CN106501267A - 用于表面缺陷检测的线性光源装置及系统 - Google Patents

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CN106501267A CN201610905810.0A CN201610905810A CN106501267A CN 106501267 A CN106501267 A CN 106501267A CN 201610905810 A CN201610905810 A CN 201610905810A CN 106501267 A CN106501267 A CN 106501267A
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Abstract

本发明公开一种用于表面缺陷检测的线性光源装置及系统，该装置包括线性光源；线性光源由数个照明光源组成，照明光源呈一字型排列，相邻的两个照明光源的距离相等；沿线性光源的光线照射方向，装置依次设有准直透镜和会聚透镜，会聚透镜与准直透镜平行，准直透镜的数量与照明光源的数量相同，每个照明光源位于对应的准直透镜的焦点。本发明先将照明光源的发射光线在X轴和Y轴方向进行准直整形，将光线整形为具有较小的发散角度的准平行光，防止光线从不同角度相互补光，再进行会聚整形，使光线会聚至相机的镜头处，进而使获取的检测图像中缺陷区域与其他区域的明暗区别明显，提高检测的准确性。

Description

用于表面缺陷检测的线性光源装置及系统
技术领域
本发明涉及表面缺陷检测的技术领域，具体涉及一种用于表面缺陷检测的线性光源装置及系统。
背景技术
表面缺陷通常是指产品的表面存在划痕、脏污或凹陷等瑕疵。例如，由于加工工艺上的缺陷，基板材料(玻璃基板、技术基板等)的表面往往会出现划伤、脏污、开口泡或结石等缺陷；印刷品的表面也会出现划伤、折痕、压痕、起皱或凹陷等缺陷。而具有上述表面缺陷的产品为不合格产品，因此在生产的最后过程中，需要增加检测工序，将具有表面缺陷的产品检出，以提高成品的质量。
现有的检测工艺为将被测物放置在运动的传输线上，将光源的光线照射在被测区域，由被测物的表面将光束反射到相机处，若被测物存在表面缺陷，则会将光线反射到不同的角度,不被相机接收，或者有很低的反射率，所以在获取的检测图像中呈现较暗的区域，由此判断该被测物存在缺陷。对于表面积较小的被测物，通常利用设有无视场角的远心镜头的相机对基板表面的图像进行采集；但有些被测物的表面积较大，对被测物的表面图像采集多采用设有非远心镜头的相机，非远心镜头具有视场角，若继续使用远心镜头的光源，则使获取的图像的视场边缘产生较暗区域，影响对缺陷区域的识别。
为了适应非远心镜头的视场角，避免获取的图像视场边缘产生较暗区域，通常采用常规的线性光源装置。这种线性光源装置虽然能适应非远心镜头的视场角，但是获取的检测图像中，缺陷区域与其他区域的明暗区别不明显，影响检测结果。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种用于表面缺陷检测的线性光源装置，在适应非远心镜头的视场角的前提下，避免缺陷区域与其他区域的明暗区别不明显，影响检测结果的问题。
根据本发明的实施例第一方面，提供了一种用于表面缺陷检测的线性光源装置包括线性光源；
所述线性光源由数个照明光源组成，数个所述照明光源呈一字型排列，相邻的两个所述照明光源的距离相等；
沿线性光源的光线照射角度，所述装置依次设有准直透镜和会聚透镜，所述会聚透镜与所述准直透镜平行；
所述准直透镜的数量与所述照明光源的数量相同，每个所述照明光源位于对应的准直透镜的焦点。
进一步，所述准直透镜和所述会聚透镜为菲涅尔透镜，所述线性光源的照明光源发出的光从所述准直透镜的平面射入，从所述准直透镜的螺纹面射出；所述会聚透镜的平面朝向所述准直透镜的螺纹面；一个所述线性光源仅对应一个所述会聚透镜，所述会聚透镜的中心位于线性光源的有效发光区域的中心的正上方。
进一步，所述会聚透镜的上方设有整形透镜，所述整形透镜与所述会聚透镜平行，所述整形透镜的中心与所述会聚透镜的中心在同一直线上，且所述直线垂直于所述整形透镜的平面和所述会聚透镜的平面。
进一步，所述整形透镜为菲涅尔透镜，所述整形透镜的平面朝向所述会聚透镜的螺纹面。
进一步，所述整形透镜的上方设有扩散板，所述扩散板与所述整形透镜相平行。
进一步，所述扩散板的厚度为1mm—5mm，所述扩散板的透光率大于90％。
进一步，相邻所述照明光源发出锥形光的交汇处设有遮光板，所述遮光板与所述照明光源相垂直。
进一步，所述照明光源为LED颗粒灯。
进一步，所述扩散板为磨砂亚克力板、磨砂玻璃或硫酸纸。
根据本发明的实施例第二方面，提供了一种用于表面缺陷检测的线性光源系统，用于检测被测物的表面缺陷，所述系统包括线阵相机和如上所述的装置，所述线阵相机位于所述被测物的法线的一侧，所述装置位于所述被测物的另一侧，所述线阵相机的镜头与所述法线的夹角等于所述装置的出射光与所述法线的夹角；并且所述被测物的法线垂直于被测物。
由以上技术方案可知，本发明的实施例公开一种用于表面缺陷检测的线性光源装置及系统，首先通过准直透镜对线性光源的光线在X轴和Y轴方向进行准直整形，使光线在X轴和Y轴方向上均为具有较小的发散角度的准直光线；再经会聚透镜对光线在X轴和/或Y轴方向进行会聚整形，使光线会聚到镜头处，以适应非远心镜头的视场角。因此，该装置可先将照明光源的发射光线在X轴和Y轴方向进行准直整形，使光线在X轴和Y轴方向上均为具有较小的发散角度的准直光线，防止光线从不同角度相互补光，再进行会聚整形，使光线会聚至相机的镜头处，进而使获取的检测图像中缺陷区域与其他区域的明暗区别明显，提高检测的准确性。
并且准直透镜及会聚透镜是相互独立的，方便拆卸，可根据不同的非远心镜头的视场角调整会聚透镜的参数，满足不同非远心镜头的相机的成像需求。如果需利用远心镜头对被测物的表面进行图像采集，那么只需安装准直透镜，不安装会聚透镜，线性光源可通过准直透镜整形后，变为在X轴和Y轴方向上具有较小的发散角度的准直光线，进而使获取的检测图像中缺陷区域与其他区域的明暗区别明显，提高检测的准确性；由此可知，本发明提供的线性光源装置可以适用于远心和非远心镜头，应用广泛。
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为本发明实施例提供的用于表面缺陷检测的线性光源装置的一种结构示意图；
图2为本发明实施例提供的用于表面缺陷检测的线性光源装置的另一种结构示意图；
图3为本发明实施例提供的用于表面缺陷检测的线性光源装置的又一种结构示意图；
图4为本发明实施例提供的用于表面缺陷检测的线性光源装置的又一种结构示意图；
图5为本发明实施例提供的用于表面缺陷检测的线性光源系统的结构示意图。
其中，1-照明光源，2-遮光板，3-准直透镜，4-会聚透镜，5-整形透镜，6-扩散板，7-带有非远心镜头的相机，8-带有远心镜头的相机，9-被测物。
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、完整的描述，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作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。
本申请的发明人经长时间研究发现，利用现有的线性光源装置对被测物进行照射，非远心镜头的相机获取的图像，缺陷区域与其他区域的明暗区别不明显的产生原因是现有的线性光源装置的光线发散角度较大，具有较多的照射角度，对缺陷区域补光，使缺陷区域的亮度增加。因此，本申请的发明人提出了一种线性光源装置，该装置首先将照明光源的发射光线在X轴和Y轴方向进行准直整形，防止光线从不同角度相互补光，再进行会聚整形，使光线会聚至相机的镜头处，进而使获取的检测图像中缺陷区域与其他区域的明暗区别明显，提高检测的准确性。
如图1所示，一种用于表面缺陷检测的线性光源装置包括线性光源；
所述线性光源由数个照明光源1组成，数个所述照明光源1呈一字型排列，相邻的两个所述照明光源1的距离相等；
沿线性光源的光线照射角度，所述装置依次设有准直透镜3和会聚透镜4，所述会聚透镜4与所述准直透镜3平行；
所述准直透镜3的数量与所述照明光源1的数量相同，每个所述照明光源1位于对应的准直透镜3的焦点。
数个照明光源1可以被设置在一个呈长条状的壳体内，以使照明光源1发出的光线直射到准直透镜3上。
准直透镜3可将数个由照明光源1发出的小面积的光进行准直整形后，得到发散角度为6°、分布均匀的准平行光，并将小面积的准平行光进行拼合，从而得到一个照明场较宽的准平行光。会聚透镜4可对上述的准平行光进行会聚，实现宽幅的照明场，该照明场与被测物的宽度相适配。
在使用时，将带有非远心镜头的相机7设置在被测物的侧上方，该线性光源装置、相机、被测物彼此相关设置。相机可为CCD或CMOS相机，被测物是基板材料或印刷品的表面，每个照明光源1通过其上方设置的准直透镜3，对光线在X轴方向和Y轴方向进行准直整形，使光线近似准直射出，且与相邻的照明光源1的照明区域有重叠，避免线性光源的照明区域产生暗带；再经过会聚透镜4对光线进行会聚整形，使光线在Y轴方向进行会聚整形，使光线的出光角度与非远心镜头的视场角相匹配，且会聚中心为非远心镜头的中心，这样避免相机拍到的图像视场中心与视场边缘亮度不均匀；若被测物没有表面缺陷，正常表面经会聚透镜4射出的会聚光线的照射后，反射光进入相机的非远心镜头，该区域在图像上形成亮场；但若被测物体具有表面缺陷，相对于正常的区域会将光线反射到不同的角度不被相机接收，或者有很低的反射率，就在图像上形成相对于无缺陷区域的亮度反差较大的暗区，从而易于检测程序对缺陷的检测。
由以上技术方案可知，本发明的实施例公开一种用于表面缺陷检测的线性光源装置，首先通过准直透镜3对照明光源1的光线在X轴和Y轴方向进行准直整形，使光线在X轴和Y轴方向上均为具有较小的发散角度的准直光线，具有单一的照射角度；再经会聚透镜4对光线在X轴和/或Y轴方向进行会聚整形，并会聚至非远心镜头处，以适应非远心镜头的视场角；因此，该装置可先将照明光源的发射光线在X轴和Y轴方向进行准直整形，使光线在X轴和Y轴方向上均为具有较小的发散角度的准直光线，防止光线从不同角度相互补光，再进行会聚整形，使光线会聚至相机的镜头处，进而使获取的检测图像中缺陷区域与其他区域的明暗区别明显，提高检测的准确性。
并且准直透镜及会聚透镜是相互独立的，方便拆卸，可根据不同的非远心镜头的视场角调整会聚透镜4的参数，满足不同非远心镜头的相机的成像需求。如果需利用远心镜头对被测物的表面进行图像采集，那么只需安装准直透镜3，不安装会聚透镜4，线性光源可通过准直透镜整形后，变为在X轴和Y轴方向上具有较小的发散角度的准直光线，进而使获取的检测图像中缺陷区域与其他区域的明暗区别明显，提高检测的准确性；由此可知，本发明提供的线性光源装置可以适用于远心和非远心镜头，应用广泛。
优选地，所述准直透镜3和所述会聚透镜4为菲涅尔透镜，所述线性光源的从所述准直透镜3的平面射入，从所述准直透镜3的螺纹面射出；所述会聚透镜4的平面朝向所述准直透镜3的螺纹面；一个所述线性光源仅对应一个所述会聚透镜4，所述会聚透镜4的中心位于线性光源的有效发光区域的中心的正上方；有效发光区域是与被测物的尺寸相适配的发光区域。
菲涅尔透镜具有口径大、质量轻、成本低及易加工的特点，且能够完成普通凸透镜完成的准直或会聚的效果，比普通的凸透镜节省空间，因此应用在本实施例的光源装置中，使本申请具有外形紧凑、重量轻、方便安装等优点。
准直透镜3可采用圆型菲涅尔透镜，即整个圆周内均有曲率的菲涅尔透镜，对照明光源1发出的光线进行准直整形。照明光源1经准直透镜3的平面射入，从准直透镜3的螺纹面射出后变为准平行光。会聚透镜4可选用圆型菲涅尔透镜或在Y轴方向上具有曲率的直线型菲涅尔透镜，圆型菲涅尔透镜可将准直透镜3的出射光在X轴和Y轴方向均可进行准直整形，也可选用与圆型菲涅尔透镜的焦距相同的在Y轴方向上具有曲率的直线型菲涅尔透镜。准直透镜3的出射光经会聚透镜4的平面射入，经会聚透镜4的螺旋面射出后，使光线在X轴和/或Y轴上进行会聚整形，并会聚到非远心镜头处，以适应非远心镜头的视场角；因此，该装置可先将照明光源的发射光线在X轴和Y轴方向进行准直整形，使光线在X轴和Y轴方向上均为具有较小的发散角度的准直光线，防止光线从不同角度相互补光，再进行会聚整形，使光线会聚至相机的镜头处，进而使获取的检测图像中缺陷区域与其他区域的明暗区别明显，提高检测的准确性。
优选地，如图2所示，所述会聚透镜4的上方设有整形透镜5，所述整形透镜5与所述会聚透镜4平行，所述整形透镜5的中心与所述会聚透镜4的中心在同一直线上，且所述直线垂直于所述整形透镜5的平面和所述会聚透镜4的平面。
整形透镜5只在X角度上有曲率，可对经会聚透镜4射出的光线在X角度上再次整形，使照射在被测物上的光亮度加强，提高光能利用率。
所述整形透镜5为菲涅尔透镜，所述整形透镜5的平面朝向所述会聚透镜4的螺纹面。
菲涅尔透镜具有口径大、质量轻、成本低及易加工的特点，且能够完成普通凸透镜完成的准直或会聚的效果，比普通的凸透镜节省空间，因此应用在本实施例的光源装置中，使本申请具有外形紧凑、重量轻、方便安装等优点。
整形透镜5只选用在X轴方向上具有曲率的直线型菲涅尔透镜,会聚透镜4的出射光经整形透镜5的平面射入，经整形透镜5的螺纹面射出后，使光线在X轴上进行会聚整形，使照射在被测物上的光亮度加强，提高光能利用率。
优选地，如图3所示，所述整形透镜5的上方设有扩散板6，所述扩散板6与所述整形透镜5相平行。
扩散板6可起到对透镜保护和密封的作用，防止基板对透镜产生磨损，也可避免灰尘落在透镜上，影响检测结果。
所述扩散板6的厚度为1mm-5mm，所述扩散板6的透光率大于90％；由于照明光源之间的光线交汇处，亮度较弱，易在获取的图像中出现暗区，所以利用扩散板6，使光线经扩散板6后，增加光线的照射角度，使光线交汇处的亮度增加，防止在获取的图像中出现暗区；但是扩散板6不能使光线的照射角度增加太多或改变较大，影响检测结果。优选地，扩散板6的厚度为2mm。
优选地，相邻所述照明光源1发出锥形光的交汇处设有遮光板2，所述遮光板2与所述照明光源1相垂直。
遮光板2可防止照明光源1在准直透镜3整形时，相互干扰；保证每个准直透镜3只对其对应的照明光源1进行准直整形。
优选地，所述照明光源1为LED颗粒灯。
LED颗粒灯具有功率高、低热阻、热传导系数高及亮度高的优点，相邻LED颗粒灯之间的距离可根据选择的颗粒灯的参数而定，一般情况下，相邻的LED颗粒灯的间距至少大于LED颗粒灯自身发光区域的4倍。
例如，测量较大的基板材料表面缺陷，选用功率为64W的LED颗粒灯，准直透镜3采用焦距为70mm，以曲率圆心为中心的边长为55mm的正方形的菲涅尔透镜，准直透镜3的平面与LED颗粒灯中心的垂直距离为69mm，使经准直透镜3发射的光线为在Y轴方向上发散角为6°的准平行光，线性光源到相机的垂直工作距离为1350mm，相机视场角为19°，会聚透镜4采用焦距为1500mm的直线型菲涅尔透镜，该菲涅尔透镜以曲率中轴线为中心，宽为55mm，长为550mm，其平面与线性光源的中心的垂直距离为171mm。如果是其他的应用，线性光源到相机的垂直工作距离和相机视场角为其他值，则会聚透镜4的焦距也可做相应的改变。
测量印刷品表面缺陷，选用功率为30W的LED颗粒灯，准直透镜3采用焦距为70mm，以曲率圆心为中心的边长为55mm的正方形的菲涅尔透镜，准直透镜3的平面与LED颗粒灯中心的垂直距离为69mm，使经准直透镜3发射的光线为在Y轴角度上发散角为6°的准平行光，线性光源到相机的垂直工作距离为480mm，相机视场角为46°，会聚透镜4采用焦距为510mm的直线型菲涅尔透镜，该菲涅尔透镜以曲率中轴线为中心，宽为55mm，长为440mm，其平面与线性光源的中心的垂直距离为171mm。如果是其他的应用，线性光源到相机的垂直工作距离和相机视场角为其他值，则会聚透镜4的焦距也可做相应的改变。
优选地，所述扩散板6为磨砂亚克力板、磨砂玻璃或硫酸纸。亚克力板或磨砂玻璃具有较好的透明度，透光率大于90％；且抗老化性能强，避免线性光源的热辐射使扩散板6变形，影响检测效果。
优选地，如图4所示，本发明可仅在每个LED颗粒灯上设有准直透镜3，准直透镜3可为菲涅尔透镜，所述LED颗粒灯的光线从所述准直透镜3的平面射入，从所述准直透镜3的螺纹面射出；经菲涅尔透镜准直整形后，可适用于带有远心镜头的相机8对被测物进行获取图像，被测物可为手机盖板玻璃、手机外壳等较小被测物；由此可知，本发明可适用于带有远心镜头的相机8和带有非远心镜头的相机7。
如图5所示，一种用于表面缺陷检测的线性光源系统，用于检测被测物的表面缺陷，所述系统包括线阵相机和如上所述的装置，所述线阵相机位于所述被测物9的法线的一侧，所述装置位于所述被测物9的另一侧，所述线阵相机的镜头与所述法线的夹角等于所述装置的出射光与所述法线的夹角；并且所述被测物9的法线垂直于被测物9。由于该用于表面缺陷检测的线性光源系统包含上述装置，所以该用于表面缺陷检测的线性光源系统具有上述装置的优点，不再赘述。
由以上技术方案可知，本发明的实施例公开一种用于表面缺陷检测的线性光源装置及系统，首先通过准直透镜3对照明光源1的光线在X轴和Y轴方向进行准直整形，使光线在X轴和Y轴方向上均为具有较小的发散角度的准直光线，具有单一的照射角度；再经会聚透镜4对光线在X轴和/或Y轴方向进行会聚整形，并会聚至非远心镜头处，以适应非远心镜头的视场角；因此，该装置可先将照明光源的发射光线在X轴和Y轴方向进行准直整形，防止光线从不同角度相互补光，使光线在X轴和Y轴方向上均为具有较小的发散角度的准直光线，再进行会聚整形，使光线会聚至相机的镜头处，进而使获取的检测图像中缺陷区域与其他区域的明暗区别明显，提高检测的准确性。
并且准直透镜及会聚透镜是相互独立的，方便拆卸，可根据不同的非远心镜头的视场角调整会聚透镜4的参数，满足不同非远心镜头的相机的成像需求。如果需利用远心镜头对被测物的表面进行图像采集，那么只需安装准直透镜3，不安装会聚透镜4，线性光源可通过准直透镜整形后，变为在X轴和Y轴方向上具有较小的发散角度的准直光线，进而使获取的检测图像中缺陷区域与其他区域的明暗区别明显，提高检测的准确性；由此可知，本发明提供的线性光源装置可以适用于远心和非远心镜头，应用广泛。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种用于表面缺陷检测的线性光源装置，其特征在于，所述装置包括线性光源；
所述线性光源由数个照明光源(1)组成，数个所述照明光源(1)呈一字型排列，相邻的两个所述照明光源(1)的距离相等；
沿线性光源的光线照射角度，所述装置依次设有准直透镜(3)和会聚透镜(4)，所述会聚透镜(4)与所述准直透镜(3)平行；
所述准直透镜(3)的数量与所述照明光源(1)的数量相同，每个所述照明光源(1)位于对应的准直透镜(3)的焦点。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述准直透镜(3)和所述会聚透镜(4)为菲涅尔透镜，所述照明光源发出的光从所述准直透镜(3)的平面射入，从所述准直透镜(3)的螺纹面射出；所述会聚透镜(4)的平面朝向所述准直透镜(3)的螺纹面；一个所述线性光源仅对应一个所述会聚透镜(4)，所述会聚透镜(4)的中心位于所述线性光源的有效发光区域的中心的正上方。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述会聚透镜(4)的上方设有整形透镜(5)，所述整形透镜(5)与所述会聚透镜(4)平行，所述整形透镜(5)的中心与所述会聚透镜(4)的中心在同一直线上，且所述直线垂直于所述整形透镜(5)的平面和所述会聚透镜(4)的平面。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述整形透镜(5)为菲涅尔透镜，所述整形透镜(5)的平面朝向所述会聚透镜(4)的螺纹面。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述整形透镜(5)的上方设有扩散板(6)，所述扩散板(6)与所述整形透镜(5)相平行。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述扩散板(6)的厚度为1mm—5mm，所述扩散板(6)的透光率大于90％。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，相邻所述照明光源(1)发出锥形光的交汇处设有遮光板(2)，所述遮光板(2)与所述照明光源(1)相垂直。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述照明光源(1)为LED颗粒灯。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述扩散板(6)为磨砂亚克力板、磨砂玻璃或硫酸纸。
10.一种用于表面缺陷检测的线性光源系统，用于检测被测物的表面缺陷，其特征在于，所述系统包括线阵相机和如权利要求1-9任一项所述的装置，所述线阵相机位于所述被测物的法线的一侧，所述装置位于所述被测物的另一侧，所述线阵相机的镜头与所述法线的夹角等于所述装置的出射光与所述法线的夹角；并且所述被测物的法线垂直于被测物。
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