，获得参考光谱，记录在系统当中；当反射体3切换成待测物体时，第一接收器5接收从反射体3反射的光，获得待测物体的反射光谱，进而与系统记录的参考光谱对比，获取物体表面缺陷处的位置。
为便于更实时地同步对比获取检测结果，优选的，本实施例偏转装置还进一步包括：
部署于共用同一所述线性偏振器与所述1/4波片的位置上的分光器，用于将光束一分为二以分别对应所述待测物体和标准件。以及位于所述1/4波片与所述标准件之间的第二偏振光栅，用于将左旋或右旋入射的不同波长的圆偏振光分别偏转成右旋或左旋方向出射的圆偏振光。
如图3所示，优化的该系统包括多光谱光源1、分光器件9、线性偏振器7、1/4波片8、第一和第二共两块偏振光栅2、以及第一接收器5、第二接收器6。标号3和4分别是标准件和待测物体。从光源1发出的光为多光谱成分的混合光，混合光束经过分光器件9，被分成确定分束比的两束光。其中一束用作参考标定光，另一束用作检测光。线性偏振器7的偏振方向和1/4波片8的快轴方向夹角为45度。两束光依次经过线性偏振器7和1/4波片8之后，变成两束圆偏振光L1和L2。其中L1入射到第二偏振光栅2上，将发生偏转，偏转角度与波长λ相关，如图4所示。由于L1是多光谱的混合光束，L1从第二偏振光栅出射后，不同波长的光波成分偏转角度不一样，且偏转角度与λ有确定的对应关系，记为：θ(λ)，即：发生色散。色散后的光束照射到标准件3上，经标准件3反射后被第一接收器5接收。第一接收器5可以得到一个标准光谱S1，或者说参考标定光谱。
同理，光束L2入射到第一偏振光栅2上，也发生偏转，再照射到待测物体4上，经过待测物体4反射后被第二接收器6接收，第二接收器6从而获得另一个检测光谱S2。如果分光器件是1:1分光且待测物体无表面缺陷，那么第二接收器6得到的检测光谱S2和上述第一接收器5得到的标准光谱S1应该在误差允许范围内保持一致；如果待测物体表面存在缺陷，则如图5，那么检测光谱S2与标准光谱S1将在对应波长处有一定偏差。根据波长λ与偏转角度θ的对应关系，即可获取物体表面缺陷处的位置。
值得说明的是：在上述场景中，第一偏振光栅与光束L2的位置关系是第二偏振光栅与光束L1之间的位置关系的等同替换。且第一偏振光栅与第二偏振光栅采用的是同材质且性能参数一致的同规格产品。
实施例二
与上述实施例相对应的，本实施例公开一种光学检测方法，包括以下步骤：
步骤S1、设置多光谱光源，并在所述多光谱光源与待测物体之间设置偏转装置。
步骤S2、由所述光谱偏转装置将来自所述多光谱光源出射的不同波长的光束分别偏转到与波长大小相对应的方向上，并将偏转后不同波长的光束出射至所述待测物体。
步骤S3、接收由所述待测物体表面反射的光束，并将该反射光谱与对应标准件反射的参考标定光谱进行光谱差异对比，确定发生差异的波长，进而根据发生差异的波长计算所述待测物体表面缺陷所对应的空间坐标。
可选的，所述多光谱光源出射的光为自然光，所述偏转装置包括用于将自然光偏转成偏转角度相反的左旋圆偏振光与右旋圆偏振光的偏振光栅，对应的所述数据处理装置设有分别对应所述待测物体和所述标准件的两套并行的光谱获取组件；其中，当所述左旋圆偏振光对应所述待测物体时，所述右旋圆偏振光对应所述标准件；或者，当所述右旋圆偏振光对应所述待测物体时，所述左旋圆偏振光对应所述标准件。
可选的，本实施例偏转装置包括：线性偏振器，邻近所述多光谱光源设置；1/4波片，位于所述线性偏振器与所述第一偏振光栅之间；位于所述1/4波片与所述待测物体之间的第一偏振光栅，用于将左旋或右旋入射的不同波长的圆偏振光分别偏转成右旋或左旋方向出射的圆偏振光。
优选地，本实施例偏转装置还包括：部署于共用同一所述线性偏振器与所述1/4波片的位置上的分光器，用于将光束一分为二以分别对应所述待测物体和标准件；以及位于所述1/4波片与所述标准件之间的第二偏振光栅，用于将左旋或右旋入射的不同波长的圆偏振光分别偏转成右旋或左旋方向出射的圆偏振光。
综上，本发明上述各实施例所分别公开的光学检测系统及方法，具有以下有益效果：
能快速且精准地完成物体表面的缺陷检测，部署简单、操作便捷、实用性非常强。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (2)

1.一种光学检测系统，其特征在于，包括：
多光谱光源；
位于所述多光谱光源与待测物体之间的偏转装置，用于将来自所述多光谱光源出射的不同波长的光束分别偏转到与波长大小相对应的方向上，并将偏转后不同波长的光束出射至所述待测物体；
数据处理装置，用于接收由所述待测物体表面反射的光束，并将该反射光谱与对应标准件反射的参考标定光谱进行光谱差异对比，确定发生差异的波长，进而根据发生差异的波长计算所述待测物体表面缺陷所对应的空间坐标；
其中，所述多光谱光源出射的光为自然光，所述偏转装置包括用于将自然光偏转成偏转角度相反的左旋圆偏振光与右旋圆偏振光的偏振光栅，对应的所述数据处理装置设有分别对应所述待测物体和所述标准件的两套并行的光谱获取组件；其中，当所述左旋圆偏振光对应所述待测物体时，所述右旋圆偏振光对应所述标准件；或者，当所述右旋圆偏振光对应所述待测物体时，所述左旋圆偏振光对应所述标准件。
2.一种光学检测方法，其特征在于，包括：
设置多光谱光源，并在所述多光谱光源与待测物体之间设置偏转装置；
由所述偏转装置将来自所述多光谱光源出射的不同波长的光束分别偏转到与波长大小相对应的方向上，并将偏转后不同波长的光束出射至所述待测物体；
接收由所述待测物体表面反射的光束，并将该反射光谱与对应标准件反射的参考标定光谱进行光谱差异对比，确定发生差异的波长，进而根据发生差异的波长计算所述待测物体表面缺陷所对应的空间坐标；
其中，所述多光谱光源出射的光为自然光，所述偏转装置包括用于将自然光偏转成偏转角度相反的左旋圆偏振光与右旋圆偏振光的偏振光栅，对应的数据处理装置设有分别对应所述待测物体和所述标准件的两套并行的光谱获取组件；其中，当所述左旋圆偏振光对应所述待测物体时，所述右旋圆偏振光对应所述标准件；或者，当所述右旋圆偏振光对应所述待测物体时，所述左旋圆偏振光对应所述标准件。
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