CN103234979B - 玻璃瓶缺陷检测装置及分像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻璃瓶缺陷检测装置及分像装置，玻璃瓶缺陷检测装置包括面光源、起偏器、光阑、分像装置、透镜和相机，面光源前方设有起偏器，起偏器前方设有光阑，待检测的玻璃瓶位于起偏器与光阑之间，光阑前方从近到远依次同轴设有分像装置、透镜、相机，分像装置包括菲涅尔双棱镜，菲涅尔双棱镜的两个倾斜相交的入射平面朝向光阑且与待检测部位相对应设置，两个入射平面相交的棱脊垂直，菲涅尔双棱镜的出射平面的左或右半部分镀有偏振膜，偏振膜的偏振方向与起偏器的偏振方向垂直。本发明检测装置仅基于一台相机便可实现对玻璃瓶常规和应力不均缺陷的检测，且可实现对玻璃瓶外形尺寸的测量，检测成本低，所占空间小，准确性高，误检率低。

Description

玻璃瓶缺陷检测装置及分像装置

技术领域

本发明涉及一种玻璃瓶缺陷检测装置以及该玻璃瓶缺陷检测装置中用到的分像装置，属于玻璃瓶缺陷检测领域。

背景技术

在机器视觉检测领域，被检测的物体多种多样，其缺陷的光学特征也大相径庭，通常为了某种类型的缺陷检测，会采用一台或多台相机多角度同时进行拍摄，因此便需要连续设置几个工位来对物体进行全面检测，而这样的话，检测系统会变得十分庞大复杂，且成本高，不利于推广。

以玻璃瓶检测为例，玻璃在成形时，由于受工艺的影响，不可避免地会出现结石夹砂等瑕疵。一般而言，客户需要对玻璃瓶的瓶口、瓶颈、瓶身外形尺寸进行测量，对瓶体的结石夹砂、大裂纹、脏污、应力不均等缺陷进行检测。对于外形尺寸，一般可以采用背光方式，即面光源和相机分别位于玻璃瓶的前后两侧，从而基于玻璃瓶边缘和中心对于光线的折射和吸收不同，在相机拍摄的图像上得到玻璃瓶的轮廓，根据物空间的标定计算出玻璃瓶的实际尺寸。对于瓶体的结石夹砂，由于其具有不透明的特性，也可采用类似的背光方式进行拍摄，但是，当结石夹砂位于玻璃瓶的刻度标记区域时，由于刻度和标记对光亦有吸收和折射作用，其局部的图像效果便与结石夹砂类似，因此影响结石夹砂缺陷的检测。对于应力不均，目前国内玻璃瓶制造厂商大多采用传感器或者离线抽检的检测方式，这种检测方式的偶然性大，无法保证出厂的每一玻璃瓶的质量，具有安全隐患，且这种检测方式的检测速度低，不利于大规模生产的需求。

由此可见，设计出一种既可对玻璃瓶常规缺陷进行检测，又可对玻璃瓶应力不均缺陷进行全面、实时检测的装置是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种玻璃瓶缺陷检测装置及分像装置，基于该分像装置的该玻璃瓶缺陷检测装置不仅可对玻璃瓶的常规缺陷进行检测，还可对玻璃瓶的应力缺陷进行检测，达到全方位检测玻璃瓶质量的目的。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种玻璃瓶缺陷检测装置，其特征在于：它包括面光源、起偏器、光阑、分像装置、透镜和相机，该面光源的前方设有该起偏器，该起偏器的前方设有光阑，待检测的玻璃瓶位于该起偏器与该光阑之间，该光阑的前方从近到远依次设有该分像装置、该透镜、该相机，该分像装置、该透镜、该相机同轴设置，其中：该分像装置包括菲涅尔双棱镜，该菲涅尔双棱镜的两个倾斜相交的入射平面朝向该光阑且与该玻璃瓶上待检测部位相对应设置，该两个入射平面相交的棱脊垂直设置，该菲涅尔双棱镜的出射平面的左半部分或右半部分镀设有偏振膜，该偏振膜的偏振方向与该起偏器的偏振方向相垂直，该相机与控制处理系统连接。

所述光阑包括两个遮光板，该两个遮光板对称位于待检测的玻璃瓶的两侧。

所述菲涅尔双棱镜的楔角在5度至35度之间。

所述起偏器的偏振方向为水平方向，所述偏振膜的偏振方向为垂直方向。

所述偏振膜为线偏偏振膜或圆偏偏振膜。

所述菲涅尔双棱镜的出射平面上未镀设所述偏振膜的半部分不镀膜或镀设减光膜。

待检测的玻璃瓶位于传送装置上传送，该传送装置与所述控制处理系统连接。

一种分像装置，其特征在于：它包括菲涅尔双棱镜，该菲涅尔双棱镜的出射平面的左半部分或右半部分镀设有偏振膜。所述菲涅尔双棱镜的楔角在5度至35度之间。所述菲涅尔双棱镜的出射平面上未镀设所述偏振膜的半部分不镀膜或镀设减光膜。

本发明的优点是：

通过分像装置，本发明玻璃瓶缺陷检测装置对玻璃瓶基于两个光路进行检测，这两个光路是常规光路和偏振光路，常规光路用于对大裂纹、脏污、结石夹砂（未位于玻璃瓶的刻度标记区域）等常规缺陷进行检测外，还可对玻璃瓶外形尺寸进行测量，偏振光路用于对玻璃瓶的应力缺陷（应力不均缺陷、位于玻璃瓶的刻度标记区域的结石夹砂缺陷）进行检测，检测准确性高，误检率低。

本发明玻璃瓶缺陷检测装置仅基于一台相机便可实现对玻璃瓶常规和应力缺陷的检测，检测成本低，检测速度快，且可实现对玻璃瓶外形尺寸的测量。

本发明玻璃瓶缺陷检测装置不仅可对玻璃瓶、中小幅宽玻璃制品进行检测，还可对待检测的缺陷与自身具备相反偏光特性的棉花、LCD屏等众多物体进行检测，例如对棉花进行检测时，一方面可对棉花中混杂的彩色异纤、头发丝等常规缺陷进行检测，另一方面可对棉花中的PVC膜等缺陷进行检测。

本发明分像装置将一路入射光经过具有偏振膜的部分射出，另一路入射光从不具有偏振膜的部分射出，经过镜头在相机像平面汇聚成两个图像——偏振图像、正常图像，从而通过对这两种图像的分析处理来实现对入射光特性的判断，帮助本发明玻璃瓶缺陷检测装置实现对玻璃瓶常规和应力缺陷的检测目的。

附图说明

图1是本发明玻璃瓶缺陷检测装置的组成示意图。

图2是图1的俯视示意图。

图3是本发明分像装置的立体示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明玻璃瓶缺陷检测装置包括面光源10、起偏器20、光阑30、分像装置40、透镜50和相机60，该面光源10的前方设有该起偏器20，该起偏器20的前方设有光阑30，待检测的玻璃瓶90位于该起偏器20与该光阑30之间，该光阑30的前方从近到远依次设有该分像装置40、该透镜50、该相机60，该相机60的镜头朝向该透镜50设置，该分像装置40、该透镜50、该相机60同轴设置，其中：该分像装置40包括菲涅尔双棱镜41，该菲涅尔双棱镜41的两个倾斜相交的入射平面411朝向该光阑30且与该玻璃瓶90上待检测部位相对应设置，该两个入射平面411相交的棱脊412与水平面垂直设置，该菲涅尔双棱镜41的出射平面413的左半部分或右半部分镀设有偏振膜42，该偏振膜42的偏振方向与该起偏器20的偏振方向相垂直，该相机60与控制处理系统70连接。

在实际设计中，该面光源10的前方可设置有平行光片（图中未示出），平行光片用于将面光源10发射出的发散光变成平行光射出，用于玻璃瓶测量及对细小缺陷的检测。面光源10可选为LED面光源或高频荧光灯组成的面光源。面光源10的尺寸与待检测的玻璃瓶90的尺寸相适配，在实际中，该面光源10的尺寸最小要等于被检测的玻璃瓶90的尺寸，最好大一些，最好是单色光（单一波长），也可以是白光，但会带来色散问题，影响图像边缘清晰度。另外，面光源10要求发光均匀。

该光阑30包括两个遮光板301，该两个遮光板301对称位于待检测的玻璃瓶90的两侧，且相距设定距离，如图2，在实际中，一般地，轴线L贯穿待检测的玻璃瓶90的中轴线，这样的话，该两个遮光板301即关于轴线L对称设置。对于不同尺寸的玻璃瓶、不同的光路设计，光阑30的位置需要做相应调节，该遮光板301的高度与待检测的玻璃瓶90的高度相适配，该光阑30的作用是消除入射分像装置40的杂散光（如遮挡从玻璃瓶90两侧射过的光线），使其不会对分像装置40所成的两个图像造成干扰，使两个图像的分离度更加明显，易于辨识。

如图3，分像装置40包括菲涅尔双棱镜41，该菲涅尔双棱镜41的出射平面的左半部分或右半部分镀设有偏振膜42。菲涅尔双棱镜41的截面大致沿轴线L呈对称的三角形，两个入射平面411倾斜相交形成棱脊412，与入射平面411相背的出射平面413可根据实际需要制作成圆形等形状，菲涅尔双棱镜41的楔角α在5度至35度之间，例如，5度、20度、35度，较佳地选择15度，其中的一个入射平面411所对应的出射平面部分镀有偏振膜42，偏振膜42可为线偏偏振膜或圆偏偏振膜。菲涅尔双棱镜41的出射平面413上未镀设偏振膜42的半部分不镀膜或可镀设减光膜。在实际中，该菲涅尔双棱镜41可通过两个直角棱镜拼接而得到。

如图2所示，图中对器件的左右侧进行了定义，图中，菲涅尔双棱镜41右侧的入射平面411所对应的出射平面部分（出射平面413的右半部分）镀有偏振膜42。

在实际设计中，起偏器20的偏振方向可设定为水平方向，相应地，偏振膜42的偏振方向为垂直方向。

相机60可以是线阵或面阵相机，黑白或彩色相机，CCD或CMOS相机。对于线阵相机，其传感器应与楔角处于一个平面上。

在实际设计中，待检测的玻璃瓶90可位于传送装置80上传送，该传送装置80与控制处理系统70连接，另外，还可在传送装置80的相应位置设置剔废装置（图中未示出）等相关装置。

在本发明中，面光源10、起偏器20、光阑30、透镜50、相机60、控制处理系统70、传送装置80均为本领域的熟知器件或设备，其具体构成不再在这里详述。

在实际使用时，应根据待检测的玻璃瓶的尺寸以及待检测部位合理设置面光源10、起偏器20、光阑30的左右位置以及分像装置40、透镜50和相机60的左右位置、高度。

如图1和图2，面光源10发射出的光经由起偏器20变成偏振光后投射在待检测的玻璃瓶90背侧上，从玻璃瓶90透射过的发散光经由光阑30遮挡杂散光后入射分像装置40，分像装置40将射入的光分成两路射出，如图2，一路（偏振光路）为从右侧的入射平面411入射，而后从偏振膜42射出，另一路（常规光路）为从左侧的入射平面411入射而未从偏振膜42射出。从菲涅尔双棱镜41上两个入射平面411入射的光分别发生折射后从出射平面413平行射出，但是，从出射平面413的右半部分射出的光还要通过偏振膜42发生偏振，然后才经由透镜50汇聚而被相机60拍摄成像（该图像称为偏振图像），而从出射平面413的左半部分射出的光不通过偏振膜42而直接经由透镜50汇聚后被相机60拍摄成像（该图像称为正常图像），该偏振图像、正常图像均为待检测的玻璃瓶90上待检测部位的图像，在相机60拍摄的整幅图像中，该偏振图像、该正常图像分别位于右侧、左侧，但偏振图像与正常图像的特性不同，从两个角度反映了待检测部位的特性。

然后，相机60将拍摄的图像传输给控制处理系统70，从而控制处理系统70对传输来的图像进行分析处理，判断出玻璃瓶是否存在相关常规缺陷和应力缺陷，以及实现对玻璃瓶外形尺寸的测定。在处理过程中，由于正常图像是只经过起偏得到的图像，故通过分析其图像特征即可用于对玻璃瓶的大裂纹、脏污、结石夹砂（未位于玻璃瓶的刻度标记区域）等常规缺陷进行判断（公知技术），另外还可对玻璃瓶的外形尺寸进行测定，而偏振图像是经过起偏（起偏器20）、检偏（偏振膜42）后而得到的图像，因此其可用于对玻璃瓶的应力缺陷（应力不均缺陷、位于玻璃瓶的刻度标记区域的结石夹砂缺陷）进行判断。透过起偏器20射出的光的振动方向与起偏器20的偏振方向相同且为一个相同的方向，因此，若玻璃瓶的待检测部位不存在应力缺陷，则透过玻璃瓶90待检测部位的光的振动方向仍与起偏器20的偏振方向一致，从而经过偏振膜42后的光产生消光效应，得到的偏振图像全部呈现消光效果（表现为均匀的暗场），若玻璃瓶的待检测部位存在应力不均缺陷，则光线透过应力不均的、各向异性的部位后会被分解成振动方向相垂直的两束矢量光，使得这两束光中的一束光的振动方向必定与起偏器20的偏振方向不同，因此，在经过偏振膜42后，得到的偏振图像上必然仍存在未消光的区域，从而即可判断出未消光的区域所对应的玻璃瓶部位内存在应力不均缺陷，若玻璃瓶的待检测部位中的刻度标记区域存在结石夹砂缺陷，由于刻度、标记不改变玻璃的特性，结石夹砂会影响玻璃的结构均匀性而影响玻璃的各向同性特征，因此，与应力不均缺陷一样，位于玻璃瓶的刻度标记区域的结石夹砂对偏振光不能完全进行消光，使得偏振图像上的刻度标记区域仍存在未消光的区域。

对于存在相关缺陷的玻璃瓶，控制处理系统70通过对传送装置80以及剔废装置的控制继而可实现剔废作业，而后对下一个待检测的玻璃瓶继续进行质量检测。

本发明的优点是：

通过分像装置，本发明玻璃瓶缺陷检测装置对玻璃瓶基于两个光路进行检测，这两个光路是常规光路和偏振光路，常规光路用于对大裂纹、脏污、结石夹砂（未位于玻璃瓶的刻度标记区域）等常规缺陷进行检测外，还可对玻璃瓶外形尺寸进行测量，偏振光路用于对玻璃瓶的应力缺陷（应力不均缺陷、位于玻璃瓶的刻度标记区域的结石夹砂缺陷）进行检测，检测准确性高，误检率低。

本发明玻璃瓶缺陷检测装置仅基于一台相机便可实现对玻璃瓶常规和应力缺陷的检测，检测成本低，检测速度快，且可实现对玻璃瓶外形尺寸的测量。

本发明玻璃瓶缺陷检测装置不仅可对玻璃瓶、中小幅宽玻璃制品进行检测，还可对待检测的缺陷与自身具备相反偏光特性的棉花、LCD屏等众多物体进行检测，例如对棉花进行检测时，一方面可对棉花中混杂的彩色异纤、头发丝等常规缺陷进行检测，另一方面可对棉花中的PVC膜等缺陷进行检测。

本发明分像装置将一路入射光经过具有偏振膜的部分射出，另一路入射光从不具有偏振膜的部分射出，经过镜头在相机像平面汇聚成两个图像——偏振图像、正常图像，从而通过对这两种图像的分析处理来实现对入射光特性的判断，帮助本发明玻璃瓶缺陷检测装置实现对玻璃瓶常规和应力缺陷的检测目的。

上述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种玻璃瓶缺陷检测装置，其特征在于：它包括面光源、起偏器、光阑、分像装置、透镜和相机，该面光源的前方设有该起偏器，该起偏器的前方设有该光阑，待检测的玻璃瓶位于该起偏器与该光阑之间，该光阑的前方从近到远依次设有该分像装置、该透镜、该相机，该分像装置、该透镜、该相机同轴设置，其中：该分像装置包括菲涅尔双棱镜，该菲涅尔双棱镜的两个倾斜相交的入射平面朝向该光阑且与该玻璃瓶上待检测部位相对应设置，该两个入射平面相交的棱脊与水平面垂直设置，该菲涅尔双棱镜的其中一个该入射平面所对应的出射平面镀设有偏振膜，该偏振膜的偏振方向与该起偏器的偏振方向相垂直，该相机与控制处理系统连接。

2.如权利要求1所述的玻璃瓶缺陷检测装置，其特征在于：

所述光阑包括两个遮光板，该两个遮光板对称位于待检测的玻璃瓶的两侧。

3.如权利要求1所述的玻璃瓶缺陷检测装置，其特征在于：

所述菲涅尔双棱镜的楔角在5度至35度之间。

4.如权利要求1所述的玻璃瓶缺陷检测装置，其特征在于：

所述起偏器的偏振方向为水平方向，所述偏振膜的偏振方向为垂直方向。

5.如权利要求1或4所述的玻璃瓶缺陷检测装置，其特征在于：

所述偏振膜为线偏偏振膜或圆偏偏振膜。

6.如权利要求1所述的玻璃瓶缺陷检测装置，其特征在于：

所述菲涅尔双棱镜的出射平面上未镀设所述偏振膜的半部分不镀膜或镀设减光膜。

7.如权利要求1所述的玻璃瓶缺陷检测装置，其特征在于：

待检测的玻璃瓶位于传送装置上传送，该传送装置与所述控制处理系统连接。

8.一种分像装置，其特征在于：它包括菲涅尔双棱镜，该菲涅尔双棱镜的两个入射平面倾斜相交形成棱脊，其中一个入射平面所对应的出射平面镀设有偏振膜。

9.如权利要求8所述的分像装置，其特征在于：

所述菲涅尔双棱镜的楔角在5度至35度之间。

10.如权利要求8所述的分像装置，其特征在于：

所述菲涅尔双棱镜的出射平面上未镀设所述偏振膜的半部分不镀膜或镀设减光膜。