测试表面的光学检验制造技术

一方面，根据确定的强度变化，通过改变分辨率减小了存储从比如Ｐａｒｏｕｓｉａｍｅｔｅｒ的散射计（１００）获得的图像强度数据所需的数据量，强度数据以此分辨率在网格的不同区域中使用。另一方面，散射计设置有非球面镜（１７０，９００，１０００），用于对测试样品（１８０）成像，以校正由于反射镜相对于测试样品的偏心放置所引入的失真。另一方面，光学表面检验装置在测试表面（１４２０）和照亮的图形网格（１４１０）间使用了辅助透镜（１４４０），以将图形网格（１６１０）投影在测试表面上。相机（１４５０）聚焦在作为实像的测试表面的网格上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及测试表面，例如制造品的表面的光学检验，以评价它们的质量和均匀性；并且更具体地，涉及一种散射测量技术，该技术具有提高的动态范围和减小的失真；以及涉及另一种提高了测量范围的技术。
技术介绍
产品和包装的外观对于吸引消费者很重要。例如，在生产过程的最后阶段小心地控制产品的颜色和色泽是很重要的。一般地，产品的表面材质影响了光如何从表面反射并被观察者所接收。已经开发了散射计，作为一种工具用来测量来自物体的光反射。例如，这里结合了S.Wadman的6,577,397号美国专利作为参考，它描述了一种称为Parousiameter的装置，用于执行半球式散射测量。该装置以光学控制的方法照亮测试表面，并测量在整个半球屏幕内、或球体其他部分内的反射和/或透射。这种装置允许精确地进行亮度测量和异色效应(flop effect)，例如，当从不同的方向观看或照亮表面时，显现出亮度或颜色的变化。参考附图说明图1，在可能包括漫射灰表面的反射圆顶或屏130下，样品180放置在例如漫射黑表面的表面150的中心，并从一个或多个入射角被光源145发出的准直光束140照亮。光束140穿过屏130上的孔142。样品180散射的光120照射在半球形屏上。屏130成像在数码相机110上，该相机比如使用如球面镜170的广角光学器件的CCD相机。采集的图像随后被传输到计算机，通过执行数据处理112(块112为“数据处理”)和数值表面特征描述114(块114为“数值表面特征描述”)来进行分析，来为材质和颜色测量提供有价值的因素(merit factors)。该光可以是在3-10mm的点上的白光或者有色光，来模拟人类视觉。典型地，这里使用了平的样品，但是也可以采用非常细的光束，比如0.5mm，来测量弯曲的表面。小的样品和大的产品都可以进行测量。特别地，通过使用可以产生整个半球体图像的相机，已经发现Parousiameter与其它装置相比，比如可移动探测器的测角光度计而言，可以缩短测量表面反射所需的时间。光束190是对于半透明性的探测光束。然而，由Parousiameter获得的数据量会非常大。例如，图2显示了获得的一幅典型图像(该例子中是塑料制成的产品表面)。图像的中心是半球体的顶点，且边缘是地平线(horizon)。黑点是为照明和相机所开孔的赝像。具体地说，最左边的黑点是相机开孔所在的位置，而一个接一个排列的不同的点是用来通过它们提供光束的开孔。半球形圆顶内充满了漫射光，中间亮，并朝地平线方向逐渐变暗，并且在中心处以下的亮点代表了直接表面反射。图片中的每一点代表了不同的反射角，并且具有不同的强度。现在的任务是以表格形式描述这种强度分布。典型图像可以很容易地在一个规则网格上包含一百万个数据点，因此，如果考虑到所有存在的角度，会产生一个非常大的文件。特别地，使用数学函数，如双向反射率分布函数(BRDF)，典型地处理相机获得的数据，以产生作为结果的图像。这类函数描述了表面反射光和/或透射光的方式。例如，在用于光学产品设计的光线追迹程序中使用BRDF，这些光学产品如照明附件、发光器或光学系统，比如透镜。然而，如前所述，例如，定义BRDF所需的数据通常会导致不能如制造业应用中所要求的被快速地处理的非常大的文件。对于包括Parousiameter在内的散射计而言，另一个问题是半球形视场的图像失真是非常严重的。此外，在偏转测量检验(deflectometric inspection)的相关领域内，偏转测量原理对光滑形状，如汽车部件上的微小扰动非常敏感。另一方面，如果测量到测试样品上一个较大的扰动，反射网格的变形可能变得复杂，并且由于凹形的屈光力也会造成相机的离焦。因此，这种检验的问题是，对所能测量的变形的有限测量动态范围。
技术实现思路
本专利技术关注以上的问题和其它问题。一方面，本专利技术提供了一种技术，它能不损失重要数据而减小定义散射测量函数所需的数据量，该函数描述了在半球体上不同点上目标材料的光强度分布。特别地，由计算机实现的处理散射测量数据的方法包括将光朝向散射计中的目标材料；在它从目标材料反射后测量远场中光的强度，其中穿过在散射计屏幕上设置的视场中的点的网格来测量该强度，以获得代表着穿过视场的强度的数据；确定穿过视场的强度的变化；并通过改变分辨率，穿过视场来至少定义一个以数学或表格形式描述光强度分布的函数，其中根据确定的强度变化以所述分辨率将强度数据用于网格的不同区域。每个不同的区域包含至少一个网格点。本专利技术的另一个方面提出了一种技术，用于减小散射计中半球形视场的图像失真。特别地，散射计包括光源，用于将光朝向目标材料；球形屏，用于接收从目标样品反射的光；以及凸球面或非球面镜，设置为将球形屏上反射光的图像提供给相机。本专利技术的另一个方面提出了一种技术，用于提高光学检验系统中测量的动态范围，使得测试样品上小的和大的扰动均可以被精确地测量。采用一个近场结构的光机构，可以扩展偏转测量具有的高灵敏远场探测，通过在照明光路中增加一个额外的透镜组，该机构提供了大规模的纵览。特别地，光学表面检验装置包括测试表面，照亮的图形网格(pattemed grid)，设置在测试表面和照亮的图形网格之间的辅助透镜，用于将照亮的图形网格投影在测试表面上，以及相机，它聚焦于作为实像的测试表面上照亮的图形网格上，以获得测试表面的至少第一图像。附图简述在附图中，对应的部分使用同样的附图标记来标识。图1说明了用于测量测试样品的散射计； 图2说明了使用图1的散射计获得的测试样品的图像；图3说明了根据本专利技术的基于强度的变化的网格密度；图4说明了根据本专利技术的描述压缩的视场中强度变化的方法；图5说明了失真的Parousiamerter位置校准图像；图6说明了图5的失真图像，逆时针旋转了90度，并增加了30度远半径(distant radii)和15度平行圈；图7说明了软件校正之后的图6的图像；图8说明了散射计中使用的球面镜；图9说明了根据本专利技术的散射计中使用的非球面镜；图10说明了根据本专利技术的散射计中使用的倾斜非球面镜；图11说明了使用图8的球面镜获得的失真图像；图12说明了根据本专利技术的使用图9的非球面镜获得的图像；图13说明了根据本专利技术的使用图10的倾斜非球面镜获得的图像；图14说明了配置成偏转计的光学表面检验仪器，其中相机聚焦在图形网格的虚像上；图15说明了使用图14的仪器获得的有小凹痕的汽车面板的图像；图16说明了根据本专利技术的配置为通过三角测量成像的光学表面检验装置，其中相机聚焦在图形网格的实像上；图17说明了使用图14的装置获得的有小凹痕的汽车面板的图像；图18说明了根据本专利技术的使用图16的装置获得的有小凹痕的汽车面板的图像；图19说明了根据本专利技术使用按图14和图16配置的装置所获得的有小凹痕的汽车面板的合成图像；图20说明了使用图14的装置获得的有较大凹痕的汽车面板的图像；以及图21说明了根据本专利技术的使用图16的装置获得的有较大凹痕的汽车面板的图像。专利技术详述I.以高动态范围对于散射测量函数的可变密度网格如开头中所述，从如Parousimeter的散射计获得的成像数据会产生非常大的文件，它们不能依照例如制造业的很多应用所要求的被快速地处理。例如，在这些应用中，可以从生产线上周本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算机执行的处理散射测量数据的方法，包括：将光（１４０）导向散射计（１００）中的目标材料（１８０）；在所述光（１２０）从所述目标材料反射后，测量其强度，其中在穿过所述散射计屏（１３０）上所提供的视场中的点的网格上测量所述强度，以获得表示穿过所述视场的强度的数据；确定穿过所述视场的强度的变化；以及根据所确定的强度变化，定义至少一个函数，该函数通过改变分辨率描述了穿过所述视场的所述光强度分布，其中使得所述强度数据以所述分辨率在所述网格的不同区域中使用；其中，每个所述不同的区域包括至少一个所述网格点。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯皮克瓦德曼，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]