CN102353518A - 印刷式导光板网点品质检测的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及印刷式导光板网点品质检测的装置及方法，机台上安装有二自由度联动传送装置，二自由度联动传送装置包括X轴传送单元和Y轴传送单元，X轴传送单元包括X轴滑轨和控制X轴滑轨运动的电机，Y轴传送单元包括Y轴滑轨和控制Y轴滑轨运动的电机，X轴传送单元安装于Y轴传送单元的Y轴滑轨上，X轴传送单元的X轴滑轨上设有待测物固定机构；支架上的Z轴微调装置上设有线型CCD，线型CCD上安装有CCD成像镜头，CCD成像镜头与待测物固定机构相对，支架上的线型光源模块的光束出口朝向待测物固定机构的上表面。基于机器视觉方式实现印刷式导光板网点的品质检测，通过电脑显色模式将所有异常直观的显示在电脑屏幕上。

Description

印刷式导光板网点品质检测的装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种印刷式导光板网点品质测量的设备，尤其涉及一种基于机器视觉方式的印刷式导光板网点品质检测的装置及其方法。

背景技术

导光板为BLU（Back Light Unit，背光模块）的关键零组件，发光源以全反射的方式于导光板（Light Guide Plate，LGP）中传递光线，再以布点方式或是表面微结构方式破坏全反射，将光导出至特定的发光平面，其质量为影响LCM（Liquid Crystal Module，液晶模块）显像的关键。以油墨将特定形状/大小的网点印刷至一平板形成一导光组件，是目前最广泛的导光板制程方式，由于LGP印刷的不稳定，造成BLU光学或是品味异常而产生损失。

随着LED机种的超薄LGP的大量应用，若无法及时管控印刷制程与质量，损失的材料和人工成本将迅速增加，主要的原因是：

1）印刷式LGP的抽样数量少：目前采用每个IR炉后配一个目视检验员，检验时间约1分钟1PCS，综合抽样率不到10%，检验到异常再确认，再通知印刷手，已经有30-50pcs异常品产生；2）目视检查：由于采用目视检查，对网点变大，变小，网点间距，网点到边的距离等都没有办法定量检验，只能到组装成BKL后品味检查或测试光学时才能发现，此时的异常处理成本已经很高。

因此，设计一种可及时发现异常的仪器，将可节约成本与防止批量性异常发生的机率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种基于机器视觉方式的印刷式导光板网点品质检测的装置及其方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

印刷式导光板网点品质检测的装置，包括机台和固定于机台上的支架，特点是：所述机台上安装有二自由度联动传送装置，所述二自由度联动传送装置包括X轴传送单元和Y轴传送单元，X轴传送单元包括X轴滑轨和控制X轴滑轨运动的电机，Y轴传送单元包括Y轴滑轨和控制Y轴滑轨运动的电机，X轴传送单元安装于Y轴传送单元的Y轴滑轨上，X轴传送单元的X轴滑轨上设有待测物固定机构；所述支架上固定一个Z轴微调装置，Z轴微调装置上设有线型CCD，线型CCD上安装有CCD成像镜头，CCD成像镜头与待测物固定机构相对，所述支架上还安装有线型光源模块，线型光源模块的光束出口朝向待测物固定机构的上表面；所述线型CCD通过连接线与计算机上的运算卡相连，二自由度联动传送装置通过RS232口与计算机相连。

进一步地，上述的印刷式导光板网点品质检测的装置，其中，所述线型CCD是分辨率为50～80 um的CCD。所述线型光源模块是白色光束光源模块。所述线型光源模块光束出口与待测物固定机构上表面的相对距离为30～40mm。

本发明印刷式导光板网点品质检测的方法，包括以下步骤： 

首先，将标定板放置于待测物固定机构上，以标定板为待测物进行初步的焦距调整，直到影像呈现清楚状态，标定板影像涵盖镜头的视角范围，若无法涵盖，将多个标定板以垂直扫描方向并排，使镜头镜头的视角范围均涵盖标定板影像；

继而，采用曝光时间最佳化算法得到快门时间，所述曝光时间最佳化算法是，以影像显示区为待测物实体影像，直方图显示区将影像显示区的灰阶值与其累积值进行统计，当影像显示区的亮度变化时，决定得出最佳快门时间，使影像直方图的分布落在灰阶值100～200之间的范围，快门时间的决定方式的公式为：setShutter+=pow（X，countExposure）；

其中，X为一基底常数， countExposure为基底常数的幂次，setShutter为决定得出的快门时间；

以决定得出的快门时间为依据固定为一特定常数，再进行多组的焦距调整，每一组调整得到一张影像并纪录，以影像轮廓线的标准差与平均值的比值为对比系数，对比系数越大表示对焦状况越好，经一系列的调整与影像数据储存分析得到一组镜头的视角范围内的最佳位置完成镜头光轴/离轴焦距的最佳化调整； 

再次，以线型光束模块的中心点辉度定义为参考强度，并以辉度计量测参考点的辉度，以一线性方程式：

L = Ai.jXi.j+ Bi.j

L表示辉度，Xi.j 表示相机i,j点对应的灰阶值 ，A、B表示对应点的系数；

拟合像素与辉度的关系并定义为讯号转换函式，将暗室的全黑讯号的参考点辉度值设定为0，对应的CCD像素响应即为暗讯号，透过讯号转换函式即将CCD的暗讯号转换成辉度为0的输出并将镜头中间亮旁边暗的效应消除，使线型CCD具有一致的输出响应；

离群值判断，先定义一个临界值T，超过T的像素值且群聚成一定大小的群体定义为网点，群体内的像素值经排序后得到最小与最大值，Q ₀为最小值及最大值之间的中位数，Q ₁为最小值与Q ₀之间的中位数，Q ₃为Q ₀与最大值之间的中位数，D定义为Q ₃- Q ₁，有效的数据区间即以D做量化，此区间类似于被一个箱子box包住，称为box，于此box区间内的数据有效的排除离群值，使得模式匹配更强健；其中box区间R自行调整，其公式为：

R = n × D，n为一浮点数；

完成线性光束的均匀性校正；

再次，待测物导光板的实体网点影像区为原始影像，经演算即3*3噪声滤波、一离群值判断和一特性化转换后转换成假色影像，定性的表示网点质量概况，直方图显示区确认系统操作于100～200的灰阶范围并显示快门时间，若快门时间变动则表示线型光束模块发生变异，电压不稳或是衰减，作为执行量测前的系统稳定性确认与检查指标；

完成像素转换函数；再完成图像比对，并输出报表；待测印刷式导光板置于待测物固定机构，并在视角范围内，CCD成像镜头前缘与待测印刷式导光板表面之相对距离为35～50厘米。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明基于机器视觉方式实现印刷式导光板网点的品质检测，经事先的特性量测与事后校正，将镜头焦距、CCD曝光时间、CCD暗讯号与镜头的不均匀性进行最佳化调整，取像系统经一维扫描后将影像堆集成二维影像，经演算减轻噪声干扰与排除离群值，以pixel by pixel方式进行比对，判断待测物与样板的相关性，由软件接口设定允收的相关分数进行定性的质量与定量的量测结果。一方面快速：测量时间每片10秒以内；另一方面全面直观：能通过电脑显色模式将所有异常直观的显示在电脑屏幕上；特别是对一些网点变大，变小，位移等影响光学的异常也能直观的定性反应与定量统计，以便提前通知印刷手做异常预防；适于品管、研发、实验室及生产在线实时检测。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明装置的结构示意图；

图2：本发明流程示意图。

图中各附图标记的含义见下表：

。

具体实施方式

如图1所示，印刷式导光板网点品质检测的装置，包括机台1和固定于机台上的支架2，机台1上安装有二自由度联动传送装置，二自由度联动传送装置包括X轴传送单元8和Y轴传送单元7，X轴传送单元8包括X轴滑轨和控制X轴滑轨运动的电机，Y轴传送单元7包括Y轴滑轨和控制Y轴滑轨运动的电机，X轴传送单元安装于Y轴传送单元的Y轴滑轨上，X轴传送单元的X轴滑轨上设有待测物固定机构；支架2上固定一个Z轴微调装置3，Z轴微调装置3上设有线型CCD4，线型CCD4上安装有CCD成像镜头5，CCD成像镜头5与待测物固定机构相对，所述支架上还安装有线型光源模块6，线型光源模块6的光束出口朝向待测物固定机构的上表面；线型CCD4通过连接线与计算机上的运算卡相连，将数据传送并储存在计算机硬盘的运算程序，二自由度联动传送装置通过RS232口与计算机相连，由计算机对传送装置控制。其中，线型CCD4是分辨率为50～80 um的CCD；线型光源模块6是白色光束光源模块；线型光源模块光束出口与待测物固定机构上表面的相对距离为30～40mm。

印刷式导光板网点品质检测方法的流程是：如图2所示，首先，进行镜头调焦，直到对比系数最大；

然后，通过曝光时间最佳化运算子系统和镜头光轴的离轴焦距最佳化演算子系统进行计算，使快门最佳化：

曝光时间最佳化运算子系统运作时，影像Histogram显示区将待测物实体的影像显示区的灰阶值与其累积值进行统计，当待测物实体的影像显示区的亮度变化时，曝光时间最佳化运算子系统将决定出最适当的快门时间,使影像Histogram的分布落在灰阶值100-200之间的范围，因此取像系统能动态的适应光源，不会因为光源衰减使得影像的讯号噪声比变差。快门的决定方式如下公式:

setShutter+=pow(X,countExposure)

X为一基底常数, countExposure为基底常数的幂次, setShutter为此子系统决定出的快门时间；

镜头光轴的离轴焦距最佳化演算子系统运作时，先以待测物标定板进行初步的焦距调整（手动调整），直到影像呈现清楚状态（目视）。其中待测物标定板的影像必须涵盖镜头的有效成像区域范围，若无法涵盖，必须将多个标定板以垂直扫描方向并排，使镜头的有效成像区域范围均涵盖标定板影像；接下来使用曝光时间最佳化运算子系统得到一快门时间，以此快门时间为依据且必须固定为此一特定常数，再进行多组的焦距调整（手动）。每一组调整得到一张影像并纪录，以待测物标定板的影像line profile 谱线轮廓的标准差与平均值的比值为对比系数，对比系数越大（斜率越陡峭）表示对焦状况越好，经一系列的调整与影像资料储存分析可得到一组镜头的有效成像区域范围范围内的最佳位置并完成镜头光轴的离轴焦距的最佳化调整；

继而，进行线性光束均匀性校正：

CCD成像镜头的不均匀性具中间亮且旁边暗的特性，当取像系统用来做量测应用时必须消除此特性，使CCD的像素能得到一致的响应。以线型光束模块的中心点辉度定义成参考强度，并以辉度计量测此参考点的辉度，以一线性方程式拟合像素与辉度的关系并定义为讯号转换函式。将暗室的全黑讯号的参考点辉度值设定为0，此时对应的CCD像素响应即为暗讯号，透过讯号转换函式即可将CCD的暗讯号转换成辉度为0的输出并将镜头中间亮旁边暗的效应消除,使CCD具有一至的输出响应；

 继而，通过离群值判断器建立像素讯号转换函数：

离群值判断器运作时，先定义一个临界值T，超过T的像素值且群聚成一定大小的群体定议成网点。群体内的像素值经排序后得到最小与最大值, Q ₀为最小值及最大值之间的中位数, Q ₁为最小值与Q ₀之间的中位数, Q ₃为Q ₀与最大值之间的中位数, D定义为Q ₃- Q ₁。有效的资料区间即以D来做量化,此区间类似被一个箱子包住,因此又称为box区间,于此box区间内的资料可有效的排除离群值,使得pattern match模式识别能更强健。其中box区间R可根据使用者的需求自行调整，其公式如下:

 R= n × D, n为一浮点数

最后，通过影像特征图形运算子系统进行图像对比，从而输出报表：

影像特征图形运算子系统运作时，导光板的实体网点影像区为原始影像，经3*3噪声滤波器、离群值判断器和模式识别判断器的特性化转换系数演算后，转换成假色影像,可定性的表示网点质量概况，颜色越均匀表示印刷品质较好。Histogram显示区确认系统操作于100-200的灰阶范围并显示快门时间，若快门时间变动则表示线型光束模块发生变异（电压不稳或是衰减），可作为执行量测前的系统稳定性确认与检查指标。质量灯号以红绿灯方式显示目前待测物的质量是否符合允收规格，除了定性表示网点分布概况,经演算流程将网点的大小定量的计算并输出报表。

 当使用本发明方法对一印刷式导光板网点进行品质评估时，只要待测物置于平台的固定机构并于数字取像子系统的视角范围内即可，成像镜头前缘与待测物表面之相对距离为35-50厘米，依系统分辨率不同来调整，距离为35厘米时，系统解析度为50um，若距离为50厘米时解析度为80um，所以系统解析度的范围是50-80um。

具体应用时，即首先，将标定板放置于待测物固定机构上，以标定板为待测物进行初步的焦距调整，直到影像呈现清楚状态，标定板影像涵盖镜头的FOV（Field of View，镜头的视角）范围，若无法涵盖，将多个标定板以垂直扫描方向并排，使镜头FOV（Field of View，镜头的视角）范围均涵盖标定板影像；

继而，采用曝光时间最佳化算法得到快门时间，所述曝光时间最佳化算法是，以影像显示区301/311为待测物实体影像， Histogram（直方图）显示区302/312将影像显示区301/311的灰阶值与其累积值进行统计，当影像显示区301/311的亮度变化时，决定得出最佳快门时间，使影像Histogram（直方图）的分布落在灰阶值100～200之间的范围，快门时间的决定方式的公式为：setShutter+=pow（X，countExposure）；

其中，X为一基底常数, countExposure为基底常数的幂次，setShutter为决定得出的快门时间；

以决定得出的快门时间为依据固定为一特定常数，再进行多组的焦距调整，每一组调整得到一张影像并纪录，以影像line profile（轮廓线） 402/412/422的标准差与平均值的比值为对比系数，对比系数越大表示对焦状况越好，经一系列的调整与影像数据储存分析得到一组镜头FOV范围内的最佳位置完成镜头光轴/离轴焦距的最佳化调整；

再次，以线型光束模块的中心点辉度定义为参考强度，并以辉度计量测参考点的辉度，以一线性方程式503：

L = Ai.jXi.j+ Bi.j

L表示辉度，Xi.j 表示相机i,j点对应的灰阶值 ，A，B表示对应点的系数；

拟合像素与辉度的关系并定义为讯号转换函式，将暗室的全黑讯号的参考点辉度值设定为0，此时对应的CCD像素响应即为暗讯号，透过讯号转换函式即将CCD的暗讯号转换成辉度为0的输出并将镜头中间亮旁边暗的效应消除502，使线型CCD具有一致的输出响应；

离群值判断，先定义一个临界值T，超过T的像素值且群聚成一定大小的群体定义为网点，群体内的像素值经排序后得到最小与最大值，Q ₀为最小值及最大值之间的中位数Median，Q ₁为最小值与Q ₀之间的中位数，Q ₃为Q ₀与最大值之间的中位数，D定义为Q ₃- Q ₁，有效的数据区间即以D做量化，此区间类似于被一个箱子box包住，又称为box,于此box区间内的数据有效的排除离群值，使得pattern match（模式匹配）更强健（Robust）；其中box区间R自行调整，其公式为：

R = n × D，n为一浮点数；

完成线性光束的均匀性校正；

再次，待测物导光板的实体网点影像区701为原始影像raw data，经演算即3*3噪声滤波、一离群值判断和一特性化转换后转换成假色（pseudo color）影像711，定性的表示网点质量概况，Histogram（直方图）显示区702/712确认系统操作于100～200的灰阶范围并显示快门时间，若快门时间变动则表示线型光束模块发生变异，电压不稳或是衰减，作为执行量测前的系统稳定性确认与检查指标；

完成像素转换函数；

最后完成图像比对，并输出报表；

待测印刷式导光板置于待测物固定机构，并在视角范围内，CCD成像镜头前缘与待测印刷式导光板表面之相对距离为35～50厘米。

目前本发明所提出的CCD式的印刷式导光板网点品质测量装置，以标定板进行系统调焦与计算出像素与尺寸的几何对应关系，经讯号转换函式消除CCD暗讯号与镜头的不均匀性，透过窗口化的人机接口，其操作参数均可经由该计算机加以设定，使用者能够轻易的使用并快速的了解待测物品的网点品质。

综上所述，本发明的印刷式导光板网点品质检测装置具有以下特点：①快速：测量时间每片10秒以内；②全面直观：能通过电脑显色模式将所有异常直观的显示在电脑屏幕上；特别是对一些网点变大，变小，位移等影响光学的异常也能直观的定性反应与定量统计，以便提前通知印刷手做异常预防； ③适于品管、研发、实验室及生产在线实时检测。

需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.印刷式导光板网点品质检测的装置，包括机台和固定于机台上的支架，其特征在于：所述机台上安装有二自由度联动传送装置，所述二自由度联动传送装置包括X轴传送单元和Y轴传送单元，X轴传送单元包括X轴滑轨和控制X轴滑轨运动的电机，Y轴传送单元包括Y轴滑轨和控制Y轴滑轨运动的电机，X轴传送单元安装于Y轴传送单元的Y轴滑轨上，X轴传送单元的X轴滑轨上设有待测物固定机构；所述支架上固定一个Z轴微调装置，Z轴微调装置上设有线型CCD，线型CCD上安装有CCD成像镜头，CCD成像镜头与待测物固定机构相对，所述支架上还安装有线型光源模块，线型光源模块的光束出口朝向待测物固定机构的上表面；所述线型CCD通过连接线与计算机上的运算卡相连，二自由度联动传送装置通过RS232口与计算机相连。

2.根据权利要求1所述的印刷式导光板网点品质检测的装置，其特征在于：所述线型CCD是分辨率为50～80 um的CCD。

3.根据权利要求1所述的印刷式导光板网点品质检测的装置，其特征在于：所述线型光源模块是白色光束光源模块。

4.根据权利要求1所述的印刷式导光板网点品质检测的装置，其特征在于：所述线型光源模块光束出口与待测物固定机构上表面的相对距离为30～40mm。

5.利用权利要求1所述的装置实现印刷式导光板网点品质检测的方法，其特征在于包括以下步骤：

首先，将标定板放置于待测物固定机构上，以标定板为待测物进行初步的焦距调整，直到影像呈现清楚状态，标定板影像涵盖镜头的视角范围，若无法涵盖，将多个标定板以垂直扫描方向并排，使镜头镜头的视角范围均涵盖标定板影像；

继而，采用曝光时间最佳化算法得到快门时间，所述曝光时间最佳化算法是，以影像显示区为待测物实体影像，直方图显示区将影像显示区的灰阶值与其累积值进行统计，当影像显示区的亮度变化时，决定得出最佳快门时间，使影像直方图的分布落在灰阶值100～200之间的范围，快门时间的决定方式的公式为：setShutter+=pow（X，countExposure）；

其中，X为一基底常数， countExposure为基底常数的幂次，setShutter为决定得出的快门时间；

以决定得出的快门时间为依据固定为一特定常数，再进行多组的焦距调整，每一组调整得到一张影像并纪录，以影像轮廓线的标准差与平均值的比值为对比系数，对比系数越大表示对焦状况越好，经一系列的调整与影像数据储存分析得到一组镜头的视角范围内的最佳位置完成镜头光轴/离轴焦距的最佳化调整； 

再次，以线型光束模块的中心点辉度定义为参考强度，并以辉度计量测参考点的辉度，以一线性方程式：

L = Ai.jXi.j + Bi.j

L表示辉度，Xi.j 表示相机i,j点对应的灰阶值 ，A、B表示对应点的系数；

拟合像素与辉度的关系并定义为讯号转换函式，将暗室的全黑讯号的参考点辉度值设定为0，对应的CCD像素响应即为暗讯号，透过讯号转换函式即将CCD的暗讯号转换成辉度为0的输出并将镜头中间亮旁边暗的效应消除，使线型CCD具有一致的输出响应；

离群值判断，先定义一个临界值T，超过T的像素值且群聚成一定大小的群体定义为网点，群体内的像素值经排序后得到最小与最大值，Q ₀为最小值及最大值之间的中位数，Q ₁为最小值与Q ₀之间的中位数，Q ₃为Q ₀与最大值之间的中位数，D定义为Q ₃- Q ₁，有效的数据区间即以D做量化，此区间类似于被一个箱子box包住，称为box，于此box区间内的数据有效的排除离群值，使得模式匹配更强健；其中box区间R自行调整，其公式为：

R = n × D，n为一浮点数；

完成线性光束的均匀性校正；

再次，待测物导光板的实体网点影像区为原始影像，经演算即3*3噪声滤波、一离群值判断和一特性化转换后转换成假色影像，定性的表示网点质量概况，直方图显示区确认系统操作于100～200的灰阶范围并显示快门时间，若快门时间变动则表示线型光束模块发生变异，电压不稳或是衰减，作为执行量测前的系统稳定性确认与检查指标；

完成像素转换函数；再完成图像比对，并输出报表；待测印刷式导光板置于待测物固定机构，并在视角范围内，CCD成像镜头前缘与待测印刷式导光板表面之相对距离为35～50厘米。

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