CN103644852A - 一种镜片膜厚度自动检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镜片膜厚度自动检测系统，包括气泵1、二维运动平台支架2、二维运动平台3、相机支架4、光源5、相机6、吸盘机械手7、镜片托盘8、镜片托盘放置平台9、次品等级盒10、运动控制器、计算机12和次品等级盒支架13。镜片所镀膜厚度不同，光源在镜片表面所成像的颜色就会不同，本发明使用相机6拍摄光源5在镜片所成的像，并由计算机12通过相关软件对图像进行处理，进而判别膜的厚度，然后由吸盘机械手7对次品进行分拣，此系统实现了镜片膜厚度自动批量检测，大大提高了检测速度和精测精度。

Description

一种镜片膜厚度自动检测系统

技术领域

本发明涉及一种检测速度快、精度高的镜片膜厚度自动检测系统。 

  

背景技术

   目前，我国已是世界上的镜片生产大国，仅江苏丹阳的镜片产量就占到世界的40%。然而我国的镜片生产检测工艺却比较落后，镜片检测是镜片生产中的重要一环，然而这种落后状况在镜片的检测环节尤为突出。检测项目中有一项为镜片膜厚度检测，现在还主要由人工完成，主要方法就是工人通过观察光源在镜片表面所成像的颜色来判定产品是否合格，而人工检测结果会受到工人生理差异、经验、情绪和疲劳度等诸多因素的影响，再加上人工检测的判定标准很模糊，无法对镜片膜厚度进行量化判别，最终造成产品的质量参差不齐，严重影响了镜片的销售，造成返单增加；由于人工检测速度很慢，而且不稳定，无法和生产流水线的速度相匹配；随着我过人力成本的不断增加，人工检测的成本会越来越高，人工检测成本也会高。 

常用的膜厚度测量方法有称量法、电容法、电阻法、等厚干涉法、变角干涉法、椭圆偏振法等，如专利CN1432791提出了一种通过测量由电子束轰击膜所产生的基底电流大小来测量膜厚度，专利CN202956092U提出一种利用折射原理测量镜片膜厚度的方法，但是却需要与基底的测量数据进行对比，效率较低。还有一些专用的膜厚度检测虽然检测精度很高，但由于原理复杂、结构精密、速度较慢、成本较高，在工业生产上应用较少。 

发明内容

 针对现有的镜片膜厚度检测技术的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种检测速度快、精度高的镜片膜厚度自动检测系统。 

本发明的技术方案是：一种镜片膜厚度自动检测系统，包括气泵、二维运动平台支架、二维运动平台、相机支架、光源、相机、吸盘机械手、镜片托盘、镜片托盘放置平台、次品等级盒、运动控制器和计算机；其特征在于：所述镜片托盘放置在镜片托盘放置平台上，所述二维运动平台安装在二维运动平台支架上，所述吸盘机械手安装在二维运动平台上，所述二维运动平台的运动范围覆盖所述镜片托盘放置平台上方；所述相机和光源安装在相机支架上并位于所述二维运动平台的上方；所述次品等级盒放置在次品等级盒支架上，所述气泵通过压缩气管与吸盘机械手相连，所述运动控制器通过数据线分别与二维运动平台、吸盘机械手相连，所述计算机通过数据线分别与相机、运动控制器相连；所述相机的视场覆盖所述镜片托盘放置平台；所述相机拍摄的是彩色图像。 

所述光源为白色漫散射光源。 

所述相机拍摄的图片发送到所述计算机；所述计算机用于处理相机拍摄的图像，并向运动控制器发送控制数据，控制二维运动平台、吸盘机械手的运动；所述技术计算机还用于控制相机的拍摄。 

所述处理相机拍摄的图像的方法为： 

1）通过边缘提取算法提取光源的像，求所有像素点的R、G、B三个分量的均值；

2）将均值R、G、B三个分量的均值与基准数据进行对比，选择最接近的R、G、B三个分量的均值；

3）所述最接近的R、G、B三个分量的均值对应的膜厚度为所测镜片的膜厚度。

所述基准数据为实际测量的膜厚度与R、G、B三个分量的均值的对应关系。 

本发明的有益效果为： 

（1）本发明可同时检测多片镜片，大大缩短了镜片膜厚度检测时间，提高了镜片的检测效率；

（2）本发明使用计算机对镜片的投影图像进行处理，大大提高了镜片膜厚度的检测精度；

（3）本发明使用二维运动控制平台和吸盘机械手，实现了镜片的自动分拣；

（4）本发明中使用吸盘机械手抓取镜片，减少了对镜片的损伤，提高了抓取效率。

附图说明

图1为本发明的结构图； 

图2为本发明的工作流程图。

1.气泵，2. 二维运动平台支架，3.二维运动平台，4.相机支架，5.光源，6.相机，7.吸盘机械手，8.镜片托盘，9.镜片托盘放置平台，10.次品等级盒，11.运动控制器，12.计算机，13次品等级盒支架。 

具体实施方式

如图1所示，本发明提出的镜片膜厚度自动检测装置系统包括：气泵1、二维运动平台支架2、二维运动平台3、相机支架4、光源5、相机6、吸盘机械手7、镜片托盘8、镜片托盘放置平台9、次品等级盒10、运动控制器11、计算机12和次品等级盒支架13。其特征在于：镜片放置在镜片托盘8上，镜片托盘8放置在镜片托盘放置平台9，二维运动平台3安装在二维运动平台支架2上，吸盘机械手7安装在二维运动平台3上，相机6和光源5安装在相机支架上，次品等级盒支架13紧靠镜片托盘放置平台9放置，次品等级盒10放置在次品等级盒支架13上，气泵1通过压缩气管与吸盘机械手7相连，运动控制器11通过数据线分别与二维运动平台3、吸盘机械手7相连，计算机12通过数据线分别与相机6、运动控制器11相连。 

所述系统中相机6为彩色相机，且使用能够满足视场要求的广角镜头；相机6拍摄的为光源5在镜片表面所成的像；光源5为白色漫散射光源；镜片托盘8、镜片托盘放置平台9、次品等级盒10和次品等级盒支架13放置在二维运动平台3的运动范围之内；吸盘机械手7可在运动控制器11的控制下上下伸缩；运动控制器11可以根据计算机12传送的相关数据控制二维运动平台的运动和吸盘机械手的伸缩和吸放动作；计算机12可以处理相机6拍摄的彩色图像，并根据处理结果向运动控制器发送相关控制数据，同时还可以记录检测产品的相关数据。计算机12的图像处理算法可以实现各镜片提取、光源成像提取、图像RGB均值化等功能。 

镜片上镀的膜是增透膜，增透膜利用上述光的干涉原理，减少镜片表面的反射光，进而增加光线的透射，由于可见光的波长范围为400至700纳米之间，正常情况下，人眼对波长为555纳米的光线最为敏感，因此上述干涉原理中的λ一般选为555纳米。由于白色光线包含可见光的所有波段，增透膜的作用只使555纳米波段的光线反射率最低，而离555纳米波段越远的光线反射率就会越来越高，最终的结果是反射光束中各波段的光线比例不在和入射光线相同，相机中拍摄到的光源的像就不再为白色，而是随各波段光线的比例不同呈现不同颜色，然而不同的膜厚度就会使增透波段偏移，即增透效果最好的波段不再是555纳米波段，反射光束中各波段的光线比例也就不再相同，也就是说相机拍摄的光源的像的颜色是和膜厚度有对应关系。 

彩色数字图像为三维矩阵，每个像素点有三个参数，三个参数分别为R、G、B三个颜色的系数，不同的系数组合对应着不同的颜色，图像处理时，通过对比这三个系数即可辨别不同的颜色，进而可以推测出增透膜的厚度。 

相机6对光源5在镜片托盘8中所有镜片表面所成的像进行拍照，获取的图像通过数据线传送到计算机12，计算机12对图像进行处理，通过边缘提取算法提取光源的像，求像的所有像素点的R、G、B三个分量的均值，将三个均值与基准数据进行对比，选择最接近的数据，这个数据对应的膜厚度即为所测镜片的膜厚度。其中的基准数据是提前制作的，首先采用这套设备采集某个镜片中光源的像，通过图像处理得到像的R、G、B均值，然后通过实验室使用的精密膜厚度测量仪对该镜片的膜厚度进行测量，将结果与之前的R、G、B均值进行对应，组成一个基准数据，按照此方法，完成一定范围内的膜厚度与R、G、B均值一一对应的基准数据。通过对一张图像进行处理可以如图2所示，得到各个镜片的膜厚度，根据膜厚度对镜片进行分级，并将镜片的分级信息和坐标信息通过数据线传送给运动控制器11，运动控制器11控制二维运动平台3和吸盘机械手7将次品镜片分拣到不同等级的次品等级盒10中，计算机12同时将镜片的相关信息记录到数据库中。例如第3行第2列的镜片膜厚度严重不合格，为废品，计算机将废品料盒坐标（其坐标为固定值）和镜片坐标（3,2）发送给运动控制器11，二维运动平台3将吸盘机械手7运送到镜片坐标（3,2）处，吸盘机械手7抓取镜片，然后二维运动平台3将吸盘机械手7运送到废品料盒处，吸盘机械手7松开镜片，完成此次镜片分拣。 

所述系统采用颜色色调检测法，颜色色调检测法的基本原理是光的干涉，入射光在薄膜上下表面产生两束反射光，这两束反射光满足频率相等、相差恒定的干涉条件，可以发生干涉。在薄膜折射率大于基体折射率的情况下，2t=(m+1/2)λ时（m=1,2,3,……),干涉加强；在基体折射率大于薄膜折射率的情况下，2t=(m+1/2)λ时（m=0,1,2,3,……),干涉加强。上面两式中，t为厚度，m为干涉级数，λ为波长。当t不同时，产生干涉的波长不同，波长的不同就会呈现不同的颜色，即颜色和膜厚度之间有一定的关系。 

Claims (5)

1.一种镜片膜厚度自动检测系统，包括气泵（1）、二维运动平台支架（2）、二维运动平台（3）、相机支架（4）、光源（5）、相机（6）、吸盘机械手（7）、镜片托盘（8）、镜片托盘放置平台（9）、次品等级盒（10）、运动控制器（11）和计算机（12）；其特征在于：所述镜片托盘（8）放置在镜片托盘放置平台（9）上，所述二维运动平台（3）安装在二维运动平台支架（2）上，所述吸盘机械手（7）安装在二维运动平台（3）上，所述二维运动平台（3）的运动范围覆盖所述镜片托盘放置平台（9）上方；所述相机（6）和光源（5）安装在相机支架（4）上并位于所述二维运动平台（3）的上方；所述次品等级盒（10）放置在次品等级盒支架（13）上，所述气泵（1）通过压缩气管与吸盘机械手（7）相连，所述运动控制器（11）通过数据线分别与二维运动平台(3)、吸盘机械手(7)相连，所述计算机(12)通过数据线分别与相机(6)、运动控制器(11)相连；所述相机（6）的视场覆盖所述镜片托盘放置平台（9）；所述相机（6）拍摄的是彩色图像。

2.根据权利要求1所述的一种镜片膜厚度自动检测系统，其特征在于：光源（5）为白色漫散射光源。

3.根据权利要求1所述的一种镜片膜厚度自动检测系统，其特征在于：所述相机（6）拍摄的图片发送到所述计算机（12）；所述计算机（12）用于处理相机（6）拍摄的图像，并向运动控制器(11)发送控制数据，控制二维运动平台(3)、吸盘机械手(7)的运动；所述技术计算机还用于控制相机（6）的拍摄。

4.根据权利要求3所述的一种镜片膜厚度自动检测系统，其特征在于：所述处理相机（6）拍摄的图像的方法为：

1）通过边缘提取算法提取光源的像，求所有像素点的R、G、B三个分量的均值；

2）将均值R、G、B三个分量的均值与基准数据进行对比，选择最接近的R、G、B三个分量的均值；

3）所述最接近的R、G、B三个分量的均值对应的膜厚度为所测镜片的膜厚度。

5.根据权利要求4所述的一种镜片膜厚度自动检测系统，其特征在于：所述基准数据为实际测量的膜厚度与R、G、B三个分量的均值的对应关系。

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