[发明专利]一种基于超声调制的亚表面缺陷检测装置及方法

说明书

本发明提供一种超声调制配合散射光检测的装置和方法。本发明装置包括超声激发装置、激光散射检测装置、运动平台、样品台、光电二极管、二极管放大器和数字示波器；将超声调制技术与激光散射缺陷检测技术相结合，通过在检测样品表面进行超声调制，引入缺陷特征在运动状态下的动态变化，观测并分析此状态下缺陷的静态光散射效应，通过对散射光强的幅值及相位变化进行分析实现对缺陷的检测。本发明在散射检测中加入超声调制，提供两种缺陷检测结果，并利用扫描方式提供直观的缺陷分布图像。本发明可应用于精密光学元件的缺陷检测，尤其适用于对亚表面缺陷有严格要求的超精密光学元件的成品检测。

技术领域

本发明涉及无损检测领域，尤其涉及一种基于超声调制的亚表面缺陷检测装置和方法。

背景技术

目前，高精密光学系统、高性能激光武器等领域在世界范围内迎来了深远的技术发展，其对光学元件的抗损伤能力提出了新的要求，对相应的缺陷检测技术也提出了更高的要求。

激光表面散射是一种可靠且实用性较强的表面缺陷检测手段，其与机器视觉相比，具有快速、高效的特点。该项技术对于微缺陷检测具有超高的灵敏度，目前已被美国KLA-Tencor公司应用于表面检测设备当中。

无损检测领域中，除检测表面的可视化缺陷外，对于亚表面缺陷的测量同样重要。在已有的研究当中，Kromine等人发明了一种利用激光线源扫描技术进行亚表面缺陷探测的方式，通过线源激光激励表面波后，观测缺陷回波的变化以实现亚表面缺陷的检测；Balogun O等人通过900ps的激光在检测的硅片样品上进行了超声激发，其激发超声频率接近1GHz，并完成了深度为70μm的MEMS工艺图案的成像。但该系统需要激发及接受GHz级别的超声，使得系统复杂且昂贵。

为此，提出一种基于超声调制的亚表面缺陷检测装置，该方法简单、快速、有效。在申请号CN201810483366.7的发明专利中提出了一种检测表面瑕疵的光学装置及方法，但是其仅适用于表面缺陷，忽略了损伤在运动状态下的动态变化，无法对亚表面的非可视化缺陷作出响应。而本发明加入超声调制后，能够同时对缺陷在运动状态下的动态变化进行观测，进一步调高了表面缺陷检测的灵敏度及精度，并提供亚表面的缺陷信息。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种超声调制配合散射光检测的装置和方法，能够提高散射光检测物体缺陷的灵敏度。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种基于超声调制的亚表面缺陷检测装置，包括超声激发装置、激光散射检测装置、运动平台、样品台、光电二极管、二极管放大器和数字示波器；

所述的样品台固定在所述的运动平台上，检测样品置于所述的样品台上；运动平台带动检测样品在X、Y、Z三维空间中运动，对检测样品表面及亚表面进行扫描检测；

所述超声激发装置包括超声驱动电源及超声探头；所述超声探头在检测样品上激发的声波类型为表面波；所述超声探头固定于检测样品表面，与检测样品表面紧密接触，接触面涂有超声耦合剂，扫描检测时超声探头随检测样品一同进行三维运动；

所述激光散射检测装置包括检测激光发生器、准直透镜、反射镜、长工作距离显微物镜和积分球散射集光器。检测激光发生器产生连续检测激光；检测激光通过准直透镜准直后，经由反射镜及长工作距离显微物镜照射至检测样品表面；所述的积分球散射集光器顶部设有第一开口，底部设有第二开口；由长工作距离显微物镜射入的光束经第一开口和第二开口照射至检测样品表面；法向反射光束经第一开口沿原光路折返，其余散射反射光照射入积分球散射集光器内部。所述长工作距离显微物镜的物方焦点落在检测样品表面上。

所述光电二极管安装于积分球散射集光器上，与二极管放大器、数字示波器依次通过导线连接；积分球散射集光器收集的信号通过光电二极管进行光电转换后，经由二极管放大器放大并被数字示波器采集。