蓝宝石由于其性能的优越性被广泛应用于衬底材料、消费电子、军工等领域,其中用于LED芯片的衬底材料占比最大。随着LED芯片技术的发展,对大尺寸、低成本的衬底材料的需求愈加迫切,对其精密加工技术以及质量的要求也日益增高。蓝宝石衬底在加工过程中多产生裂纹、崩边等缺陷,其表面质量的评估与缺陷检测息息相关。裂纹作为其中尺度较大、形态随机性较强的一种缺陷,直接影响到下一道工序参数的选择,甚至直接导致破片,造成不必要的成本浪费。由于蓝宝石衬底是半透明材质,其表面裂纹跨尺度几何特征,多样性形态特征,这为裂纹检测方法和特征分析提出了新的要求。本文以蓝宝石衬底表面裂纹为研究对象,根据裂纹特征(长度在毫米量级,深度在微米量级,形态多样)构建了二维快速检测衬底全场、三维高精度检测裂纹的测量方案,并对其特征参数进行提取和分析。课题的开展有助于加深对裂纹特征的认识,辅助裂纹产生及扩展的机理研究,对加工质量的提高和成本的控制具有重要的意义。本文的主要研究内容如下:(1)根据裂纹特征及其检测需求,设计测量方案并集成测量系统。采用机器视觉检测系统完成二维全场测量,实现衬底全场图像的快速采集。采用超景深显微系统进行裂纹三维检测,实现几十微米深度的裂纹高精度检测。根据衬底特殊的定位要求及裂纹分布、形态随机性对检测光源的需求,设计衬底检测专用回转工作台,以实现多规格衬底的定位,提供多种光源方案。(2)针对裂纹二维、三维形貌特征,研究不同特征参数的提取算法,实现裂纹的评价分析及分类。根据衬底二维全场图像,选用Krisch边缘检测等算法,评价裂纹的长度、位置坐标、圆形度及矩形度等二维特征参数。依据裂纹三维测量的层析图像,利用聚焦合成算法对层析图像进行三维重构,再通过聚焦合成算子最大值之和与层数的关系评价裂纹的深度(三维特征);通过对层析图像进行景深合成,基于霍夫变换提取裂纹的宽度、影响区域周长及方位等其他特征参数。通过提取二维特征中的外接矩形长宽比、圆形度和矩形度,实现3种形态裂纹的分类。(3)构建蓝宝石衬底表面裂纹评价系统。基于MFC和OpenCV设计评价系统的界面,并结合MATLAB实现其软件功能。通过对蓝宝石衬底实验样品的测量与评价分析,提取表面裂纹的长度在几毫米到几十毫米之间,深度区间在30~50μm,并且可将表面裂纹分为分叉型、垂直型和折线型。实验结果表明,该系统满足蓝宝石衬底表面裂纹的测量及评价需求。