CN103376265A - 物品缺陷检测系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物品缺陷检测系统(100)，包含有一个大体上位于物品(102)侧面的光源(101)，用来投射光线以照亮部分物品(102)；一个用来支撑物品(102)的平台(103)；一个光传感器(105)；以及一个布置在光源(101)和物品(102)之间，以一定角度向光源(101)倾斜的反射装置(104)，用来接收从物品被照亮部分反射出的光图像，并将光图像投射到光传感器(105)上；在那里，光传感器(105)将反射过来的光图像记录下来，并将光图像转换成数据，以供缺陷分析之用。本发明能够有效检测物品表面和内部的缺陷。

Description

物品缺陷检测系统与方法

技术领域

本发明涉及物品缺陷检测系统与方法。具体而言，本发明涉及一种用来检测LED透镜表面或内部，诸如气泡、划痕、气隙、污损和凹坑之类缺陷的系统和方法。

背景技术

一个物品在生产和使用的过程中，在其表面和内部可能产生各种缺陷，比如气泡、气隙、裂纹、划痕、凹坑、指印和污损。通常，这些缺陷的尺寸很小或者深埋在物品内部，没有仪器设备的帮助，肉眼很难发现它们。这样的缺陷会破坏透明物体的质量，并影响其性能。例如，LED透镜表面或内部的划痕、气泡或灰尘污染，会使通过透镜的光线散射开来，造成对比度的降低。衍射图也会由于破损透镜的阻碍而受到影响。

近年来，各种各样帮助检测透明或非透明物品缺陷的系统和装置已被提出。美国专利6396579使用了一种检测透明表皮膜状物的系统。该系统的检测部分包含一个检测装置，该装置包括了一个放置在表皮膜状物一侧单光源，用来将光线照射到被固定在检测位置上的表皮膜状物上，和一个位于表皮膜状物另一侧，与单光源相对，且不被单光源发出的光束直接照射到的位置上的探测设备。这个探测设备装有一个探测器，用来探测从单光源发出并穿过表皮膜状物的光线。以这样的元件布置方式，探测设备可能无法很好地探测透明物体的影像，因为大多数透过透明物体的光线不会被直接反射到探测设备上。反而，通过把探测设备放置在这样的位置，只有少量穿过透明元件的光线会被反射到探测设备上。

另一项现有专利，美国专利5216481描述了一种检测透明物体缺陷的方法和装置。该装置通过探测基准条状图样的条纹间距来实施检测。带有基准图样的光被投射在被测物体上。从被测物体透射出的光线则被影像传感器捕捉。根据从捕捉到的被测物体图像上的两个像素数据的平均值，设置一个阈值，两个像素之间间隔半个探测到的间距，然后通过比较像素数据和阈值来判定像素的明暗。物体的缺陷会从众多已被确定明暗的像素中显现出来。这项发明的局限性在于，它要求更多的时间和额外的装置来分析捕捉到的被测物体影像中黑暗与明亮的部分。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种检测物品缺陷的有效系统和方法。

本发明的另一个目的是提供一种物品缺陷检测系统和方法，能够使从物品透过或反射出来的最佳光线射向光传感器，而不会伤害检测者的眼睛。

本发明的再一个目的是提供一种使用简单系统布置的物品缺陷检测系统。

本发明还有一个目的是提供一种简单的物品缺陷检测方法，借此通过检测透明物体的所有表面及内部，执行一次完整的检测。

本发明全部或部分满足了至少一个上述目的，本发明的实施例描述了一种物品缺陷检测系统，包含有一个大体上位于物品侧面的光源，用来投射光线以照亮部分物品；一个用来支撑物品的平台；一个光传感器；以及一个布置在光源和物品之间，以一定角度向光源倾斜的反射装置，用来接收从物品被照亮部分反射出来的光图像，并将光图像投射到光传感器上；在那里，光传感器将反射过来的光图像记录下来，并将光图像转换成数据，以供缺陷分析之用。

本发明也公开了一种检测物品缺陷的方法，包括下列步骤：将物品放在平台上；用安装在物品侧面的第一光源将光线投射到物品上；用一个布置在光源和物品之间，以一定角度向光源倾斜的反射装置，接收从物品反射出来的光图像；将光图像投射到光传感器上，以便记录光图像，并将光图像转换成数据；分析数据查找缺陷。

本发明提供了一种，使得从物品透过或反射出来的最佳光线，能够被影像捕捉装置之类的光传感器探测到，而不伤害检测者眼睛的解决方案，设法解决了上文提到的现有技术的缺点。一种用来检测物品表面和内部缺陷的简单的元件布置方案和方法，是本发明主要特征的一部分，将带来对物品的有效视觉检测。

附图说明

图1是物品缺陷检测系统的俯视图，其中，在最佳实施例中面向物品顶部的光传感器未显示。

图2显示了物品缺陷检测系统的侧视图，图中箭头所示为光的传播路线，该路线是为了使光传感器记录下从物品顶部探测到的反射出来的光图像。

图3显示了物品缺陷检测系统的侧视图，图中箭头所示为光的传播路线，该路线是为了使光传感器记录下从物品侧面探测到的反射出来的光图像。

具体实施方式

本发明公开了一种物品102缺陷检测系统100，包含有一个大体上位于物品102侧面的，用来投射光线照亮部分物品102的光源101；一个用来支撑物品102的平台103；一个光传感器105；以及一个布置在光源101和物品102之间，以一定角度向光源101倾斜的反射装置104，用来接收从物品被照亮部分反射出来的光图像，并将光图像投射到光传感器105上；在那里，光传感器105会把反射过来的光图像记录下来，并将光图像转换成数据，以供缺陷分析之用。

LED透镜，最好是圆顶型（dome shape）的，是一种对检测其透光性和（或）感官质量感兴趣的被测物品102。LED灯的透镜表面或内部的缺陷，既影响LED灯的性能，也影响其美学价值。物品102表面或内部的缺陷包括气泡、气隙、裂纹、划痕、凹坑和污损中的任意一种或组合，它们会阻碍或折射透过透明物体102的光线。

在本发明中，系统100元件的布局，在确保从光源101发出的最佳光线能够照亮物品102，以及使光传感器105能探测到一幅清楚的物品102的光图像方面，起到了重要的作用。如图1到图3所示，物品102被放置在平台103上进行检验。光源101被安置在物品102的侧面，并且面向物品102特定的一面，使发出的光线朝向物品102的那个面。术语“侧面”在这里是指，在一个有基座且有三个或三个以上侧表面的物品旁边的一个位置。侧面就是连接在固体基座上的侧表面。

光源101可以由一个或多个同轴放置的照明单元构成。在一个最佳实施例中，光源101有一个大于40°的观察角。从光源101发出的光，波长最好在620 nm到750 nm的红光波长范围内。这是因为当穿过物品102去探测物品内部是否存在任何缺陷时，红光散射少，能产生更好的对物品102的穿透性。然而，应该指出的是，波长在其他范围的光线也是可用的，比如蓝光、青光、绿光、黄光和橙光。因此，从光源发出的光，其波长可能从大约400 nm到750 nm，或者是这中间可形成白光的任意组合。

在反射装置104和光源101之间加入一个漫射体（diffuser）107，有利于均匀地散射从光源101传来的光。具有白色表面的材料适合产生漫射光，比如常被称作白色迭尔林（white delrin）的白色高分子聚甲醛。布置在漫射体107和透明物品102之间的反射装置104，以一个与水平轴成50°到75°之间的角度向光源101倾斜，最好在60° 到70°的范围内，65.7°是最佳角度。反射装置104在这个角度范围内的倾斜，通过物品102侧面图像在反射装置104上的反射，使缺陷的影像与背景中物品102外表的反差更大。反射装置104是一种分光镜，最好是半镀银镜。

额外的光源101和反射装置104可以用与上文所述的同样的布局，布置在物品102的其他侧面，这取决于检测者在检测中对哪些面感兴趣。同样的，可以在光源101和反射装置104之间增加漫射体107。如图1所示的最佳实施例，在物品102的所有四个侧面，即物品102的正面、背面和两个相对的侧面，都有光源101和反射装置104。在最佳实施例中面向物品102顶部的光传感器105，没有显示在图1中，这是为了便于观察物品102、光源101、漫射体107和反射装置104的位置。

像照相机一样可以作为图像捕捉单元的光传感器105，最好布置在物品102顶面的上方，以便记录物品的光图像，并将光图像转换成数据。然而，光传感器105的位置并非仅限于物品102顶面的上方，因为无论光传感器105被放置在什么地方，都有至少一个额外的反射装置可以被用于将光图像反射到光传感器105上，只要光图像能够到达光传感器105并且被其探测到。

在最佳实施例中，光传感器105是捕捉物品102图像的图像捕捉单元。所捕捉的图像可以是反射在反射装置上的物品102侧面图像或者物品102顶面图像中的任意一个或组合。物品102的顶部或侧面视图，使检测者能够检测物品102的表面和内部。当物品102所有的侧面都装上，被设定成以间歇方式照亮物品每个表面的光源101以及反射装置104，物品102所有侧面的光图像都会分别反射到反射装置104上。由光传感器105执行的一次单一图像记录过程，光传感器最好面向透明物品102 的顶面，可同时记录物品102所有侧面和来自顶面的光图像，然后将光图像转换成数据，比如图片。

为了更容易地帮助完成检测工作，可以使用一种可旋转的托架来支撑多个需要系统检测的物品102。托架旋转着将物品102送到平台103上以进行检测工序。一旦一个物品102完成检测，托架就会旋转起来，把下一个还未检测的物品102放在平台上103，同时把已经检测完毕的物品102旋转带离平台103。应该指出的是，这套系统要放置在一个封闭的环境中，该环境中没有其他外界光可以进入而干扰从光源101发出的光的传播。光和被反射的光图像在一条不受其他外界光干扰的光路上传播。

物品102缺陷检测的方法，可总结为下列步骤：将物品102放在平台上103；由安装在物品102一个侧面的第一光源101将光投射到物品102上；用一个布置在光源101和物品102之间，以一定角度向光源101倾斜的反射装置104，接收从物品反射出的光图像；将光图像投射到光传感器105上，以便记录光图像，并将光图像转换成数据；分析数据查找缺陷。

本发明的可选步骤包括，用一个布置在光源101和反射装置104之间的漫射体107，均匀地散射从光源101射出的光。如图2所示，从光源101射出的光沿箭头A所示，穿过漫射体107和反射装置104后，被投射到物品102上。然后，从物品102出来的光图像如箭头B所示，被反射到光传感器105上。这条光的传播路线使得物品102顶部的光图像被光传感器105记录下来。

为了捕捉到物品102侧面的图像，光的传播路线应如图3中箭头A、C和D所示。从物品102上传递到反射装置上104的光线，反射出了从物品102上被照亮侧面到反射装置104上的光图像。光图像显示了物品102中安装了光源101的那个侧面的图像。这个过程如箭头C所示。有分光功能的反射装置104将光图像从反射装置104反射到光传感器105，如图中箭头D所示。

最佳实施例中的图像捕捉单元是一个装备有聚光镜106的光传感器105，它能够捕捉反射装置104上的光图像和物体顶部102的图像。聚光镜106接收从反射装置104反射出来的光线，从而在图像捕捉单元中形成可被捕捉且能转换成图片的物品102的光图像。

本发明的布置方案允许最佳光线穿过物品102，反射出显现物品102表面及内部情况的光图像。一幅由光传感器105捕捉到的物品102外表的明亮的光图像，表明了物品102内部没有缺陷。另一方面，缺陷以暗黑色显现，因为当光遇到缺陷时会被转向。通过这样的对比，很容易就能从探测到的光图像中识别出缺陷。

如使用图1所示的布置，即透明物体102所有的侧面都有一个光源101和反射装置104，那么物品102所有的侧面及顶面的图像，都会被光传感器105同时捕捉下来。缺陷分析通过人工在产生的图片上进行。计算机处理器则被设定为，按照预先设定的缺陷分析准则来分析图片。通过检测从物品102顶部和侧面探测到的光图像，实施了一次对物品102所有表面及其内部的全面检测。

尽管以上描述包含了许多详细内容，仍需指出，优选形式的实施例不可背离本发明，它可在权利要求申明范围内进行调整。 

Claims (18)

1.一种物品缺陷检测系统(100)，其特征在于，包含有

    一个大体上位于物品(102)侧面的光源(101)，用来投射光线以照亮部分物品(102)；

    一个用来支撑物品(102)的平台(103)； 

    一个光传感器(105)；以及

    一个布置在光源(101)和物品(102)之间，以一定角度向光源(101)倾斜的反射装置(104)，用来接收从物品被照亮部分反射出的光图像，并将光图像投射到光传感器(105)上；在那里，光传感器(105)将反射过来的光图像记录下来，并将光图像转换成数字数据，以供缺陷分析之用。

2.如权利要求1所述的物品缺陷检测系统(100)，其特征在于，还包含一个布置在反射装置(104)和光源(101)之间的漫射体(107)，用来均匀地散射从光源(101)发射出的光。

3.如权利要求1所述的物品缺陷检测系统(100)，其特征在于，所述物品(102)是一个LED透镜。

4.如权利要求3所述的物品缺陷检测系统(100) ，其特征在于，所述LED透镜是圆顶型的。

5.如权利要求1所述的物品缺陷检测系统(100) ，其特征在于，所述角度是与水平轴成50°到75°之间的角度。

6.如权利要求1所述的物品缺陷检测系统(100) ，其特征在于，所述反射装置是一种分光镜。

7.如权利要求1所述的物品缺陷检测系统(100) ，其特征在于，所述缺陷包括气泡、气隙、裂纹、划痕、凹坑和污损中的任意一种或组合。

8.如权利要求1所述的物品缺陷检测系统(100) ，其特征在于，所述光源(101)有一个大于40°的观察角。

9.如权利要求1所述的物品缺陷检测系统(100) ，其特征在于，从所述光源发出的，是波长在400nm到 750nm之间的光，或是波长在这个范围内的光的组合。

10.如权利要求1所述的物品缺陷检测系统(100) ，其特征在于，所述光传感器（105）是一个图像捕捉单元。

11.如权利要求1所述的物品缺陷检测系统(100) ，其特征在于，还包含一个位于光传感器(105)之前的额外的反射装置。

12.如权利要求1所述的物品缺陷检测系统(100) ，其特征在于，光和被反射的光图像在一条不受其他外界光干扰的光路上传播。

13.一种物品缺陷检测系统(100) ，其特征在于，包含

分别放置在物品(102)的正面、背面和两个相对的侧面的四个光源(101)，这些光源被设定成以间歇方式照亮物品(102)的每个表面；

一个用来支撑物品(102)的平台(103)；

一个布置在每个光源(101)和该物品(102)之间的漫射体(107)，用来均匀地散射从光源(101)发射出来的光；

一个面向物品顶部的图像捕捉单元；以及

一个布置在每个光源(101)和该物品(102)之间的反射装置(104)，以一个与水平轴成50°到75°之间的角度向光源(101)倾斜，用来接收从物品被照亮的侧面反射出来的光图像，并且将光图像反射到图像捕捉单元上，在那里，图像捕捉单元会记录下反射过来的光图像，并产生一幅表现物品被照亮的那个侧面的视图图片，以供缺陷分析之用。

14.如权利要求13所述的物品缺陷检测系统，其特征在于，所述缺陷分析通过人工检测在产生的图片上进行。

15.如权利要求13所述的物品缺陷检测系统，其特征在于，还包含一个被设定成按照预先设定的缺陷分析准则来分析图片的计算机处理器。

16.一种物品缺陷检测方法，其特征在于，包含的步骤有

将物品(102)放在平台上(103)；

由安装在物品(102)一个侧面的第一光源(101)将光线投射到物品(102)上；

用一个布置在光源(101)和物品(102)之间，以一定角度向光源(101)倾斜的反射装置(104)，接收从物品反射出的光图像；

将光图像投射到光传感器(105)上，以便记录光图像，并将光图像转换成数字数据；以及

分析数字数据查找缺陷。

17.如权利要求16所述的物品缺陷检测方法，其特征在于，还包括下列步骤，当从光源发出的光一传播到物品上，就将物品(102)的光图像反射到光传感器上，以便记录下反射过来的光图像，并将反射过来的光图像转换成数字数据。

18.如权利要求16所述的物品缺陷检测方法，其特征在于，还包括下列步骤，用一个布置在光源(101)和反射装置(104)之间的漫射体(107)，将从光源(101)发射出的光均匀地散射开来。

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