CN105043982A - 一种自动光学检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动光学检测系统，包括取景相机、明场光路、暗场光路、FPGA。通过FPGA控制和协调明场光路、暗场光路的交叉式曝光时序，来采集明场图像和暗场图像，两幅图像通过FPGA传输到相应的图像缓存和图像采集卡里，图像采集卡将图像信号处理后输出显示。该自动光学检测系统，使用一套相机，同时采集到明场和暗场两幅图像，并把图像传输到图像采集卡里，节省了成本，缩小了设备体积，提高了工作效率，具有很好的实用价值。

Description

一种自动光学检测系统

技术领域

本发明涉及一种光学检测设备，尤其是涉及一种自动光学检测系统。

背景技术

对于反光物体的自动光学检测，比如对半导体芯片、平板显示面板（包括液晶、等离子面、有机发光二极管面板）、电脑屏幕面板、手机盖板等等，按照需要检测的特征，反光物体光学检测系统分为明场照明成像系统和暗场照明成像系统。图1是成像镜头的视野。在明场成像系统里面，相机接受被测物体的反射光。相机和照明的分布是按照入射角等于反射角的原则，可以用正入射方式（如图2所示），也可以用斜入射方式（如图3所示）。图4是暗场成像系统，在这种系统里，相机只接受散射光。照明系统在暗场内倾斜设置。如果同时需要明场成像和暗场成像，现有的检测技术采用的是两套独立的成像系统，每套系统都有各自的成像镜头和成像感光元件（CCD或CMOS）。不仅设备成本较高，还需要分别对成像系统进行控制，较为不便。

发明内容

本发明目的是提供一种自动光学检测系统，以解决现有明场成像和暗场成像需要分别配置各自的成像系统，成本较高、设备体积较大，控制过程比较繁琐等技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种自动光学检测系统，包括取景相机、明场光路、暗场光路、FPGA；所述取景相机设置在被测物体正上方，取景相机镜头的明场视野内设置有明场光路，取景相机的暗场视野内设置有暗场光路；所述明场光路，包括明场频闪光源，明场频闪光源正下方设置有全反镜，全反镜的出光侧设置有明场照明镜头，明场照明镜头的出光侧设置有分光镜；所述暗场光路，包括暗场频闪光源，暗场频闪光源与被检物体之间的光路上设置有暗场照明镜头；所述取景相机快门、明场频闪光源、暗场频闪光源、相机图像输入均与FPGA连接，所述取景相机快门还与图像传感器连接，图像传感器的输出端通过A/D转换模块与FPGA连接。

作为优选，所述取景相机的图像传感器为CMOS型IBIS4-14000。

作为优选，所述FPGA选用Xilinx公司的XC4VLX40。

一种使用上述自动光学检测系统成像的方法是：通过FPGA控制和协调明场光路、暗场光路的交叉式曝光时序，来采集明场图像和暗场图像，两幅图像通过FPGA传输到相应的图像缓存和图像采集卡里，图像采集卡将图像信号处理后输出显示。

本发明中图像传感器为CMOSIBIS4-14000，该传感器实际像素为3048×4560，像素大小8微米×8微米，图像传感器输出的模拟信号经A/D转换后（MAX155）输入FPGA，MAX155是一种高速多通道模数转换器，具有8路模拟输入通道。FPGA选用Xilinx公司的XC4VLX40，它的最大时钟频率为500MHz，8个数字时钟管理器，RAM块1728Kbits，最大用户IO数量640个。它能产生不同频率和相位的时钟，以满足设备不同模块的需求，可通过对每一帧进行延时来实现连续拍照时的帧速控制，能为CMOS提供时序控制，接受到图像数据后，对数据进行缓存排序处理，可以利用RAM进行数据缓存；并输出至外部SDRAM存储，SDRAM将数据输送至图像采集卡进行图像解码输出，FPGA还可通过RSS422接口模块与外部设备双向通信。

本发明具有结构合理、体积小巧、控制方便等优点。通过将相机快门控制、明场频闪光源、暗场频闪光源、相机输出、图像采集卡等与可编程门阵列FPGA连接，由FPGA来控制和协调明场和暗场的交叉曝光时序，采集到两幅图像，一幅是明场照明的图像，一幅是暗场照明的图像。该自动光学检测系统，使用一套相机，同时采集到明场和暗场两幅图像，并把图像传输到图像采集卡里，节省了成本，缩小了设备体积，提高了工作效率，具有很好的实用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是成像镜头的视野；

图2是正入射明场照明成像系统的示意图；

图3是斜入射明场照明成像系统的示意图；

图4是暗场照明成像系统的示意图；

图5是本发明的结构示意图；

图6是本发明的控制线路图；

图7是相机快门和闪光控制时序图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图5是本发明的结构示意图，图6是本发明的控制线路图，图7是相机快门和闪光控制时序图。

由图可知，该自动光学检测系统，包括取景相机、明场光路、暗场光路、FPGA等。取景相机1设置在被测物体2正上方，取景相机1镜头的明场视野内设置有明场光路3，取景相机1的暗场视野内设置有暗场光路4。明场光路3，包括明场频闪光源31，明场频闪光源31正下方的光路上设置有全反镜32，全反镜32的出光侧设置有明场照明镜头33，明场照明镜头33的出光侧设置有分光镜34。暗场光路4，包括暗场频闪光源41，暗场频闪光源41与被检物体2之间的光路上设置有暗场照明镜头42。取景相机快门、明场频闪光源、暗场频闪光源、相机图像输入均与FPGA连接，所述取景相机快门还与图像传感器连接，图像传感器的输出端通过A/D转换模块与FPGA连接。

使用上述自动光学检测系统成像的方法是：通过FPGA控制和协调明场光路、暗场光路的交叉式曝光时序，来采集明场图像和暗场图像，图像传感器采集到图像信息后，经过A/D转换模块传输至FPGA,两幅图像通过FPGA传输到相应的图像缓存和图像采集卡里，图像采集卡将图像信号处理后输出显示。

本发明中图像传感器为CMOSIBIS4-14000，该传感器实际像素为3048×4560，像素大小8微米×8微米。图像传感器输出的模拟信号经A/D转换后（MAX155）输入FPGA，MAX155是一种高速多通道模数转换器，最高输入频率5MHz，具有8路模拟输入通道，能够进行数据采样/保持，具有很好的扩展能力。FPGA选用Xilinx公司的XC4VLX40，它的最大时钟频率为500MHz，8个数字时钟管理器，RAM块1728Kbits，最大用户IO数量640个。它能产生不同频率和相位的时钟，以满足设备不同模块的需求，可通过对每一帧进行延时来实现连续拍照时的帧速控制，能为CMOS提供时序控制，接受到图像数据后，对数据进行缓存排序处理，可以利用RAM进行数据缓存；并输出至外部SDRAM存储，SDRAM将数据输送至图像采集卡进行图像解码输出，FPGA还可通过RSS422接口模块与外部设备(如PC)双向通信。

本发明通过将相机快门控制、明场频闪光源、暗场频闪光源、相机输出、图像采集卡等与可编程门阵列FPGA连接，由FPGA来控制和协调明场和暗场的交叉曝光时序，采集到两幅图像，一幅是明场照明的图像，一幅是暗场照明的图像。对于线扫描，这两幅图像在空间上有半个像素大小的相位差；对于面阵相机扫描，这两幅图有半个CCD/CMOS幅面的空间相位差。该自动光学检测系统，使用一套相机，同时采集到明场和暗场两幅图像，并把图像传输到图像采集卡里。

最后，应当指出，以上具体实施方式仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述具体实施方式，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种自动光学检测系统，包括取景相机、明场光路、暗场光路、FPGA；其特征是所述取景相机设置在被测物体正上方，取景相机镜头的明场视野内设置有明场光路，取景相机的暗场视野内设置有暗场光路；所述明场光路，包括明场频闪光源，明场频闪光源正下方设置有全反镜，全反镜的出光侧设置有明场照明镜头，明场照明镜头的出光侧设置有分光镜；所述暗场光路，包括暗场频闪光源，暗场频闪光源与被检物体之间的光路上设置有暗场照明镜头；所述取景相机快门、明场频闪光源、暗场频闪光源、相机图像输入均与FPGA连接，所述取景相机快门还与图像传感器连接，图像传感器的输出端通过A/D转换模块与FPGA连接。

2.根据权利要求1所述的自动光学检测系统，其特征是所述取景相机的图像传感器为CMOS型IBIS4-14000。

3.根据权利要求1所述的自动光学检测系统，其特征是所述FPGA选用Xilinx公司的XC4VLX40。

4.一种使用上述自动光学检测系统成像的方法是：通过FPGA控制和协调明场光路、暗场光路的交叉式曝光时序，来采集明场图像和暗场图像，两幅图像通过FPGA传输到相应的图像缓存和图像采集卡里，图像采集卡将图像信号处理后输出显示。