CN105911072A - 一种球体表面微小瑕疵的光学快速检测装置 - Google Patents

一种球体表面微小瑕疵的光学快速检测装置 Download PDF

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Abstract

一种球体表面微小瑕疵的光学快速检测装置，包括偏振激光器，所述偏振激光器的输出方向设置第一偏振片和分光棱镜，所述分光棱镜的反射出光侧依次布置1/2波片、渥氏棱镜和物镜，所述物镜远离渥氏棱镜的另一侧为被测面；所述分光棱镜的折射出光侧布置反射镜，所述反射镜的出光方向依次布置第二偏振片、第二汇聚镜和用于实现剪切干涉检测的第一光电探测器，所述反射镜、分光棱镜、1/2波片、渥氏棱镜和物镜位于同一光轴上。本发明提供一种提升检测效率、减少误判率的球体表面微小瑕疵的光学快速检测装置。

Description

一种球体表面微小瑕疵的光学快速检测装置
技术领域
本发明涉及球体表面微小瑕疵检测领域，尤其是一种球体表面微小瑕疵的检测装置。
背景技术
现有的球体表面微小瑕疵检测一般都采用人眼检测，检测效率低、误判率高、
发明内容
为了克服已有球体表面微小瑕疵检测方式的检测效率较低、误判率较高的不足，本发明提供一种提升检测效率、减少误判率的球体表面微小瑕疵的光学快速检测装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种球体表面微小瑕疵的光学快速检测装置，包括偏振激光器，所述偏振激光器的输出方向设置第一偏振片和分光棱镜，所述分光棱镜的反射出光侧依次布置1/2波片、渥氏棱镜和物镜，所述物镜远离渥氏棱镜的另一侧为被测面；所述分光棱镜的折射出光侧布置反射镜，所述反射镜的出光方向依次布置第二偏振片、第二汇聚镜和用于实现剪切干涉检测的第一光电探测器，所述反射镜、分光棱镜、1/2波片、渥氏棱镜和物镜位于同一光轴上。
进一步，所述检测装置还包括第二汇聚镜，所述第二汇聚镜位于反射镜远离分光棱镜的一侧，所述第二汇聚镜的出光方向与用于实现散射检测的第二光电探测器，所述第二汇聚镜与分光棱镜位于同一光轴上。
优选的，所述分光棱镜的反射角为90°。
所述反射镜为90°反射角的反射镜。
本发明的技术构思为：基于光学检测技术的球体表面微小瑕疵快速检测装置可对光滑球体表面进行快速检测，检测分辨率可达微米级。根据小角度剪切干涉对于表面微小划痕、亚微米级台阶等的高灵敏度检测效果，以及表面瑕疵对光的散射效应，在一个装置中，并在一个同光路的光学结构中实现小角度剪切干涉和散射检测，可有效检测球体表面的各种微小瑕疵。
本发明的有益效果主要表现在：提升检测效率、减少误判率。
附图说明
图1是球体表面微小瑕疵的光学快速检测装置的示意图。
图2是偏振原理图。
图3是渥氏棱镜的光路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图3，一种球体表面微小瑕疵的光学快速检测装置，包括偏振激光器1，所述偏振激光器1的输出方向设置第一偏振片2和分光棱镜3，所述分光棱镜3的反射出光侧依次布置1/2波片4、渥氏棱镜5和物镜6，所述物镜6远离渥氏棱镜5的另一侧为被测面；所述分光棱镜3的折射出光侧布置反射镜7，所述反射镜7的出光方向依次布置第二偏振片8、第二汇聚镜9和用于实现剪切干涉检测的第一光电探测器10，所述反射镜7、分光棱镜3、1/2波片4、渥氏棱镜5和物镜6位于同一光轴上。
进一步，所述检测装置还包括第二汇聚镜11，所述第二汇聚镜11位于反射镜7远离分光棱镜的一侧，所述第二汇聚镜11的出光方向与用于实现散射检测的第二光电探测器12，所述第二汇聚镜11与分光棱镜3位于同一光轴上。
优选的，所述分光棱镜3的反射角为90°。所述反射镜7为90°反射角的反射镜。
本实施例中，由偏振激光器发出的一束准直光经偏振片后入射到一个分光棱镜BS上，偏振片的作用是将由偏振激光器发出的光的线偏振性进一步提高。
分光棱镜BS将50％的入射光反射90°后入射到一个1/2波片，另外的50％光强透过BS后离开光学***。
1/2波片的光轴与入射偏振光的偏振方向成一个22.5°的角度。所以偏振光束经过该1/2波片后其偏振方向将旋转45o，与波片光轴夹角的绝对值仍为22.5°，但在波片光轴的另一边，如图2所示。
该光束再入射到一个渥氏棱镜，该渥氏棱镜的o光轴与入射光的偏振方向成45°，该偏振光束在经过该渥氏棱镜后，50％的光强将成为o光束，另外50％的光强将成为e光束，o光和e光的偏振方向相互垂直。渥氏棱镜将使得这两束o光和e光在离开渥氏棱镜是相互之间产生一个很小的角度，如图3所示。
O光和e光之间的夹角及物镜的焦距决定了经过物镜聚焦后两个光点之间的距离，如果o光和e光之间的夹角很小，则可以使两个光电之间的距离达到几个微米。经过物镜聚焦后的两个光点(o光和e光)经过被测表面的反射和散射，沿与原来相反的方向经过物镜后经渥氏棱镜，1/2波片，BS后经一个小口径的反射镜反射后再经过偏振片2。偏振片2的作用是将o光和e光中沿偏振片2光轴方向的分量取出，并经过一个汇聚镜2后再光电探测器上形成干涉。
调整渥氏棱镜沿水平方向的位置，可以使得被测表面是一个平面时，o光和e光沿偏振片2光轴方向的分量干涉相消，使得光电探测器上的光强接近零，实现暗场检测条件。
当被测表面在两个光点之间有微小的高度差时，如划痕，麻点，凹坑，污渍等，则o光和e光的光程差将发生变化，使得在光电探测器上得干涉不再相消。此时光电探测器的光强大于零，产生光电信号。光电信号的强弱取决于两个光点之间的光程差，在光程差达到1/4波长或其奇数倍时，达到最大。从而可以非常灵敏地检测到光滑表面上得微小瑕疵。
从被测表面散射回来的光，由于角度偏离物镜的光轴，在返回光学***时，将绕过小反射镜而到达汇聚镜1，经汇聚镜1聚焦后达到一个高灵敏的光电探测器APD(光电倍增管或雪崩二极管),通过对散射光的检测，可以检测到剪切干涉不易检测到的瑕疵，如当两光点之间的光程差是1/2波长的整数倍的情况。
检测时，转动被测球体，记录光电探测器上得光强信号及APD上得光强信号，对信号进行处理后，将球体的位置信号与剪切干涉信号和散射光强信号合成被测球体表面的瑕疵图，完成检测。
本实施例的方案，采用渥氏棱镜、物镜、第二偏振片、1/2波片、小口径反射镜及第一光电探测器实现对光滑表面的剪切干涉测量，通过小口径反射镜可让部分较大角度的散射光绕过反射镜进入第二光电探测器，可同时实现剪切干涉检测表面瑕疵和散射检测表面瑕疵。再者，通过旋转被测球体，如全覆盖旋转方法，可实现对球体表面瑕疵的全覆盖检测。

Claims (4)

1.一种球体表面微小瑕疵的光学快速检测装置，其特征在于：所述检测装置包括偏振激光器，所述偏振激光器的输出方向设置第一偏振片和分光棱镜，所述分光棱镜的反射出光侧依次布置1/2波片、渥氏棱镜和物镜，所述物镜远离渥氏棱镜的另一侧为被测面；所述分光棱镜的折射出光侧布置反射镜，所述反射镜的出光方向依次布置第二偏振片、第二汇聚镜和用于实现剪切干涉检测的第一光电探测器，所述反射镜、分光棱镜、1/2波片、渥氏棱镜和物镜位于同一光轴上。
2.如权利要求1所述的球体表面微小瑕疵的光学快速检测装置，其特征在于：所述检测装置还包括第二汇聚镜，所述第二汇聚镜位于反射镜远离分光棱镜的一侧，所述第二汇聚镜的出光方向与用于实现散射检测的第二光电探测器，所述第二汇聚镜与分光棱镜位于同一光轴上。
3.如权利要求1或2所述的球体表面微小瑕疵的光学快速检测装置，其特征在于：所述分光棱镜的反射角为90°。
4.如权利要求1或2所述的球体表面微小瑕疵的光学快速检测装置，其特征在于：所述反射镜为90°反射角的反射镜。
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