一种检测产品表面缺陷的方法和系统与流程

本发明涉及一种缺陷检测技术，具体地说，是一种检测产品表面缺陷的方法和系统。

背景技术：

对于表面要求很高的产品（例如low-E镀膜玻璃、光学器件、一些装饰镀膜、高清电视屏、手机屏、高温超导带材等），表面缺陷是影响良率的重要因素，产品必须经过缺陷检测合格后才能发货给用户使用，半成品必须经过缺陷检测合格后，才能进入到下一道工序。在镀膜玻璃工业的产线上，一般使用高速线阵相机+线阵光源来获得产品表面的图像，识别出缺陷，当发现缺陷超过阈值的产品时，自动控制传输系统，把不合格产品移除出产线，不使其进入下一道工序（下一层镀膜工艺或最终产品包装储运）。在高温超导带材的制备中，缺陷的检测也是一个关键的质量控制程序，也是通过机器视觉系统来获得产品或半成品表面的图像，识别出缺陷，并根据缺陷的情况确定带材是否满足要求，进入下一道工序。

现行的在线光学成像检测系统能够检测出光学可见的缺陷，但是，如果缺陷是不可见的，或是光学无法分辨的，现行的在线光学检测系统就无法检测出缺陷，使得有缺陷的产品最终通过检验，发给用户。而在用户的使用中，缺陷会逐渐显现出来，给用户造成重大损失。在low-E镀膜玻璃工业界，当有不可见的缺陷的镀膜玻璃交付给建筑商，建筑商安装到大厦上后，经过一段时间的使用，不可见缺陷在外界环境的作用下，逐渐发展成可见的缺陷，严重影响功能和美观。因此而造成更换费、赔偿费、名誉损失等费用远超过玻璃成本，这一切的损失，建筑商会向镀膜玻璃生产商索赔，严重的时候会把镀膜玻璃生产商置于破产的边缘。而且这些不可见的缺陷由于没有被探测到，不知道在那道工序产生的，如何产生的，使得寻找这种缺陷产生的原因极度困难和高成本。在高温超导带材生产中，在第一道工序抛光带中，会存在一些光学不可见的缺陷，比如几个纳米的透明有机物薄膜，这些缺陷在后续的高温沉积工艺中会显现出来，这就带来了两个问题：（1）在后续沉积工艺中显现出来的缺陷，很可能会被误以为是后续沉积工艺产生的缺陷，在后续沉积工艺中寻找缺陷产生的原因的所有努力都是做无用功，耽误了问题的解决和开发进度。（2）后续沉积工艺成本贵昂，这些有缺陷的抛光带本不应该进入后续工艺的，也耽误了交货时间。

一般来说，光学不可见的缺陷有如下几类：

（1）纳米级厚度的透明有机物薄层，当后续工艺中的薄膜沉积在这样的缺陷上时，有时会破裂而显现出来，有时不会破裂或微小的裂开，虽然还是光学不可见，但是缺陷处粘附力差，在后继的用户使用中，如果承受一定的外力，会造成剥离而显现出来，造成客户索赔。

（2）密集的纳米级的颗粒群，或位于产品表面或镶嵌于表面的薄膜中，这样的缺陷会造成后继薄膜产生裂痕，或造成薄膜的抗外界腐蚀能力差，因为腐蚀介质容易沿着颗粒和薄膜的界面扩散进入功能层，如low-E镀膜玻璃的Ag层。

（3）表面上纳米级的粗糙度变化，这样的缺陷会造成高温超导带材的织构变差，上面生长的薄膜的粗糙度也变得很差，薄膜的抗腐蚀性下降。

（4）薄膜上大量的纳米级的孔洞，这样的缺陷显然会导致薄膜的抗扩散，抗腐蚀能力下降，最终导致薄膜损坏。

可见光的波长在0.4-0.8微米范围，所以这些纳米级的缺陷是无法用光学方法直接观察到的。高分辨率的扫描电镜、透射电镜虽然可以探测到这些缺陷，但是成本极高，而且高分辨率的扫描电镜、透射电镜是不可能用于在线系统的。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种可以对产品表面的纳米级缺陷进行检测，并且成本低、可靠度高的产品表面缺陷的检测方法和系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种检测产品表面缺陷的方法，包括：

选取一显像物质，所述显像物质挥发成蒸汽；

将所述产品置于所述显像物质的蒸汽中，使所述显像物质的蒸汽成核凝聚在产品表面；

检测产品表面显像物质的成核凝聚差别，从而检测出产品表面的缺陷。

进一步地，所述显像物质包括极性物质或非极性物质，其中，若所述产品表面为非极性表面时，所述显像物质采用极性物质；若所述产品表面为极性表面时，所述显像物质采用非极性物质。

进一步地，使所述显像物质的蒸汽成核凝聚在产品表面的方法为：使所述产品的温度低于所述显像物质蒸汽的露点温度。

进一步地，对所述产品实行降温处理，使所述产品的温度低于所述显像物质蒸汽的露点温度。

进一步地，使所述产品的温度处于室温，通过增加所述显像物质蒸汽的压力，使所述显像物质蒸汽的露点温度的高于室温，从而使用所述产品的温度低于所述显像物质蒸汽的露点温度。

进一步地，检测完成后，将所述显像物质从所述产品表面移除。

进一步地，采用高速空气刀把显像物质从产品表面剥离。

本发明还提供了一种检测产品表面缺陷的系统，包括：

蒸汽容置空间，用于容纳显像物质的蒸汽，所述产品置于所述蒸汽容置空间时，使所述显像物质的蒸汽成核凝聚在产品表面；

成像检测装置，用于拍摄凝聚有显像物质的产品的表面图像，并根据产品表面显像物质的成核凝聚差别，检测出产品表面的缺陷。

进一步地，所述蒸汽容置空间前设有温度控制装置，用于对进入所述蒸汽容置空间前的产品表面进行温度处理。

进一步地，所述蒸汽容置空间内设置有蒸汽压控制装置，使所述显像物质蒸汽的露点温度高于产品温度。

进一步地，所述蒸汽容置空间内的蒸汽压控制装置通过控制容置空间的温度来控制容置空间内的蒸汽压。

进一步地，所述蒸汽容置空间后设有空气刀，用于将凝聚在所述产品表面的显像物质移除。

本发明的通过蒸汽检测产品表面缺陷的方法和系统，利用了产品表面缺陷处与无缺陷处的表面能不同的原理，使显像物质的蒸汽在产品表面凝结时，在产品表面缺陷处与无缺陷处形成的液滴/冰晶大小、密度不一致，从而反映出缺陷区域存在的大小、形状和位置，以判断其对产品质量的影响，实现了对纳米级缺陷的低成本检测，同时也适用于在线连续检测。

附图说明

图1是本发明的检测产品表面缺陷的方法的流程图。

图2是本发明的检测产品表面缺陷的系统的第一实施例的原理图。

图3是图2中A处的局部放大图。

图4是本发明的检测产品表面缺陷的系统的第二实施例的原理图。

图5是本发明的检测产品表面缺陷的系统的第三实施例的原理图。

图6是本发明的检测产品表面缺陷的系统的第四实施例的原理图。

图中：1.蒸汽容置空间，2.产品，3.暗场照明装置，4.温度传感器，5.湿度传感器，6.加压装置，7.明场照明装置，8.成像装置，9.分析仪，10.观察窗，11.气流发生器，12.喷嘴，13.水，14.密封帘，15.降温室，16.低温空气喷射装置，17.蒸发皿。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明的检测产品表面缺陷的方法，包括以下步骤：

步骤101：选取一显像物质，所述显像物质挥发成蒸汽；

步骤102：将所述产品置于所述显像物质的蒸汽中，使所述显像物质的蒸汽成核凝聚在产品表面；

步骤103：检测产品表面显像物质的成核凝聚差别，从而检测出产品表面的缺陷。

其中，使所述显像物质的蒸汽成核凝聚在产品表面的方法为：使所述产品表面的温度低于所述显像物质蒸汽的露点温度，这样当产品处于显像物质的蒸汽中时，显像物质的蒸汽遇到产品表面的低温，当足以克服成核势垒时，凝结在产品的表面。由于产品表面的纳米级缺陷相对其它无缺陷的区域具有不同的表面能，因此当显像物质的蒸汽成核凝聚在产品的表面时，由于表面能不同，在缺陷处和无缺陷处，显像物质成核的密度和大小也不一样，由此可以反映出产品表面的缺陷来。这种不一样可以通过肉眼或光学仪器观察到，从而检测处产品所存在的缺陷来。

使所述产品表面的温度低于所述显像物质蒸汽的露点温度的方法之一是对所述产品表面实行降温处理，使所述产品的温度低于所述显像物质蒸汽的露点温度。将降温后的产品通过显像物质的蒸汽区域时，显像物质的蒸汽遇到低温的产品表面成核凝聚，再进行后续的检测程序。

在对产品表面进行降温处理时，可以只对产品的表面进行降温，例如用低温空气吹拂产品表面，使产品的表面温度下降，而产品的主体温度不受明显影响。这种方式对于厚度较大的产品较为适用，可以节省降温所消耗的能源。

另外，也可以对产品整个进行降温处理，使用将产品置于低温环境中一段时间，使产品的整体温度下降。这种方式适用于厚度较薄的产品。可以将产品静态地置于一降温室中一段时间；也可以使产品以合适的速度动态穿过一降温室，同样可以达到降温目的，这适用于高温超导带材等带状的产品，可以实现在线连续检测。

使所述产品表面的温度低于所述显像物质蒸汽的露点温度的方法之二，是使所述产品的温度处于室温，而通过增加所述显像物质蒸汽的压力，使所述显像物质蒸汽的露点温度的高于室温，从而使用所述产品的温度低于所述显像物质蒸汽的露点温度，同样可以实现显像物质在产品表面成核凝聚。这种方法省去了对产品进行降温的处理，而增加了对像物质蒸汽加压的处理。使用中可以根据综合考虑成本及其它因素进行选用。当然，除以上两种方法外，本发明不排除其它使产品表面温度低于显像物质蒸汽的露点温度的方法。

为了获得最佳的显影效果，可以控制产品表面的温度和显像物质的蒸汽压，从而控制在产品表面成核的液滴或冰粒的大小和密度，获得缺陷区域和非缺陷区域最强的对比度。另一个增强缺陷区域和非缺陷区域对比度的方法是利用产品表面和缺陷表面有可能是不同极性表面，通过选取显像物质为极性物质或非极性物质，获得尽可能大的缺陷区域和非缺陷区域对比度。比如若所述产品表面为非极性表面时，所述显像物质采用极性物质；若所述产品表面为极性表面时，所述显像物质采用非极性物质。这样做的好处是，可以通过控制环境的温度和湿度，使得显像物质在无缺陷区不成核凝聚，只在有缺陷区成核凝聚，以尽量减少显像物质对产品表面的干扰。例如，如果产品表面是非极性的，而不可见的缺陷是极性的透明有机薄膜，这样可以选择合适的极性物质，在合适的产品温度和极性物质的蒸汽压下，极性物质很容易在极性的缺陷区域成核凝聚，而在非极性的产品表面无法克服成核势垒，因此无法成核。当然，对于多数产品可以通过上述原则选择显像物质，但对于有些产品，并不符合上述规律，则可以根据产品的特性来选择合适的显像物质。显像物质的选择要求和产品表面是完全惰性的，即不影响产品表面性能，而水是一种很好的选择。显像物质应该使用蒸馏级的纯净液体，以避免杂质随着液体的蒸发，带到产品的表面，污染产品。

检测完成后，要将所述显像物质从所述产品表面移除，优选方式是采用高速空气刀把显像物质从产品表面剥离。在产品通过检验区后，使用高速干燥气体将产品表面的凝聚小液滴剥离，剥离的目的是为了尽可能地减少液滴在产品表面的停留时间，防止可能的腐蚀。比如水长时间地停留在金属表面，会吸收空气中的腐蚀气体（CO2、SO2等），腐蚀金属表面。移除显像物质时应尽量避免使用烘干的方法，否则可能会在产品表面残留微量杂质，并且烘干时的高温可能会对产品表面造成破坏。当然，在实际中，很难做到100%的剥离，一般会有很少量的液体是通过蒸发离开产品表面的，因此本领域的技术人员可以理解，本发明所述的移除或剥离是指有一部分或大部分的显影物质是通过主动移除或剥离的方式离开产品表面的。

本发明的通过蒸汽检测产品表面缺陷的系统，主要包括：

蒸汽容置空间，用于容纳显像物质的蒸汽，所述产品置于所述蒸汽容置空间时，使所述显像物质的蒸汽成核凝聚在产品表面并输出；

成像检测装置，用于拍摄凝聚有显像物质的产品的表面图像，并根据产品表面显像物质的成核凝聚差别，检测出产品表面的缺陷。

具体地，如图2所示的第一实施例。在本实施例中，检测系统包括蒸汽容置空间1，蒸汽容置空间1底部盛装有显像物质，本实施例中所述显像物质为水13。可以通过控制整体蒸汽容置空间1的温度和水13的温度，使所述水蒸汽的露点温度高于产品温度，但是低于整体蒸汽容置空间腔内壁的温度, 所以蒸汽不会凝聚在容置空间内壁表面，造成各种问题，这些可能的问题包括凝聚在透明观察窗的液滴会使得缺陷检测无法工作，凝聚在容置空间上方的液滴可能会掉落在基带上等。在蒸汽容置空间1的顶部设有透明观察窗10，观察窗10外侧设有成像装置8，成像装置8连接到分析仪9（例如可能是计算机、平电电脑、智能手机等）。成像装置8设置于蒸汽容置空间1的外面，通过透明的观察窗10获取产品2的图像，可以避免蒸汽凝聚在成像装置8上，影响成像装置8工作和精度。在蒸汽容置空间1内设有照明装置，照明装置分为暗场照明装置3和明场照明装置7。暗场照明装置3所发射的光相对于待检测产品2表面的倾角较小，使得待检测产品2表面所反射的光线不会进入成像装置8，而只有液滴造成的散射光会进入成像装置8。明场照明装置7所发射的光基本垂直于待检测产品2表面，一般为90度或接近90度，使得待检测产品2表面所反射的光线可以进入成像装置8。暗场照明装置3和明场照明装置7二者可择一设置，也可以同时设置。蒸汽容置空间1本身形成了暗室，防止外界光、漫反射光等干扰成像装置8的成像。

在蒸汽容置空间1的两侧分别设有待检测产品2的输入通道和输出通道，待检测的产品从输入通道进入蒸汽容置空间1，由于待检测的产品2未进行温度上的处理，因此其温度基本与室温一致，待检测的产品2在蒸汽容置空间1接触到水蒸汽，由于此处水蒸汽的露点温度高于室温，也即待检测的产品2的温度低于水蒸汽的露点温度，因此水蒸汽在克服成核势垒后便会成核凝聚在产品2表面。由于产品2表面有缺陷处和无缺陷处的表面能不同，因此水蒸汽在产品2表面的有缺陷处和无缺陷处所形成的液滴大小、密度也不同。通过照明装置照亮产品2表面，产品2表面反射或散射的光进入成像装置8，由成像装置8对产品2表面进行拍摄，形成图像，将并图像输入到分析仪9进行分析。由于有缺陷处和无缺陷处所形成的液滴大小、密度不同，其对光线的反射、散射能力也不同，因此从成像装置8所采集的图像上可以很容易地检测出产品2表面的缺陷来。通过温度传感器4和湿度传感器5采集蒸汽容置空间1内的温度和湿度参数，通过调节温度、湿度和蒸汽压等参数，可以达到让产品2表面无缺陷处没有液滴，而有缺陷处有液滴的理想状态，从而使形成的图像更明显，缺陷更容易检测出。

检测完毕后，待检测产品2再经由输出通道离开蒸汽容置空间1。在离开蒸汽容置空间1后，通过空气刀来剥离产品表面的液滴。空气刀包括一气流发生器11和与气流发生器11连接的喷嘴12，气流发生器11例如可以是气泵、高压气罐等，气流发生器11产生的气流通过喷嘴12吹向产品2的表面，像刀一样将产品表面的液滴剥离。喷嘴12优选为扁平状，所喷出的气体应为干燥的空气。

为了控制本实施例中蒸汽容置空间1的蒸汽压的均匀性，因此要对蒸汽容置空间1进行一定的密封。如图3所示，在蒸汽容置空间1的输入通道和输出通道上，可以设置由软橡胶等材料制成的多层密封帘14。要保证密封帘14不会对产品2表面造成损伤。当然，也可以使密封帘14与产品2表面离开一微小距离，使之不与产品2表面接触，这样就不会对产品2表面造成损伤。而由于该距离很小且密封帘14有多层，由此导致的压力泄露基本可以忽略。

优选地，可以在蒸汽容置空间1内设置有蒸汽压控制装置，用于对所述蒸汽容置空间内的蒸汽压进行控制，使所述显像物质蒸汽的露点温度高于产品温度。其中，蒸汽压控制装置可以通过控制容置空间的温度来控制容置空间内的蒸汽压。例如，采用一温控装置实现蒸汽压控制装置的功能，温控装置控制蒸汽容置空间的温度升高时，蒸汽容置空间内的蒸汽压就增加；而当温控装置控制蒸汽容置空间的温度降低时，蒸汽容置空间内的蒸汽压就减小。

如图4所示，还可以在蒸汽容置空间1前设有温度控制装置，用于对进入所述蒸汽容置空间1前的产品表面进行温度处理，使产品表面的温度低于蒸汽容置空间1内水蒸汽的露点温度。在图4所示实施例中，是使产品2经过一降温室15，在降温室15内对产品2进行降温处理。而在图5所示实施例中，是在产品2进入蒸汽容置空间1前使用低温空气喷射装置16向产品2表面喷射低温空气，实现对产品2表面的降温处理。

另外，也可以如图6所示，不设封闭的蒸汽容置空间1，而是在降温室15的后面设置一蒸发皿17，蒸发皿17内的水蒸发后在降温室15后面的区域形成蒸汽区，同样可以达到检测的目的。当然，也可以不设蒸发皿，而是使产品在离开降温室时，温度低于外界环境的露点，从而直接利用空气中的水蒸汽在产品表面成核凝聚。

本发明的通过蒸汽检测产品表面缺陷的方法及系统，不仅可以实现对产品面的不可见缺陷进行检测，尤其适用于产品的在线连续检测。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。