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专利名称：一种基于激光散射的表面微缺陷检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于激光检测技术领域，涉及ー种表面微缺陷检测装置，尤其涉及一种基于激光散射的表面微缺陷检测装置。
背景技术：
光滑表面的缺陷检测目前已有多种方法，比较常用的是基于Machine Vision的光学检测方法。这种方法的特点是可同时检测并确定缺陷的种类、尺寸等參数，但缺点是检测速度慢、对微小缺陷灵敏度低，通常检测和分析时间在几十秒到几分钟，这种速度无法满足在线检测的需要，要达到在10秒钟内完成对一片这样的晶面检測，即使采用更快的硬件和软件技术，在短期内也无法达到对检测速度的要求。仔细观察被测光滑表面，发现大部分被 测表面是没有需检出的缺陷的，即使有，其数量也是很少的，而基于Machine Vision的检测方法必须对整个表面进行无区别的检测，因而，不管被测表面是否有缺陷，检测时间都是ー样的，而且大部分时间是用在对无缺陷的表面进行图像采集和处理。另ー种检测方法是采用激光扫描和散射检测的方法。激光扫描和散射检测技术可在很短的时间内对ー个直径为75_的光滑表面进行检测并确定缺陷的具体位置(一般可检测缺陷最小线度为I微米，如需检测更小的缺陷尺寸，检测时间会相应增加)，并对缺陷图像进行初步处理，确定是点缺陷还是线状缺陷(如划痕等)，所得到的缺陷图可传输给下一级或同台设备上的另ー个检测头进行定量分析。激光表面散射对光滑表面的微缺陷检测的超高灵敏度很早就被认识到了，如早期用于测量磁存储器硬盘表面微缺陷的光学表面分析技术(Optical Surface Analyzer,0SA)就已在磁存储器硬盘的生产过程中使用參考文献“ Method of InspectingMagnetic Disc and Apparatus Therefor and Process for Producing the MagneticDisc'US Patent :6, 078，385，Jun. 20,2000],目前美国 KLA-Tencor 公司的一款用于 LED衬底表面检测的设备也是基于这种技术，但由于传统的设计是将一束激光经聚焦后以大角度的方式入射到被测表面上，光束与表面的相互作用区域局限于光斑的尺寸，一般在几个毫米以内，通过机械地移动被测表面来完成对整个表面的检测，而无法通过扫描光束进行对表面的快速检测。这种仪器尽管可对光滑表面的微缺陷进行检测和分析，但测量速度较慢，不适合于在线检测。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于激光散射的表面微缺陷检测装置，可有效检测表面划痕、缺陷、脱膜等，代替目前的人工检测，检测速度快。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案—种基于激光散射的表面微缺陷检测装置，所述装置包括激光器，用以发出激光束；扩束装置，用以将从激光器发出的激光束扩束，扩束后的激光束作为激光散射扫描的光源；第一调整镜、第二调整镜，用以将扩束装置扩束后的激光束调整，使其经第二分光镜透射后进入振镜；振镜，用以将经过第二分光镜透射的激光束沿ー个方向快速扫描；扫描镜，用以在被测表面形成一个汇聚光点；积分球，设置于扫描镜与被测表面之间，积分球为中空结构，靠近扫描镜的一端设有第一开ロ，积分球靠近被测表面的一端设有第二开ロ ；散射光电探测器，设置于所述积分球内，用以收集被测表面漫散射光的强度參数；第二分光镜，用以将从被测表面反射的激光束输入至第三分光镜；第三分光镜，用以将第二分光镜发出的反射光分为两束，一束输入至一反射光电探測器，另一束输入至一光电位移探測器；反射光电探测器，用以收集从被测表面反射后经所述第二分光镜、第三分光镜分光的反射光，并记录反射光强度參数；衰减片，设置于第三分光镜与反射光电探测器之间；光电位移探測器，用以收集从被测表面反射后经所述第二分光镜、第三分光镜分光的反射光，并记录位移变化參数；透镜，设置于第三分光镜与光电位移探测器之间； 被测表面移动执行机构，用以执行被测表面的移动动作；控制分析系统，用以接收散射光电探测器、反射光电探测器、光电位移探測器的探测信息，并以此得到分析结果；所述控制分析系统还用以控制所述被测表面移动执行机构。作为本实用新型的一种优选方案，所述装置进ー步包括第一分光镜，用以将从激光器发出的激光束分为两束，一束被光强探测器接收，一束进入扩束装置；光强探测器，用以接收经过第一分光镜的激光束，记录其强度參数。作为本实用新型的一种优选方案，所述积分球的第一开ロ为狭长形开ロ ；第ニ开ロ为圆形的或长方形的开ロ，开ロ的直径或长度大于扫描的长度。作为本实用新型的一种优选方案，所述装置还包括第一前置放大器、第二前置放大器、第三前置放大器、接线盒、信号采集卡；所述第一前置放大器、第二前置放大器、第三前置放大器分别连接至接线盒，接线盒、信号采集卡、控制分析系统依次连接。作为本实用新型的一种优选方案，所述装置在第二分光镜与扫描镜之间设有振镜，经过第二分光镜透射的光经振镜后入射到所述扫描镜；所述振镜的转动轴正好在扫描镜的后焦面上，使入射到扫描镜的光束经扫描镜后，沿与扫描镜光轴平行的直线汇聚到被测表面上；扫描镜光轴与被测表面垂直。作为本实用新型的一种优选方案，所述扫描镜为远心扫描镜。本实用新型的有益效果在干本实用新型提出的基于激光散射的表面微缺陷检测装置，米用远心扫描镜来完成ー个方向对表面的扫描，通过在另一个与激光扫描方向垂直的方向移动被测面，来完成对整个被测面的扫描。本实用新型可对光滑表面进行连续扫描，在激光扫描方向的扫描宽度为100_，而在与它垂直方向则没有限制。设计的检测灵敏度为最小检测限(缺陷的横向尺寸为I微米，纵向尺寸为20nm)。可有效检测表面划痕、缺陷、脱膜等，代替目前的人工检测；且检测速度快，对一片4英寸的衬底的检测时间为10秒。本实用新型实现了在同一个光学測量装置中，利用同一个激光光源，可同时测量同一个被测点上漫散射和反射光强，同时测量反射光的角度偏移。

图I为本实用新型表面微缺陷检测装置的光学示意图。图2为本实用新型表面微缺陷检测装置的检测流程图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。实施例一请參阅图I、图2，本实用新型掲示了一种基于激光散射的表面微缺陷检测装置，所述装置包括激光器I、第一分光镜2、光强探测器3、扩束装置4、第一调整镜5、第二调整镜6、第二分光镜7、振镜8、扫描镜9、积分球10、散射光电探测器11、第三分光镜12、衰减片13、反射光电探测器14、透镜15、光电位移探測器16、接线盒17、信号采集卡DAQ 18、被测表面移动执行机构19、控制分析系统30。激光器I发出激光束；第一分光镜2将从激光器I发出的激光束分为两束，一束被光强探测器3接收，一束进入扩束装置4。光强探测器3用以接收经过第一分光镜的激光束，记录其强度參数。扩束装置4用以将从激光器I发出、经过第一分光镜2的激光束扩束，扩束后的激光束作为激光散射扫描的光源。扩束装置4扩束后的激光束经过第一调整镜5、第二调整镜调整，使其经第二分光镜7透射后进入扫描镜9。经过第二分光镜7透射的光经振镜8后入射到所述振镜8。所述振镜8的转动轴正好在扫描镜9的后焦面上，使入射到扫描镜9的光束经扫描镜9后,沿与扫描镜9光轴平行的直线汇聚到被测表面20上；扫描镜光轴与被测表面20垂直。所述扫描镜9为远心扫描镜9。振镜8将入射的激光束沿ー个方向快速扫描；经远心扫描镜9后,在被测表面20形成一个汇聚光点，并划过ー个长度为L = f*20的直线。这里，f为远心扫描镜的焦距，θ为扫描振镜的扫描范围。该束光在被测表面20形成汇聚的ー个光斑。积分球10设置于扫描镜与被测表面之间，积分球10为中空结构，靠近扫描镜9的一端设有第一开ロ，积分球10靠近被测表面20的一端设有第二开ロ。本实施例中，所述积分球10的第一开ロ为狭长形开ロ ；第二开ロ为圆形的或长方形的开ロ，开ロ的直径或长度大于扫描的长度。散射光电探测器11设置于所述积分球10内，用以收集被测表面20漫散射光的强度參数。上述积分球10及散射光电探测器11组成的散射光信号检测技术可有效地将被表面20缺陷漫散射的光信号收集起来，对于没有缺陷的表面，入射光在与表面相互作用后，将主要以反射形式及透射形式(对于透明或半透明的被测表面)离开表面，对于不透明的 被测面，将主要以反射的形式离开表面，而积分球的设计使得以反射光形式离开表面的光基本上不被散射光电探测器检测到，只有经表面缺陷漫散射后离开的光才被散射光电探测器检测到，从而可有效检测表面缺陷。经表面反射的光束将按原路返回,经过第二分光镜7后,一部分将被第二分光镜7反射后一部分经过第三分光镜12后，入射到ー个ー衰减片13，经衰减片13后被反射光电探测器14接收。另一部分经第三分光镜12反射后，再经ー个汇集透镜15，聚焦到一个光电位移探測器16上，任何表面的微量倾斜会被该光电位移探測器16接收并记录下来。从表面反射回来的光反映了被测表面20的反射率、平整度、表面纹波等特性。与散射光比较,可有效检测污迹，表面纹波等。请參阅图2，本实用新型装置至少包括三个光电探測器(散射光电探测器11、反射 光电探测器14、光电位移探测器16),散射光电探测器11安装在积分球10上,负责米集表面散射产生的光信号，反射光电探测器14在反射光路中，负责采集表面污迹、水斑等信息。光电位移探測器16负责检查表面纹波等信息。三个信号分别通过各自的前置放大电路(第一前置放大器111、第二前置放大器141、第三前置放大器161)后输入ー个信号米集卡的模拟输入端。所述第一前置放大器111、第二前置放大器141、第三前置放大器161分别连接至接线盒17，接线盒17、信号采集卡18、控制分析系统30依次连接。控制分析系统30接收散射光电探测器11、反射光电探测器14、光电位移探測器16的探測信息，并以此得到分析結果。为获得ー个平面的扫描图像，在振镜扫描的同时，被测物将作一个与激光线扫描垂直方向的运动，将该方向定义为Y。通过被测表面移动执行机构19执行被测表面的移动动作。所述控制分析系统30还用以控制所述被测表面移动执行机构19的动作。整个扫描过程如下系统控制软件控制Y平移(通过控制被测表面移动执行机构19完成)，同时控制振镜扫描，在振镜从起始位置开始扫描起，系统控制软件通过DAQ卡(信号采集卡18)，开始两个通道的信号采集，并将采集到的信号存入系统的ー个缓冲器中，并在扫描信号数据的开头插入一个开始标记。在振镜完成一次扫描后，在扫描数据中插入ー个终止标记，在此同吋，Y平台沿Y方向做匀速运动，运动的速度决定于在Y方向扫描精度的要求。在振镜完成一次扫描后，控制系统将振镜的回复到起始位置，开始下一次扫描。重复该程序即可完成对ー个平面的ニ维扫描。综上所述，本实用新型提出的基于激光散射的表面微缺陷检测装置具有以下优势(I)本实用新型系统采用了ー个特殊设计的积分球作为散射信号采集器，该积分球的设计可以使入射光束沿原路返回，并使从远心扫描镜出射得，垂直与被测表面的光刻在ー个方向做线性扫描，扫描范围可达100mm。(2)设计了ー个大口径的远心扫描镜，该远心扫描镜可以接受直径达16_的准直激光束，并有±15o的扫描范围。(3)本实用新型系统可以检测经被测表面反射回来的光强及光束位移，从而测量被测表面的污迹，纹波等，与散射同步测量，结合表面散射测量的結果，可有效对超光滑表面进行表面微缺陷检测。(4)本实用新型系统采用了扫描振镜在ー个方向进行快速扫描，同时，同步控制Y移动平台来完成对ー个ニ维平面的扫描。(5)本实用新型系统采用同步控制来实现对ー个平面的扫描和对由平面上每一点产生的激光散射和剪切干涉信号的同步采集，以得到一个被测平面的完整的激光散射和剪切干涉图像。这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例， 以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
权利要求1.一种基于激光散射的表面微缺陷检测装置，其特征在于，所述装置包括 激光器，用以发出激光束； 扩束装置，用以将从激光器发出的激光束扩束，扩束后的激光束作为激光散射扫描的光源； 第一调整镜、第二调整镜，用以将扩束装置扩束后的激光束调整，使其经第二分光镜透射后进入振镜； 振镜，用以将经过第二分光镜透射的激光束沿ー个方向快速扫描； 扫描镜，用以在被测表面形成一个汇聚光点； 积分球，设置于扫描镜与被测表面之间，积分球为中空结构，靠近扫描镜的一端设有第ー开ロ，积分球靠近被测表面的一端设有第二开ロ； 散射光电探测器，设置于所述积分球内，用以收集被测表面漫散射光的强度參数； 第二分光镜，用以将从被测表面反射的激光束输入至第三分光镜； 第三分光镜，用以将第二分光镜发出的反射光分为两束，一束输入至一反射光电探测器，另一束输入至一光电位移探测器； 反射光电探测器，用以收集从被测表面反射后经所述第二分光镜、第三分光镜分光的反射光，并记录反射光强度參数； 衰减片，设置于第三分光镜与反射光电探测器之间； 光电位移探測器，用以收集从被测表面反射后经所述第二分光镜、第三分光镜分光的反射光，并记录位移变化參数； 透镜，设置于第三分光镜与光电位移探测器之间； 被测表面移动执行机构，用以执行被测表面的移动动作； 控制分析系统，用以接收散射光电探测器、反射光电探测器、光电位移探測器的探測信息，并以此得到分析结果；所述控制分析系统还用以控制所述被测表面移动执行机构。
2.根据权利要求I所述的基于激光散射的表面微缺陷检测装置，其特征在于 所述装置进ー步包括 第一分光镜，用以将从激光器发出的激光束分为两束，一束被光强探测器接收，一束进入扩束装置； 光强探测器，用以接收经过第一分光镜的激光束，记录其强度參数。
3.根据权利要求I所述的基于激光散射的表面微缺陷检测装置，其特征在于 所述积分球的第一开ロ为狭长形开ロ ；第二开ロ为圆形的或长方形的开ロ，开ロ的直径或长度大于扫描的长度。
4.根据权利要求I所述的基于激光散射的表面微缺陷检测装置，其特征在于 所述装置还包括第一前置放大器、第二前置放大器、第三前置放大器、接线盒、信号采集卡; 所述第一前置放大器、第二前置放大器、第三前置放大器分别连接至接线盒，接线盒、信号采集卡、控制分析系统依次连接。
5.根据权利要求I所述的基于激光散射的表面微缺陷检测装置，其特征在于 所述振镜的转动轴正好在扫描镜的后焦面上，使入射到扫描镜的光束经扫描镜后，沿与扫描镜光轴平行的直线汇聚到被测表面上；扫描镜光轴与被测表面垂直。
6.根据权利要求I所述的基于激光散射的表面微缺陷检测装置，其特征在于所述扫描镜为远心扫描镜。
专利摘要本实用新型揭示了一种基于激光散射的表面微缺陷检测装置，所述装置包括激光器、第一分光镜、光强探测器、扩束装置、第一调整镜、第二调整镜、第二分光镜、振镜、扫描镜、积分球、散射光电探测器、第三分光镜、衰减片、反射光电探测器、透镜、光电位移探测器、接线盒、信号采集卡、被测表面移动执行机构、控制分析系统。本实用新型提出的基于激光散射的表面微缺陷检测装置，采用远心扫描镜来完成一个方向对表面的扫描，通过在另一个与激光扫描方向垂直的方向移动被测面，来完成对整个被测面的扫描。本实用新型可有效检测表面划痕、缺陷、脱膜等，代替目前的人工检测，检测速度快。
文档编号G01N21/88GK202453298SQ20122001950
公开日2012年9月26日 申请日期2012年1月16日 优先权日2012年1月16日
发明者陆惠宗 申请人:无锡迈福光学科技有限公司