CN105158277A - 一种大截面大厚度红外玻璃内部缺陷检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大截面大厚度红外玻璃内部缺陷成像检测装置，包括平行光源、用于放置被测红外玻璃样品的水平载物台、可对焦的红外镜头、用于红外镜头对焦的镜头转盘和红外成像机芯，平行光源、红外镜头和红外成像机芯共用一个光轴，平行光源出射的红外平行光穿透被测红外玻璃样品与水平载物台后到达红外镜头，由红外镜头形成一个成像光斑，并由红外成像机芯进行感光成像并将图像信号送到计算机，由计算机完成视频图像处理。其优点是能实现大截面大厚度玻璃成像，而且结合高平行度的光源照射以及机座外的转盘对焦调节方式，实现了清晰成像。

Description

一种大截面大厚度红外玻璃内部缺陷检测装置

技术领域

本发明涉及一种红外玻璃检测领域，尤其涉及一种大截面大厚度红外玻璃内部缺陷检测装置。

背景技术

随着红外热像仪和微光夜视设备的大量应用，一些大截面大厚度(直径≥70mm，厚度≥5mm)玻璃的需求量越来越大。而红外玻璃内部缺陷(如条纹、裂纹、析晶、杂质、分相、空洞等)的检测就成为质量控制一个非常重要的环节。

目前国内公开的一些玻璃内部缺陷检测装置及方法专利和文献，用于红外玻璃检测往往存在一些问题。而随着红外玻璃技术的大规模应用，清晰检测出大截面红外玻璃内部缺陷变成一个难题。

如发明专利CN102175690A，简单通过一个圆管来实现平行光源，光源平行度和均匀性不够高，对大厚度的红外玻璃成像检测来说，检测图像成像清晰度较低，检测效果较差；如发明专利CN102226771A需要起偏器和检偏器，结构较为复杂。而且以上两项专利技术，一旦被检玻璃截面直径大于70mm，就要求平行光源面积尺寸和镜头孔径尺寸大于70mm，这么大的平行光源和镜头设计加工都比较困难，检测成本高；如目前数码显微镜多用于可见光成像，而且多采用非平行光源，这样的光源用来对大厚度且具有一定吸收率的材料进行内部成像检测图像清晰度会大大降低，检测效果较差，用于红外玻璃内部缺陷检测，波段又不符合要求。因此，数码显微镜用于红外玻璃内部缺陷检测也不合适。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大截面大厚度红外玻璃内部缺陷成像检测装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种大截面大厚度红外玻璃内部缺陷成像检测装置，其特征在于包括平行光源、用于放置被测红外玻璃样品的水平载物台、可对焦的红外镜头、用于红外镜头对焦的镜头转盘和红外成像机芯，平行光源、红外镜头和红外成像机芯共用一个光轴，平行光源出射的红外平行光穿透被测红外玻璃样品与水平载物台后到达红外镜头，由红外镜头形成一个成像光斑，并由红外成像机芯进行感光成像并将图像信号送到计算机，由计算机完成视频图像处理。

本发明进一步的优选方案为：平行光源为一个光束发散度小于0.5mrad以下且功率可调的红外平行光源，并且平行光源的通光孔径大于红外镜头的通光孔径。

本发明进一步的优选方案为：水平载物台包括基座，所述的基座可在水平面上沿X轴和Y轴两个方向上移动，基座内具有一个直径大于35mm的通孔以及位于该通孔上方的一个透红外光的无缺陷玻璃板，被测红外玻璃样品放置于所述的无缺陷玻璃板。

本发明进一步的优选方案为：所述的平行光源连接驱动电源模块、工作电流显示屏和功率调节器。

本发明进一步的优选方案为：红外镜头、红外成像机芯以及驱动电源模块位于机座内部，控制面板位于机座的上端，工作电流显示屏以及与功率调节器相连的功率调节按钮位于控制面板上。

本发明进一步的优选方案为：镜头转盘为一个套在红外镜头上可自由转动的圆盘，该圆盘外边缘有一部分从机座的壳体上露出，圆盘的中心轴与红外镜头的中心轴共轴，圆盘外表面刻有防滑滚花。

本发明进一步的优选方案为：所述的红外成像机芯为红外CMOS或红外CCD。

与现有技术相比，本发明的红外光源出射的红外平行光穿透被测红外玻璃样品，水平载物台上的透红外玻璃板以及通孔，到达红外镜头，由红外镜头形成一个成像光斑，并红外成像机芯进行感光成像，最终将图像信号送到计算，由计算机完成视频图像处理。当红外光源出射的平行光光线穿过被测红外玻璃样品之后，如果玻璃内部成分不均匀，条纹、裂纹、析晶、杂质、分相、空洞等情况时，会造成玻璃内部空间各点对红外光吸收的差异，从而在垂直于光轴的平面上形成强度不均的影像，这种影像经过红外镜头汇聚在红外成像机芯光敏面上成像，从而形成一幅反映被测玻璃内部缺陷的图像信号，图像信号经计算机进行视频图像处理之后，可以显示到计算机屏幕上来。

本发明的优点在于考虑到被测红外玻璃的厚度以及吸收率不同，为了满足测试大厚度红外玻璃的需要，本发明中设置了一个功率可调节的平行光源，来方便将穿过被测红外玻璃的光线强度调整到适合红外成像机芯成像的范围；对于红外成像机芯来说，如果光线强度过强会造成图像灰度饱和失真，如果光线强度过弱会造成成像机芯的光敏面无法感光，无论那种情况都不能得到红外玻璃内部缺陷图像。本发明通过驱动电源模块给平行光源供电，通过调节旋钮方便地实现了光源功率可调，而且通过显示屏显示光源工作时的工作电流，计算机屏幕上所显示的图像比较清晰，检测效果好。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为水平载物台的结构示意图；

图3为成像过程中的平行光源孔径与红外镜头孔径关系示意图；

图4为镜头转盘位置结构示意图；

图5为典型的表面抛光的红外玻璃外观(肉眼看不见内部缺陷)；

图6为本发明拍摄的红外玻璃内部条纹缺陷。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

一种大截面大厚度红外玻璃内部缺陷成像检测装置，包括平行光源1、水平载物台3、红外镜头4、镜头转盘5、红外成像机芯6、机座7、控制面板71、计算机8，以及被测玻璃样品2。被测红外玻璃样品2置放在水平载物台3上，平行光源1与红外镜头4、镜头转盘5、红外成像机芯6共用一个光轴。平行光源1连接驱动电源模块11、工作电流显示屏12，以及功率调节器13。红外镜头4、红外成像机芯6、以及驱动电源模块11位于机座7内部，控制面板71在机座7的上端，为一个斜侧立面板，工作电流显示屏12和功率调节器13位于控制面板上。红外成像机芯6连接计算机8。

平行光源1为一个光束发散度小于0.5mrad以下的，功率可调的红外平行光源，并且平行光源1的通光孔径大于红外镜头4的通光孔径。镜头转盘5为一个套在红外镜头4上的圆盘，圆盘外边缘有一部分暴露在机座7的外面，圆盘的中心轴与镜头4的中心轴共轴，表面刻有防滑滚花，镜头转盘能够自由转动。水平载物台3可以在水平面上沿X和Y轴两个方向移动，且中央有一个直径大于35mm的通孔31，通孔上表面由一个透红外光的无缺陷玻璃板32覆盖。所述的红外镜头4为可对焦镜头。红外成像机芯6为红外CMOS或红外CCD。

如图1所示，红外光源1出射的红外平行光穿透被测红外玻璃样品2，水平载物台3上的透红外玻璃板32以及通孔31，到达红外镜头4，由红外镜头4形成一个成像光斑，并红外成像机芯6进行感光成像，最终将图像信号送到计算8，由计算机完成视频图像处理。水平载物台3的结构如图2所示。

当红外光源1出射的平行光光线穿过被测红外玻璃样品2之后，如果玻璃内部成分不均匀，条纹、裂纹、析晶、杂质、分相、空洞等情况时，会造成玻璃内部空间各点对红外光吸收的差异，从而在垂直于光轴9的平面上形成强度不均的影像，这种影像经过红外镜头4汇聚在红外成像机芯6光敏面61上成像，从而形成一幅反映被测玻璃内部缺陷的图像信号，图像信号经计算机8进行视频图像处理之后，可以显示到计算机屏幕上来。

对于红外镜头4来说，被测目标相当于平行光入射成像，因此只有与红外镜头4同轴的，并且孔径相等的圆形区域的平行光光斑才能进入到红外镜头成像，也就是红外镜头4的通光孔径41以外的平行光无法进入到红外镜头产生成像效果，如图3所示。因此，为了最大限度利用红外镜头的有限孔径，对大截面玻璃成像需要满足以下两个条件：

1)平行光源1的通光孔径14必须大于红外镜头4的通光孔径41；

2)通过移动水平载物台3沿X和Y方向运动，水平引动红外玻璃，让大截面红外玻璃的每个面积区域都可以被红外平行光线穿透成像。

因此，本发明通过水平载物台3在水平面上的二维移动，实现被测红外玻璃2任意区域都可以被平行光源照透，并被红外成像机芯6成像的目的。这样通过水平位移，就实现了大截面玻璃内部空间每个地方都会被成像检测的目的。

而且非常重要的是，考虑到被测红外玻璃2具有一定厚度，理论上可以将玻璃沿厚度方向上分为很多层，为了对每一层进行清晰成像，需要红外镜头4能够对焦调节，让被测目标在红外成像机芯6的光敏面上清晰成像。为此，本发明通过套在红外镜头4外面的镜头转盘5的转动来实现对焦调节的目的，从而对红外玻璃2的多个水平层面进行清晰对焦成像。转盘5有部分边缘暴露在机座7的外面，便于手拨转动，方便让红外镜头4对焦成清晰像。镜头转盘位置结构示意图如图4所示。

考虑到被测红外玻璃2的厚度以及吸收率不同，需要一个功率可调节的平行光源1来方便将穿过被测红外玻璃2的光线强度调整到适合红外成像机芯6成像的范围。对于红外成像机芯6来说，如果光线强度过强会造成图像灰度饱和失真，如果光线强度过弱会造成成像机芯的光敏面无法感光，无论那种情况都不能得到红外玻璃内部缺陷图像。本发明通过驱动电源模块11给平行光源1供电，通过调节旋钮13方便地实现了光源功率可调，而且通过显示屏12显示光源工作时的工作电流。驱动电源模块11和调节旋钮13位于斜侧立面板71上，如图4所示。

图5为典型的表面抛光的红外玻璃外观，图6为实验检测结果，可以看出红外玻璃内部条纹缺陷。

以上对本发明所提供的一种大截面大厚度红外玻璃内部缺陷成像检测装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种大截面大厚度红外玻璃内部缺陷成像检测装置，其特征在于包括平行光源、用于放置被测红外玻璃样品的水平载物台、可对焦的红外镜头、用于红外镜头对焦的镜头转盘和红外成像机芯，平行光源、红外镜头和红外成像机芯共用一个光轴，平行光源出射的红外平行光穿透被测红外玻璃样品与水平载物台后到达红外镜头，由红外镜头形成一个成像光斑，并由红外成像机芯进行感光成像并将图像信号送到计算机，由计算机完成视频图像处理。

2.根据权利要求1所述的一种大截面大厚度红外玻璃内部缺陷成像检测装置，其特征在于平行光源为一个光束发散度小于0.5mrad以下且功率可调的红外平行光源，并且平行光源的通光孔径大于红外镜头的通光孔径。

3.根据权利要求1所述的一种大截面大厚度红外玻璃内部缺陷成像检测装置，其特征在于镜头转盘为一个套在红外镜头上可自由转动的圆盘，该圆盘外边缘有一部分从机座的壳体上露出，圆盘的中心轴与红外镜头的中心轴共轴，圆盘外表面刻有防滑滚花。

4.根据权利要求1所述的一种大截面大厚度红外玻璃内部缺陷成像检测装置，其特征在于水平载物台包括基座，所述的基座可在水平面上沿X轴和Y轴两个方向上移动，基座内具有一个直径大于35mm的通孔以及位于该通孔上方的一个透红外光的无缺陷玻璃板，被测红外玻璃样品放置于所述的无缺陷玻璃板上。

5.根据权利要求1所述的一种大截面大厚度红外玻璃内部缺陷成像检测装置，其特征在于所述的平行光源连接驱动电源模块、工作电流显示屏和功率调节器。

6.根据权利要求5所述的一种大截面大厚度红外玻璃内部缺陷成像检测装置，其特征在于红外镜头、红外成像机芯以及驱动电源模块位于机座内部，控制面板位于机座的上端，工作电流显示屏以及与功率调节器相连的功率调节按钮位于控制面板上。

7.根据权利要求1所述的一种大截面大厚度红外玻璃内部缺陷成像检测装置，其特征在于所述的红外成像机芯为红外CMOS或红外CCD。