一种缺陷检测装置及其方法

摘要

本发明公开了一种缺陷检测装置及其方法，该装置通过控制驱动电机驱动工件台沿时间延时积分相机推扫方向移动，在工件台每按预设步长移动一次，时间延时积分相机获取一幅实测待测物图像元；工件台每按预设步长移动一次，位移测量单元测量一次工件台的实际位移；控制单元用于根据所述实测待测物图像元以及所述预设步长确定标准待测物图像元，并根据当次的所述实际位移调整所述工件台下次移动的预设步长，直至所述时间延时积分相机将所述待测物扫描完成获取多个所述标准待测物图像元；依次拼接多个所述标准待测物图像元，形成标准待测物图像；并根据所述标准待测物图像对所述待测物进行缺陷检测，从而使得标准待测物图像更加清晰，更好识别待测物缺陷。

权利要求

1.一种缺陷检测装置，其特征在于，包括：工件台，用于承载待测物；

光源，用于出射检测光束，所述检测光束照射所述待测物，并经所述待测物反射或散射形成待成像光束；

光学成像单元，位于所述待成像光束的传输路径上，用于收集所述待成像光束；

时间延时积分相机，位于所述光学成像单元背离所述待测物的一侧；

驱动单元，用于根据预设步长驱动所述工件台沿所述时间延时积分相机推扫方向移动，其中，所述工件台每按所述预设步长移动一次，所述时间延时积分相机获取一幅实测待测物图像元；

位移测量单元，所述工件台每按所述预设步长移动一次，所述位移测量单元测量一次所述工件台沿所述时间延时积分相机推扫方向的实际位移；

控制单元，所述控制单元分别与所述时间延时积分相机、所述位移测量单元和所述驱动单元电连接，用于根据所述实测待测物图像元以及所述预设步长获取标准待测物图像元，并根据当次的所述实际位移调整所述工件台下次移动的预设步长，直至所述时间延时积分相机将所述待测物扫描完成获取多个所述标准待测物图像元；依次拼接多个所述标准待测物图像元，形成标准待测物图像；并根据所述标准待测物图像对所述待测物进行缺陷检测；

所述控制单元还用于根据所述预设步长确定所述实测待测物图像元的响应函数，其中，根据检测表面平整的标准缺陷待测物，所述标准缺陷待测物位于所述工件台上，所述控制单元以所述预设步长控制所述工件台沿所述时间延时积分相机的推扫方向移动，所述工件台实际移动的位移即为所述预设步长，将所述时间延时积分相机每次获取的标准缺陷待测物图像元确定为所述预设步长对应的所述响应函数；

所述控制单元还用于采用反卷积运算根据所述响应函数和所述实测待测物图像元确定所述标准待测物图像元，所述标准待测物图像元为所述实测待测物图像元与所述响应函数反卷积运算所得。

2.根据权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述控制单元还用于获取所述预设步长和所述实际位移的差值；并将所述预设步长和所述差值之和确定为所述工件台下次移动的预设步长。

3.根据权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述光学成像单元包括第一光学透镜和第二光学透镜，所述第一光学透镜位于所述待测物背离所述工件台的一侧，所述第二光学透镜位于所述第一光学透镜背离所述工件台的一侧，所述第一光学透镜用于收集并准直所述待成像光束，所述待成像光束经过所述第二光学透镜会聚于所述时间延时积分相机。

4.根据权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述位移测量单元为激光干涉仪或光栅尺。

5.一种缺陷检测方法，其特征在于，基于如权利要求1‑4任一项所述的缺陷检测装置实现，包括以下步骤：

以预设步长控制所述工件台沿所述时间延时积分相机推扫方向移动；

获取所述工件台的实际位移；

获取所述时间延时积分相机形成的实测待测物图像元；

根据所述实测待测物图像元以及所述预设步长获取标准待测物图像元；

根据所述预设步长以及所述实际位移确定所述工件台下次移动的预设步长；依次重复上述步骤，直至所述时间延时积分相机将所述待测物扫描完成获取多个所述标准待测物图像元；

依次拼接多个所述标准待测物图像元，形成标准待测物图像；

根据所述标准待测物图像对所述待测物进行缺陷检测。

6.根据权利要求5所述的缺陷检测方法，其特征在于，所述根据所述实测待测物图像元以及所述预设步长获取标准待测物图像元包括：根据所述预设步长确定所述实测待测物图像元的响应函数；

根据所述响应函数和所述实测待测物图像元确定所述标准待测物图像元。

7.根据权利要求6所述的缺陷检测方法，其特征在于，所述根据所述响应函数和所述实测待测物图像元确定所述标准待测物图像元包括：采用反卷积运算根据所述响应函数和所述实测待测物图像元确定所述标准待测物图像元。

8.根据权利要求5所述的缺陷检测方法，其特征在于，所述根据所述预设步长以及所述实际位移确定所述工件台下次移动的预设步长包括：获取所述预设步长和所述实际位移的差值；

将所述预设步长和所述差值之和确定为所述工件台下次移动的预设步长。

说明书

一种缺陷检测装置及其方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光学测量检测技术领域，尤其涉及一种缺陷检测装置及其方法。

背景技术

[0002] 自动光学检测(Automatic Optical Inspection，AOI)是基于光学原理来对焊接生产中遇到的常见缺陷进行检测的设备，可实现对待测对象的快速、高精度、无损伤检测，
现被广泛应用于PCB、IC芯片、晶圆、LED、TFT以及太阳能面板等多个领域。自动光学检测技
术一般采用高精度光学成像系统对待测对象进行成像，工件台承载待测对象进行高速扫描
以实现高速测量；系统将扫描的图像和理想参考图像进行比较，或通过特征提取等方式，识
别出待测对象的表面缺陷。

[0003] 其中，自动光学检测技术中使用的相机通常为时间延时积分(Time  Delay Integration)相机。该相机在拍照时，尤其在工件台高速扫描过程中，工件台的位置由于伺
服、测量、导轨等因素的影响可能会产生误差，进而导致相机采集图像出现模糊现象。并且
工件台的位置误差越大，TDI相机采集的图像越模糊。

发明内容

[0004] 本发明提供一种缺陷检测装置及其方法，以解决工件台由于伺服、测量、导轨等误差因素的影响引起图像模糊的问题。

[0005] 为实现上述目的，本发明一方面实施例提出了一种缺陷检测装置，包括：

[0006] 工件台，用于承载待测物；

[0007] 光源，用于出射检测光束，所述检测光束照射所述待测物，并经所述待测物反射或散射形成待成像光束；

[0008] 光学成像单元，位于所述待成像光束的传输路径上，用于收集所述待成像光束；

[0009] 时间延时积分相机，位于所述光学成像单元背离所述待测物的一侧；

[0010] 驱动单元，用于根据预设步长驱动所述工件台沿所述时间延时积分相机推扫方向移动，其中，所述工件台每按所述预设步长移动一次，所述时间延时积分相机获取一幅实测
待测物图像元；

[0011] 位移测量单元，所述工件台每按所述预设步长移动一次，所述位移测量单元测量一次所述工件台沿所述时间延时积分相机推扫方向的实际位移；

[0012] 控制单元，所述控制单元分别与所述时间延时积分相机、所述位移测量单元和所述驱动单元电连接，用于根据所述实测待测物图像元以及所述预设步长获取标准待测物图
像元，并根据当次的所述实际位移调整所述工件台下次移动的预设步长，直至所述时间延
时积分相机将所述待测物扫描完成获取多个所述标准待测物图像元；依次拼接多个所述标
准待测物图像元，形成标准待测物图像；并根据所述标准待测物图像对所述待测物进行缺
陷检测。

[0013] 可选地，所述控制单元还用于根据所述预设步长确定所述实测待测物图像元的响应函数；根据所述响应函数和所述实测待测物图像元确定所述标准待测物图像元。

[0014] 可选地，所述控制单元还用于采用反卷积运算根据所述响应函数和所述实测待测物图像元确定所述标准待测物图像元。

[0015] 可选地，所述控制单元还用于获取所述预设步长和所述实际位移的差值；并将所述预设步长和所述差值之和确定为所述工件台下次移动的预设步长。

[0016] 可选地，所述光学成像单元包括第一光学透镜和第二光学透镜，所述第一光学透镜位于所述待测物背离所述工件台的一侧，所述第二光学透镜位于所述第一光学透镜背离
所述工件台的一侧，所述第一光学透镜用于收集并准直所述待成像光束，所述待成像光束
经过所述第二光学透镜会聚于所述时间延时相机。

[0017] 可选地，所述位移测量单元为激光干涉仪或光栅尺。

[0018] 为实现上述目的，本发明另一方面实施例还提出了一种缺陷检测方法，基于前述的缺陷检测装置实现，包括以下步骤：

[0019] 以预设步长控制所述工件台沿所述时间延时积分相机推扫方向移动；

[0020] 获取所述工件台的实际位移；

[0021] 获取所述时间延时积分相机形成的实测待测物图像元；

[0022] 根据所述实测待测物图像元以及所述预设步长获取标准待测物图像元；

[0023] 根据所述预设步长以及所述实际位移确定所述工件台下次移动的预设步长；依次重复上述步骤，直至所述时间延时积分相机将所述待测物扫描完成获取多个所述标准待测
物图像元；

[0024] 依次拼接多个所述标准待测物图像元，形成标准待测物图像；

[0025] 根据所述标准待测物图像对所述待测物进行缺陷检测。

[0026] 可选地，所述根据所述实测待测物图像元以及所述预设步长获取标准待测物图像元包括：

[0027] 根据所述预设步长确定所述实测待测物图像元的响应函数；

[0028] 根据所述响应函数和所述实测待测物图像元确定所述标准待测物图像元。

[0029] 可选地，所述根据所述响应函数和所述实测待测物图像元确定所述标准待测物图像元包括：

[0030] 采用反卷积运算根据所述响应函数和所述实测待测物图像元确定所述标准待测物图像元。

[0031] 可选地，所述根据所述预设步长以及所述实际位移确定所述工件台下次移动的预设步长包括：

[0032] 获取所述预设步长和所述实际位移的差值；

[0033] 将所述预设步长和所述差值之和确定为所述工件台下次移动的预设步长。

[0034] 综上所述，根据本发明实施例提出的缺陷检测装置及其方法，通过控制驱动电机驱动工件台沿时间延时积分相机推扫方向移动，并且，在工件台每按预设步长移动一次，时
间延时积分相机获取一幅实测待测物图像元；工件台每按预设步长移动一次，位移测量单
元测量一次工件台沿时间延时积分相机推扫方向的实际位移；控制单元用于根据所述实测
待测物图像元以及所述预设步长获取标准待测物图像元，并根据当次的所述实际位移调整
所述工件台下次移动的预设步长，直至所述时间延时积分相机将所述待测物扫描完成获取
多个所述标准待测物图像元；依次拼接多个所述标准待测物图像元，形成标准待测物图像；
并根据所述标准待测物图像对所述待测物进行缺陷检测，从而使得标准待测物图像更加清
晰，更好识别待测物缺陷。

附图说明

[0035] 图1是根据本发明实施例的缺陷检测装置的结构示意图；

[0036] 图2是根据本发明实施例的缺陷检测装置中位移测量单元的结构示意图；

[0037] 图3是本发明实施例提出的缺陷检测方法的流程图；

[0038] 图4是本发明一个实施例提出的缺陷检测方法的流程图；

[0039] 图5是本发明另一个实施例提出的缺陷检测方法的流程图；

[0040] 图6是本发明又一个实施例提出的缺陷检测方法的流程图。

具体实施方式

[0041] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便
于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

[0042] 图1是根据本发明实施例的缺陷检测装置的结构示意图。如图1所示，本发明提出的缺陷检测装置，包括：

[0043] 工件台1，用于承载待测物8；

[0044] 光源2，用于出射检测光束201，检测光束201照射待测物8，并经待测物8反射或散射形成待成像光束202；

[0045] 光学成像单元3，位于待成像光束202的传输路径上，用于收集待成像光束202；

[0046] 时间延时积分相机4，位于光学成像单元3背离待测物8的一侧；

[0047] 驱动单元5，用于根据预设步长驱动工件台1沿时间延时积分相机4推扫方向移动，时间延时积分相机4在工件台1每按预设步长移动一次，获取一幅实测待测物图像元；

[0048] 位移测量单元6，用于测量工件台1每按预设步长移动一次的实际位移；

[0049] 控制单元7，控制单元7分别与时间延时积分相机4、位移测量单元6和驱动单元5电连接，用于根据实测待测物图像元以及预设步长获取标准待测物图像元，并根据当次的实
际位移调整工件台1下次移动的预设步长，直至时间延时积分相机4将待测物扫描完成获取
多个标准待测物图像元；依次拼接多个标准待测物图像元，形成标准待测物图像；并根据标
准待测物图像对待测物进行缺陷检测。

[0050] 以图1为例，该缺陷检测装置的工作原理如下：将待测物8放置在工件台1上，光源2出射检测光束201照射待测物8，检测光束201经待测物反射或散射形成待成像光束202，待
成像光束202经过光学成像单元3进入时间延时积分相机4，控制单元7控制驱动电机5驱动
工件台1以第一预设步长沿图1中X方向移动(X方向为时间延时积分相机4的推扫方向)。时
间延时相机4根据待成像光束202形成第一实测待测物图像元。控制单元7根据第一预设步
长和第一实测待测物图像元获取第一标准待测物图像元。

[0051] 可选地，控制单元7还用于根据预设步长确定实测待测物图像元的响应函数；通过响应函数和实测待测物图像元确定标准待测物图像元。

[0052] 可选地，控制单元7还用于采用反卷积运算根据响应函数和实测待测物图像元确定标准待测物图像元。

[0053] 由此，控制单元7中将第一实待测物图像元以及与其对应的响应函数进行反卷积运算，获取第一标准待测物图像元。

[0054] 在获取第一标准待测物图像元之后，控制单元7控制驱动单元5驱动工件台1以第二预设步长沿X方向移动，时间延时积分相机4根据待成像光束202形成第二实测待测物图
像元，并根据第二预设步长和第二实测待测物图像元获取第二标准待测物图像元。

[0055] 其中，控制单元7中将第二实测待测物图像元以及与其对应的响应函数进行反卷积运算，确定第二标准待测物图像元。

[0056] 依次类推，直至时间延时积分相机4遍历工件台1上整个待测物8，时间延时积分相机4输出多个标准待测物图像元，并将其发送至控制单元7，控制单元7将其依次拼接，形成
整个待测物8的标准待测物图像，标准待测物图像更加清晰，避免了工件台1的扰动对时间
延时积分相机4成像造成影响。进而，有利于控制单元7根据标准待测物图像对待测物8的缺
陷进行检测和识别。

[0057] 可选地，控制单元7还用于获取预设步长和实际位移的差值；并将预设步长和差值之和确定为工件台下次移动的预设步长。

[0058] 其中，在控制单元7控制驱动电机5驱动工件台1以第二预设步长沿X方向移动之前，控制单元7控制驱动电机5驱动工件台1以第一预设步长沿X方向移动，位移测量单元6测
量用于测量工件台1沿X方向的实际位移，并计算第一预设步长与该实际位移的差值，并将
该差值与第一预设步长求和运算，确定为第二预设步长的值，进而控制单元7控制驱动电机
5驱动工件台1以第二预设步长沿X方向移动。

[0059] 其中，预设步长可视扫描距离、相机像素尺寸、相机像素数和预留量等因素的情况确定。

[0060] 举例来说，如果第一预设步长为10μm，而工件台1的实际位移为9μm，那么，第二预设步长就为11μm，避免由于机械扰动造成的工件台1移动位置误差随着工件台1的移动越差
越大，使得时间延时积分相机形成的实测待测物图像元越来越模糊。

[0061] 其中，光源2可以为高均匀、高稳定性光源，使得时间延时积分相机4在成像时，避免光源2出射的检测光束201本身对成像造成影响。控制单元7可以为计算机。驱动单元5可
以为驱动电机。

[0062] 可选地，光学成像单元3包括第一光学透镜31和第二光学透镜32，第一光学透镜31位于待测物8背离工件台1的一侧，第二光学透镜32位于第一光学透镜31背离工件台1一侧，
第一光学透镜31用于收集并准直待成像光束202，待成像光束202经过第二光学透镜32汇聚
于时间延时相机4。

[0063] 其中，第一光学透镜31可以为准直透镜，第二光学透镜32可以为汇聚透镜(凸透镜)。可以理解的是，第一光学透镜31可以为一个镜片或者一组镜片，同样地，第二光学透镜
32也可以为一个镜片或者一组镜片，可根据实际情况进行选取。第一光学透镜31和第二光
学透镜32可安装在同一个镜筒中，有利于避免光学成像单元3受外部环境扰动，进而有利于
时间延时积分相机4的探测器上感应到全部待成像光束202，使得获取的实测待测物图像中
携带全部的待测物8的缺陷信息。

[0064] 可选地，位移测量单元6可以为激光干涉仪或光栅尺。

[0065] 以激光干涉仪为例，如图2所示，单频激光干涉仪测量利用的是迈克尔逊干涉原理，即从激光干涉仪主机9出射的激光束(圆偏振光)通过分光镜10后，将分成第一束激光13
(线偏振光)和第二束激光14(线偏振光)；两束激光分别经由角锥反射镜11和角锥反射镜12
反射后平行于出射光返回，通过分光镜10后进行叠加，由于两束激光频率相同、振动方向相
同且相位差恒定，即满足干涉条件；角锥反射镜11每移动半个激光波长的距离，将会产生一
次完整的明暗干涉现象(条纹变化一个周期，亮条纹变暗条纹，暗条纹变亮条纹)。测量距离
等于干涉条纹数乘以激光半波长；采用细分方法，可以准确得到条纹变化情况ΔN，工件台1
运动测量距离ΔL等于干涉条纹变化数ΔN乘以激光半波长λ/2。即

[0066]

[0067] 可以理解的是，角锥反射镜11可以安装在工件台1沿时间延时积分相机4推扫方向的侧面上，在工件台1沿推扫方向移动时，精确测量工件台1的实际位移。

[0068] 需要说明的是，标准待测物图像元为实测待测物图像元与响应函数反卷积运算所得，其中，响应函数的获取与预设步长相关，可以通过实验获取预设步长与响应函数的预设
对应关系：在实验室中，依然采用如图1所示的缺陷检测装置，选用标准缺陷待测物作为待
测物8，标准缺陷待测物表面平整。工件台1的实际位移与预设步长相同。也就是说，控制单
元7以预设步长控制工件台1沿时间延时积分相机4的推扫方向移动时，工件台1实际移动的
位移即为预设步长，从而时间延时积分相机4每次获取的待测物图像元即为标准待测物图
像元，将该标准待测物图像元作为该预设步长对应的响应函数，依次类推，直至时间延时积
分相机4扫描完整个待测物，获取预设步长与响应函数的对应的关系。

[0069] 进而将在实验室标定好的预设步长与响应函数的对应关系提前预存在控制单元7中，在实测过程中，根据预设步长获取响应函数，并与实测待测物图像元进行反卷积运算，
最终获取清晰的标准待测物图像。

[0070] 可以理解的是，在实测过程中，控制工件台1下次移动的预设步长可能与实验室标定的不同，根据预设步长确定响应函数过程举例说明如下：在实验室中，每间隔10μm(即预
设步长)获取一幅标准待测物图像元，在实测过程中，第一次以10μm控制工件台1移动，在工
件台1的实际位移为9μm时，第二次以11μm控制工件台1移动，则，第二次选取的响应函数为
20μm处的标准待测物图像元。

[0071] 基于同样的发明构思，本发明另一方面实施例还提出了一种缺陷检测方法。图3是本发明实施例提出的缺陷检测方法的流程图。如图3所示，包括以下步骤：

[0072] S1，以预设步长控制工件台沿时间延时积分相机推扫方向移动；

[0073] S2，获取工件台的实际位移；

[0074] S3，获取时间延时积分相机形成的实测待测物图像元；

[0075] S4，根据实测待测物图像元以及预设步长获取标准待测物图像元；

[0076] S5，根据预设步长以及实际位移确定工件台下次移动的预设步长；

[0077] 依次重复上述步骤，直至时间延时积分相机将待测物扫描完成获取多个标准待测物图像元；

[0078] S6，依次拼接多个标准待测物图像元，形成标准待测物图像；

[0079] S7，根据标准待测物图像对待测物进行缺陷检测。

[0080] 可选地，如图4所示，S4包括：

[0081] S41，根据预设步长确定实测待测物图像元的响应函数；

[0082] S42，根据响应函数和实测待测物图像元确定标准待测物图像元。

[0083] 可选地，如图5所示，S42包括：采用反卷积运算根据响应函数和实测待测物图像元确定标准待测物图像元。

[0084] 可选地，如图6所示，S5包括：

[0085] S51，获取预设步长和实际位移的差值；

[0086] S52，将预设步长和差值之和确定为工件台下次移动的预设步长。

[0087] 综上所述，根据本发明实施例提出的缺陷检测装置及其方法，通过控制驱动电机驱动工件台沿时间延时积分相机推扫方向移动。在工件台每按预设步长移动一次，时间延
时积分相机获取一幅实测待测物图像元；工件台每按预设步长移动一次，位移测量单元测
量一次工件台沿时间延时积分相机推扫方向的实际位移；控制单元用于根据所述实测待测
物图像元以及所述预设步长获取标准待测物图像元，并根据当次的所述实际位移调整所述
工件台下次移动的预设步长，直至所述时间延时积分相机将所述待测物扫描完成获取多个
所述标准待测物图像元；依次拼接多个所述标准待测物图像元，形成标准待测物图像；并根
据所述标准待测物图像对所述待测物进行缺陷检测，从而使得标准待测物图像更加清晰，
更好识别待测物缺陷。

[0088] 注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、
重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行
了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还
可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。