[发明专利]光学测量方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学测量技术。

背景技术

由材料制造产品可能引入缺陷。例如，如果对材料进行加工，这可能引入裂纹，或者如果进行热处理，这可能引入因热梯度引起的应力开裂。有利的是，检查所制造的部件并排除具有缺陷的任何部件，因为这样的部件可能无法使用。不幸的是，对于一定的材料或部件构造，除了破坏所述部件之外，无法确定该部件是否具有任何缺陷。因此，需要一种无损检测方法。优选的是，所述方法可以作为工业处理的部分使用。

作为高韧度、高强度和生物相容性材料，氧化钇稳定的四方氧化锆多晶体(Tetragonal Zirconia Polycrystal，Y-TZP)具有很多医学用途，其中需要定制部件制造。目前的加工技术，包括机械研磨和激光器处理，可能引入开裂，导致强度下降。在制造或加工过程中引入的缺陷的确切形状、尺寸和分布的不确定性需要可靠的检测技术。

非常需要鉴定例如涡轮发动机元件上的陶瓷热障层中的缺陷。在该领域中，用于鉴定缺陷的无损方法包括压电分光术、红外热像图和使用中等波长红外照相机的反射成像，如J.I Eldridge在他们的文章′Monitoring Delamination Progression in Thermal Barrier coatings by Mid-Infrared Reflectance Imaging′(在the International Journal of applied Ceramic Technology，3[2]94-104(2006)中公布)所述。如所述那样的中等波长红外线照相机成像仅提供任意缺陷的二维检查，但是不能给出与材料中发生缺陷的的深度有关的任何信息。另外，来自该技术的信息受限于照相机的分辨率，而且照相机是昂贵的。

发明内容

因此，本发明提供了一种用于检测材料中的缺陷的改善的检测系统和方法。

本发明的第一方面提供了一种用于检测样品中的缺陷的检测系统，所述检测系统包括：

照明组件，所述照明组件具有红外光源和照明光学器件，所述照明光学器件用于将光束从所述光源引导到样品上或样品内的斑点；和

检测组件，所述检测组件具有检测器和检测光学器件，所述检测器用于检测来自样品上或样品内受照明的斑点的光线，所述检测光学器件用于将来自样品上或样品内受照明的斑点的光线引导到所述检测器。

优选的是，所述检测系统进一步包括用于处理受检光线的处理器。所述检测系统可以是红外检测系统。特别是，所述检测系统可以是中红外检测系统。

所述检测系统可以设置在壳体内；所述壳体可以附接到例如坐标定位装置上和/或铰接头上。

优选的是，所述样品包括陶瓷材料。特别是，所述样品可以包含氧化锆。所述红外光源可以使中等波长红外光源。所述红外光源可以具有3μm至10μm的波长。优选的是，所述红外光源可以具有3μm至7μm的波长。更优选的是，所述红外光源可以具有3μm至5μm的波长。可替代的是或者另外是，所述检测器可以是用于检测中红外光的检测器。特别是，所述检测器可以是仅用于检测中红外光的检测器。

所述红外光源可以是空间延长光源。所述红外光源可以是时间非相干。所述红外光源可以是宽带宽光源。

空间延长光源可以是被所述检测器接收的光线斑点的尺寸的至少2倍。空间延长光源可以是被所述检测器接收的光线斑点的尺寸的约10倍。空间延长光源可以是大于被所述检测器接收的光线斑点的尺寸的10倍。优选的是，所述光源选择成焦点处的照度充分最大化，并且散斑对比度充分最小化。

宽带宽的光源可以使照度充分最大化并且使散斑对比度充分最小化。

用于将来自所述光源的光束引导到样品上或样品内的斑点的所述照明光学器件包括一个或更多个镜头。所述照明光学器件可以包括一个或更多个镜子。所述照明光学器件可以例如包括光圈(aperture)如针孔；所述光圈可以提供共焦照明斑点。

将光束从所述光源引导到样品上或样品内的斑点可以包括将所述光束聚焦到所述斑点。所述样品上或样品内的所述斑点可以是所述照明组件的焦点。所述照明组件可以包括用于将光束从所述光源引导到样品上或样品内的焦点的照明光学器件。

所述照明组件可以布置成使在照明点(即样品上的受照明的斑点)的所选波长的照度最大化。所述照明部件可以布置成使在所述检测器处的散斑对比度最小化。