[发明专利]大口径元件体内缺陷快速检测装置和方法

权利要求书

1.一种大口径元件体缺陷快速检测装置，其特征在于，包括激光器(1)、半波片(2)、偏振片(3)、光束整形器(4)、第一成像镜头(7)、第一CCD相机(8)、第二成像镜头(9)、第二CCD相机(10)、显微镜照明光源(11)、光纤(12)、YZ二维移动平台(13)、XYZ三维移动平台(14)、扫描同步控制系统(15)和计算机(16)；

所述的激光器(1)、半波片(2)、偏振片(3)、光束整形器(4)置于所述的YZ二维移动平台(13)上，且所述的激光器(1)发出的激光依次经所述的半波片(2)、偏振片(3)和光束整形器(4)形成准直带状光束沿X向输出；在该准直带状光束的垂直方向设置待测元件(5)，使准直带状光束垂直于所述的待测元件(5)的侧面入射到内部；

所述的第一成像镜头(7)、第一CCD相机(8)、第二成像镜头(9)、第二CCD相机(10)置于所述的XYZ三维移动平台(14)上，所述的第一成像镜头(7)和第一CCD相机(8)位于待测元件(5)正面，第一成像镜头(7)的光轴与准直带状光束的入射方向相互垂直；

所述的第二成像镜头(9)和第二CCD相机(10)与所述的第一成像镜头(7)并列放置，第二成像镜头(9)的光轴与第一成像镜头(7)的光轴相互平行；

所述的显微镜照明光源(11)发出的光经过所述的光纤(12)导入到所述的第二成像镜头(9)的内部，从第二成像镜头(9)出射；

所述的扫描同步控制系统(15)控制所述的YZ二维移动平台(13)和XYZ三维移动平台(14)的同步移动，保证准直带状光束的照明区域和第一成像镜头(7)的成像物面重合；所述的YZ二维移动平台(13)带动激光器(1)、半波片(2)、偏振片(3)和光束整形器(4)沿Y轴负向移动距离d；同时，所述的XYZ三维移动平台(14)带动所述的第一成像镜头(7)沿Y轴负向移动距离d/n，其中n为待测元件(5)在入射激光波长处的折射率；

所述的激光器(1)发出的激光被光束整形器(4)整形为在Z轴方向具有一定宽度和在Y轴方向具有一定厚度的准直带状光束；

所述的计算机(16)对所述的第一CCD相机(8)采集的所有图像进行拼接，并提取体缺陷(6)的中心位置的XYZ坐标，所述的第一成像镜头(7)的放大倍率小于第二成像镜头(9)的放大倍率；所述的第一成像镜头(7)和第一CCD相机(8)用于全口径快速扫描探测发现体缺陷；所述的第二成像镜头(9)和第二CCD相机(10)用于体缺陷定点放大测量；

关闭所述的激光器(1)，打开所述的显微镜照明光源(11)，根据体缺陷的中心位置的XYZ坐标，将所述的第二成像镜头(9)的聚焦位置移动到体缺陷(6)所处的低倍扫描层，对该层实行分层扫描，利用图像清晰度评价函数计算第二CCD相机(10)获取的单一体缺陷高倍层扫图像的清晰度，获取体缺陷(6)最清晰图像(17)，利用二值化、特征提取方法对体缺陷最清晰图像进行处理，提取该体缺陷(6)的尺寸。

2.根据权利要求1所述的大口径元件体缺陷快速检测装置，其特征在于，所述的第一成像镜头(7)和第二成像镜头(9)的工作距离均能保证其对待测元件(5)内部区域清晰成像。

3.利用权利要求1所述的大口径元件体缺陷快速检测装置进行大口径元件体缺陷的检测方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

①低倍全口径扫描：根据待测元件(5)的尺寸L×W×D，第一CCD相机(8)单次成像视场宽度l和高度w，X向相邻图像重叠宽度h和Z向相邻图像重叠高度v，低倍扫描单层厚度d，计算单层低倍扫描的行数、列数和扫描层数，将待测元件置于所述的光束整形器(4)输出的准直带状光束方向，使准直带状光束垂直地入射所述的待测元件(5)的内部；

②打开所述的激光器(1)：所述的第一成像镜头(7)移动到待测元件(5)左上角顶点，首先，所述的XYZ三维移动平台(14)带动第一成像镜头(7)沿X轴正向运动，单次移动距离l-h，每移动一次，所述的第一CCD相机(8)采集一次图像，完成第一行扫描；接着，所述的YZ二维移动平台(13)带动所述的激光器(1)、半波片(2)、偏振片(3)和光束整形器(4)沿Z轴正向移动距离w-v，第一成像镜头(7)沿Z轴正向移动距离w-v后，沿X轴负向开始第二行扫描，依此程序完成第一层扫描；

③所述的YZ二维移动平台(13)带动激光器(1)、半波片(2)、偏振片(3)和光束整形器(4)沿Y轴负向移动距离d；同时，所述的XYZ三维移动平台(14)带动所述的第一成像镜头(7)沿Y轴负向移动距离d/n，n为待测元件(5)在入射激光波长处的折射率，返回步骤②，完成第二层扫描；

④重复步骤③，完成待测元件(5)内部所有区域扫描；

⑤所述的计算机(16)基于特征匹配法对所述的第一CCD相机(8)采集的所有图像进行拼接，利用二值化和特征提取方法提取体缺陷(6)的中心位置的XYZ坐标；

⑥高倍定点层扫：关闭所述的激光器(1)，打开所述的显微镜照明光源(11)，根据体缺陷的位置坐标，将所述的第二成像镜头(9)的聚焦位置移动到体缺陷(6)所处的低倍扫描层，对该层实行分层扫描，利用图像清晰度评价函数计算第二CCD相机(10)获取的单一体缺陷高倍层扫图像的清晰度，获取体缺陷(6)最清晰图像(17)；

⑦利用二值化、特征提取方法对体缺陷最清晰图像进行处理，提取该体缺陷(6)的尺寸。