CN104977300A - 光学玻璃预制件的条纹检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够快速检测椭球形非球面压型预制件条纹的装置及其方法。光学玻璃预制件的条纹检测装置，按光路依次包括：激光光源、扩束系统和CCD图像处理系统，所述CCD图像处理系统包括镜头和计算机。本发明装置通过条纹干涉原理实现对椭球形非球面预制件内部条纹进行即时检测，并且可以达到较高的检测精度；本发明装置结构紧凑，占用空间小，自动化程度高，分辨率效果好，达到了即时快速检测椭球形非球面预制件条纹的目的；本发明方法不需要对玻璃进行退火和冷加工，能够即时检测产品并得到结果，可以对现场生产工艺和参数进行及时调整，在室内有限的空间内就可以实施，操作方便，检验效率高。

Description

光学玻璃预制件的条纹检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种光学玻璃预制件的检测装置，特别是涉及一种光学玻璃预制件的条纹检测装置及其检测方法。

背景技术

传统的光学玻璃条纹检测方法是先把待检测的玻璃加工成条纹样品，一般是具有2个平行面的长方体，将2个检测通光面研磨并抛光，再用投影方法检测，其采用的投影装置由光源、样品架、屏幕这三部分组成。由于玻璃条纹部分的折射率不同于基体材料的折射率，通过样品的光线就会被条纹轻微地折射。因此，条纹在玻璃中的位置，就会作为一个稍暗的区域，在投影屏上变得肉眼可见。该检测方法要求玻璃样品必须具有2个平行平面，样品长度通常为50mm左右，从玻璃条料上切割下来。由于需要冷加工，样品必须经过退火，因此该方法具有一定的滞后性，一般来说需要十几个小时。

而光学玻璃非球面压型预制件通常是椭球形，重量为300-2000mg，直径为Φ5-15mm，厚度为4-9mm，上下表面都是曲面。因此椭球形的非球面压型预制件不能用传统的条纹检测方法进行检测。

非球面预制件的生产方式是从熔融状态的玻璃液直接成型为椭球形状，单件产品生产时间从几秒到十几秒。由于对表面质量的要求较高，产品生产出来后必须马上检验并包装好，以免损伤表面。因此条纹检验必须具备检测的即时性和高效率，才能完成每天大量产品的检测，而且一旦发现玻璃有缺陷就能够及时对生产线工艺进行调整。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够快速检测椭球形非球面压型预制件条纹的装置及其方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：光学玻璃预制件的条纹检测装置，按光路依次包括：激光光源、扩束系统和CCD图像处理系统，所述CCD图像处理系统包括镜头和计算机。

在所述扩束系统和CCD图像处理系统之间设置有接收屏。

在所述扩束系统和接收屏之间设置有转向反光镜。

所述激光光源采用波长为532nm的激光，功率为10mw，出光孔径为2mm。

所述扩束系统采用四级变倍设计，扩束倍数2-8倍连续可变。

摆放有椭球形非球面玻璃预制件的包装盘在XY移位自动滑台机构的滑台上移动。

所述XY移位自动滑台机构的X轴与Y轴均使用步进电机驱动同步轮以及直线导轨传动。

还包括PLC脉冲式精密控制模块，通过PLC程序控制使包装盘回归零位，并进行零位存储。

还包括光源高度调节机构，所述光源高度调节机构对激光光源和预制件之间的距离进行微调，以适应不同尺寸规格预制件的检验。

所述光源高度调节机构由锥齿轮传递力矩，将旋转手轮的旋转运动转换为上下运动。

还包括人机操作控制系统，所述人机操作控制系统用于控制XY移位自动滑台机构和光源高度调节机构。

所述人机操作控制系统由触摸屏、显示器、PLC、控制按钮、驱动器组成，可以设定系统参数及监视系统运行状态。

光学玻璃预制件的条纹检测方法，该方法包括以下步骤：1)将装满椭球形玻璃预制件的包装盘放到XY移位自动滑台上，调整其水平位置，使某一个位置的椭球形玻璃预制件的中心对准光源；2)调整激光光源与椭球形玻璃预制件之间的距离，直到在显示器上达到满意的成像效果；3)通过PLC控制模块使包装盘自动回到零位，脉冲驱动步进电机控制XY移位自动滑台按照一定的速度做横向和纵向运动；4)当每个椭球形玻璃预制件到达光源正上方时，镜头采集到玻璃条纹的图片，操作人员在显示器上可以即时观察到这些图片；5)包装盘上的椭球形玻璃预制件逐个被激光光源照射，快速、及时地检测大量椭球形玻璃预制件的条纹情况。

本发明的有益效果是：本发明装置通过条纹干涉原理实现对椭球形非球面预制件内部条纹进行即时检测，并且可以达到较高的检测精度；本发明装置结构紧凑，占用空间小，自动化程度高，分辨率效果好，达到了即时快速检测椭球形非球面预制件条纹的目的；本发明方法不需要对玻璃进行退火和冷加工，能够即时检测产品并得到结果，可以对现场生产工艺和参数进行及时调整，在室内有限的空间内就可以实施，操作方便，检验效率高。

附图说明

图1是椭球形非球面预制件生产出来后摆放在包装盘上的示意图。

图2是本发明装置的光路图。

图3是本发明装置的结构示意图。

图4是本发明装置的工作示意图。

图5是采用本发明的装置检测到的椭球形非球面预制件内部条纹的示意图。

图6是另一幅采用本发明的装置检测到的椭球形非球面预制件内部条纹的示意图。

具体实施方式

由于激光具有光束发散角小、相干性好等优点，以激光作为光源，使光束经过椭球形的非球面预制件后形成干涉图像，如果预制件内部存在条纹，就会在焦点处形成条纹干涉像。

考虑到人眼的敏感波段，本发明最好采用波长为532nm的激光，功率为10mw，出光孔径为2mm。

由于激光出光孔径为2mm，椭球形非球面预制件直径一般为Φ5-15mm。如果直接使用激光照射，光束无法完全覆盖整个预制件，预制件边缘条纹情况难以观察。但如果增大激光的通光孔径，由于激光光束几乎不发散，就必须在激光光源和预制件之间增加很长的距离，这就不满足实际工作的需要，因为实际工作中玻璃条纹检测需要在室内一个相对狭小的空间进行，激光光源和预制件之间的距离是有限的，一般要求不超过1米，因此不能通过延长距离的方法来增大激光的通光孔径。

因此，要想在一个有限的距离内增大激光的通光孔径，使其完全覆盖整个预制件，本发明采用扩束系统对激光光路进行控制和调试，并对光源进行发散角控制，以保证光束达到最佳效果。

本发明的扩束系统采用转向棱镜组，主要有两个用途：其一是扩展光束的直径；其二是增大光束的发散角。本发明的扩束系统采用四级变倍设计，扩束倍数2-8倍连续可变，适用于波长为532nm的激光器。

根据凸透镜焦距公式： $f^{\′}=\frac{{\mathrm{nr}}_1{r}_2}{(n-1)\[n(r_2-r_1)+(n-1)d\]},$

计算得出椭球形预制件的焦距约为20mm，其中n为折射率，r₁为正，r₂为负。由于椭球形预制件为椭球形状，相当于一个凸透镜元件，根据上述公式就可以算出光源与预制件样品之间的距离(实际为扩束系统和预制件的距离)，也就是焦距f’。

本发明通过扩速系统增大了激光的通光孔径后，激光完全覆盖了椭球形预制件，在成像屏幕上可以完全观察到激光通过整个玻璃而形成的条纹干涉图像。

在实际的生产环境中，椭球形非球面玻璃预制件生产出来后是摆放在包装盘上，每个包装盘摆放80(8×10)或者96(8×12)个，如图1所示。如果要提高检测效率，就必须在包装盘内对玻璃进行检测。

本发明的条纹检测装置按光路依次包括：激光光源4、扩束系统8和CCD图像处理系统10，如图2所示。其中，CCD图像处理系统10包括镜头6和计算机。

通过实验发现，如果直接使用CCD图像处理系统10的镜头6采集激光成像，成像效果差，观察条纹困难；另外由于长时间激光直接照射，还会造成镜头6和CCD的芯片损坏。因此本发明在扩束系统8和CCD图像处理系统10之间设置接收屏9，接收屏9成像，再通过镜头6采集，如图2所示。

为了提高检验效率，本发明的条纹检测装置采用自动检测装置，如图3-4所示，其中：

摆放有椭球形非球面玻璃预制件2的包装盘1在XY移位自动滑台机构的滑台上移动，逐个观察预制件的条纹情况，XY移位自动滑台机构的X轴与Y轴均使用步进电机驱动同步轮以及直线导轨传动；另外，再设置一台PLC脉冲式精密控制模块，通过PLC程序控制使包装盘1回归零位，并进行零位存储，然后通过脉冲驱动步进电机，使包装盘1上的预制件逐个进行激光照射，检测条纹。

光源高度调节机构对激光光源4和预制件之间的距离进行微调，以适应不同尺寸规格预制件的检验，光源高度调节机构由锥齿轮3传递力矩，将旋转手轮7的旋转运动转换为上下运动。

人机操作控制系统用于控制XY移位自动滑台机构和光源高度调节机构，人机操作控制系统由触摸屏、显示器、PLC、控制按钮、驱动器组成，可以方便的设定系统参数及监视系统运行状态。

由于激光光源光强远远大于普通光源，即使经过玻璃的一次折射，直接用镜头采集仍然会出现曝光现象，导致无法观察玻璃的条纹情况。因此，本发明在扩束系统8和接收屏9之间设置一个转向反光镜5，使激光经过一次反射后降低光强，避免镜头6在采集时出现曝光现象。

工作时，如图3-4所示，将装满椭球形玻璃预制件2的包装盘1放到XY移位自动滑台上，手动调整其水平位置，使某一个位置的椭球形玻璃预制件2的中心对准光源。再用旋转手轮7调整激光光源4与椭球形玻璃预制件2之间的距离，直到在显示器上达到满意的成像效果。通过PLC控制模块使包装盘1自动回到零位，脉冲驱动步进电机控制XY移位自动滑台按照一定的速度做横向和纵向运动。当每个椭球形玻璃预制件2到达光源正上方时，会有一个短暂的停顿，使镜头6采集到玻璃条纹的图片，操作人员在显示器上可以即时观察到这些图片。这样，包装盘1上的椭球形玻璃预制件2逐个被激光光源照射，就可以快速、及时地检测大量椭球形玻璃预制件2的条纹情况。

采用本发明的条纹检测方法达到了设计的效果，图5和图6是检测到的椭球形非球面预制件内部条纹示意图。

Claims (13)

1.光学玻璃预制件的条纹检测装置，其特征在于，按光路依次包括：激光光源(4)、扩束系统(8)和CCD图像处理系统(10)，所述CCD图像处理系统(10)包括镜头(6)和计算机。

2.如权利要求1所述的光学玻璃预制件的条纹检测装置，其特征在于，在所述扩束系统(8)和CCD图像处理系统(10)之间设置有接收屏(9)。

3.如权利要求2所述的光学玻璃预制件的条纹检测装置，其特征在于，在所述扩束系统(8)和接收屏(9)之间设置有转向反光镜(5)。

4.如权利要求1或2所述的光学玻璃预制件的条纹检测装置，其特征在于，所述激光光源(4)采用波长为532nm的激光，功率为10mw，出光孔径为2mm。

5.如权利要求1或2所述的光学玻璃预制件的条纹检测装置，其特征在于，所述扩束系统(8)采用四级变倍设计，扩束倍数2-8倍连续可变。

6.如权利要求1或2所述的光学玻璃预制件的条纹检测装置，其特征在于，摆放有椭球形非球面玻璃预制件(2)的包装盘(1)在XY移位自动滑台机构的滑台上移动。

7.如权利要求6所述的光学玻璃预制件的条纹检测装置，其特征在于，所述XY移位自动滑台机构的X轴与Y轴均使用步进电机驱动同步轮以及直线导轨传动。

8.如权利要求6所述的光学玻璃预制件的条纹检测装置，其特征在于，还包括PLC脉冲式精密控制模块，通过PLC程序控制使包装盘(1)回归零位，并进行零位存储。

9.如权利要求1所述的光学玻璃预制件的条纹检测装置，其特征在于，还包括光源高度调节机构，所述光源高度调节机构对激光光源(4)和预制件之间的距离进行微调，以适应不同尺寸规格预制件的检验。

10.如权利要求9所述的光学玻璃预制件的条纹检测装置，其特征在于，所述光源高度调节机构由锥齿轮(3)传递力矩，将旋转手轮(7)的旋转运动转换为上下运动。

11.如权利要求9所述的光学玻璃预制件的条纹检测装置，其特征在于，还包括人机操作控制系统，所述人机操作控制系统用于控制XY移位自动滑台机构和光源高度调节机构。

12.如权利要求11所述的光学玻璃预制件的条纹检测装置，其特征在于，所述人机操作控制系统由触摸屏、显示器、PLC、控制按钮、驱动器组成，可以设定系统参数及监视系统运行状态。

13.光学玻璃预制件的条纹检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)将装满椭球形玻璃预制件(2)的包装盘(1)放到XY移位自动滑台上，调整其水平位置，使某一个位置的椭球形玻璃预制件(2)的中心对准光源；2)调整激光光源(4)与椭球形玻璃预制件(2)之间的距离，直到在显示器上达到满意的成像效果；3)通过PLC控制模块使包装盘(1)自动回到零位，脉冲驱动步进电机控制XY移位自动滑台按照一定的速度做横向和纵向运动；4)当每个椭球形玻璃预制件(2)到达光源正上方时，镜头(6)采集到玻璃条纹的图片，操作人员在显示器上可以即时观察到这些图片；5)包装盘(1)上的椭球形玻璃预制件(2)逐个被激光光源照射，快速、及时地检测大量椭球形玻璃预制件(2)的条纹情况。