CN107110790A - 光学检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学检测系统，在制造期间检测物体诸如电子装置等的缺陷。光学检测系统包括第一线光源，其沿着扫描线照射第一光束到物体顶表面上，横跨物体宽度。第二线光源与第一线光源之间形成一个角度，照射第二光束到物体的侧表面上。照相机接收来自物体顶表面和侧表面的散射光，并沿着扫描线拍摄物体的子图像。图像处理系统从照相机接收每个子图像，拼接子图像，并检测物体顶表面和侧表面上的缺陷。

Description

光学检测系统

【技术领域】

本发明涉及一种用于检测物体缺陷的光学检测系统。

【背景技术】

在制造和安装玻璃盖板到电子装置如智能电话上时，会出现诸如划痕、碰撞、裂纹、针孔、气泡或污迹等缺陷。如果没有检测到这些缺陷，那么瑕疵产品将被销售给消费者。

本发明提供改良光学检测系统的新方法和系统，其能提高检测缺陷的效率和精度，有助于推进技术需要和解决技术问题。

【发明内容】

一个示例实施例是一种光学检测系统，其检测物体如制造期间的电子装置的缺陷。光学检测系统包括第一线光源，其沿着扫描线照射第一光束到物体顶表面上，横跨物体宽度。第二线光源与第一线光源形成一个角度，并照射第二光束到物体侧表面上。照相机接收来自物体顶表面和侧表面的散射光，并沿着扫描线拍摄物体的子图像。图像处理系统从照相机接收每个子图像，拼接子图像，并检测物体顶表面和侧表面上的缺陷。

其它示例实施例在此一并讨论。

【附图说明】

图1是一个示例实施例的光学检测系统的模块示意图。

图2A是一个示例实施例的明场系统的侧视图。

图2B是一个示例实施例的明场系统的底视图。

图3A是一个示例实施例的暗场系统的侧视图。

图3B是一个示例实施例的暗场系统的底视图。

图4是一个示例实施例的光学检测系统。

图5是一个示例实施例的检测物体缺陷的方法。

图6是一个示例实施例的由具有明场照明的光学检测系统拍摄的缺陷。

图7是一个示例实施例的由具有暗场照明的光学检测系统拍摄的缺陷。

【具体实施方式】

示例实施例涉及检测和拍摄物体顶表面和侧表面上缺陷的装置和方法。

许多智能电话使用带有弯曲边缘的玻璃盖板，其被称为2.5D玻璃盖板。许多缺陷检测装置并不能检测到2.5D玻璃盖板边缘或侧表面上的缺陷。这样的话，有瑕疵或缺陷的玻璃盖板的智能电话将被销售给消费者。

通过提供一种包括线光源、相机、和图像处理系统的光学检测系统，本发明示例实施例能够解决上述问题。该系统产生高对比度的图像，并在高速运动流水线上检测各种各样的缺陷，包括非常细微的缺陷。示例实施例能够在制造期间检测电子装置(如智能电话)边缘或侧表面上的缺陷，从而避免销售有瑕疵或缺陷的产品给消费者。

光学检测系统里的第一线光源，沿着被检测物体的宽度，照射一个光束在顶表面上。第二线光源照射一个光束在物体侧表面或边缘上。第二线光源与第一线光源之间形成一个角度，例如一个在35-45度范围的角度。照相机接收来自物体顶表面和侧表面的散射光，拍摄物体的子图像。图像处理系统从照相机接收每个子图像，拼接子图像，并检测物体顶表面和侧表面上的缺陷。

在一个示例实施例里，从光学检测系统的侧视图看，来自第一线光源的光束与物体顶表面的法线形成一个在20-30度范围的入射角。照相机的中心轴与法线形成一个角度，其不同于光束的入射角，以避免来自物体的反射光进入照相机的视野。

在一个示例实施例里，一个漫射器位于明场照明系统的线光源和物体之间，以提高缺陷图像的对比度。

另一个示例实施例包括一个具有暗场照明的光学检测系统，其暗场照明包含两个照明系统，每个照明系统从三个线光源发射三个光束。相机位于两个照明系统之间，沿着宽度拍摄物体的子图像。图像处理系统从相机接收每个子图像，拼接子图像，并检测物体顶表面和侧表面上的缺陷。

在一个示例实施例里，从光学系统侧视图看，来自第一和第二照明系统的入射光，与顶表面的法线，形成一个20-30度范围的入射角。当所述物体处于第一和第二照明系统的照明之下时，相机的中心轴与物体顶表面的法线重合，使得相机接收来自物体的散射光。

在一个示例实施例里，根据物体的侧表面的形状和朝向，一个控制器控制照明系统的线光源之间的角度。

在一个示例实施例里，在一个水平面内以一个固定速度(例如在制造或安装期间沿着传送带)移动被检测物体。物体分别被明场系统和暗场系统照明，使得不管被检测物体是暗色的或亮色的，都能够在一次过程里有效地拍摄缺陷。

图1是一个示例实施例的光学检测系统100的框图。光学检测系统100包括一个明场(bright field)系统或一个具有明场照明的光学检测系统130、一个暗场(dark field)系统或一个具有暗场照明的光学检测系统140、以及一个图像处理系统120。光学检测系统100里的一个或多个元件，能够通过一个或多个网路110相互进行通信。多个物体150被该光学检测系统进行检测。

网络110可以包括一个或多个互联网、内部网、外部网、蜂窝网络、局域网(LAN)、Wi-Fi网络、家庭区域网络(HAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)、蓝牙网络、公共和专用网络、有线和无线通信等。

明场系统130包括线光源132和134、相机136和控制器138。沿着被检测物体的宽度，第一线光源132发出一光束，照射到物体顶表面上。第二线光源134发出一光束照射在物体侧表面或边缘上。相机136接收来自所述物体顶表面和侧表面的散射光，并拍摄所述物体的子图像。根据所述物体侧表面的形状和朝向，控制器138控制第一线光源和第二线光源之间的角度。举个例子，第二线光源与第一线光源之间形成一个35-45度范围的角度。

暗场系统140包括照明系统142和144、相机146和控制器148。两个照明系统中的每个照明系统都发射光束到被检测物体上。相机146位于两个照明系统之间，沿着宽度方向拍摄所述物体的子图像。控制器148控制光束的入射角。

图像处理系统120包括处理器122、存储器124、显示器126、用户界面127、输入/输出(I/O)128和增强缺陷检测器129。举个例子，I/O 128通过网络110获得来自相机136或146的子图像。存储器124存储用于处理器122执行的指令。处理器处理子图像并将处理的图像显示在显示器126上。

增强缺陷检测器129是一个专用硬件和/或软件的例子，其有助于改善计算机的性能和/或在此讨论的方法的执行。增强缺陷检测器拼接子图像，并检测拼接图像里的缺陷。增强缺陷检测器的示例功能在图5和其它示例实施例里讨论。

在一个示例实施例里，被检测物体150在水平平面上以一个固定速度移动，使得物体分别被明场系统和暗场系统照射。被检测物体可以是任何颜色的，物体表面可以是透明的、半透明的、反射的、折射的、或吸收的。

图2A是一个示例实施例的明场系统200的侧视图。

图2B是一个示例实施例的明场系统200的底视图。

如图2A和图2B所示，明场系统200包括三个线光源230、240和250、相机260和支撑支架220。线光源的中心轴246与明场系统200的法线244形成第一角度。相机的中心轴242与法线244形成第二角度。第一角度和第二角度是不同的，使得最少量的来自物体的反射光进入相机。

举个例子，线244和线246形成的第一角度是27度，或者是落在20-30度范围内的任何数字。线244和线242形成的第二角度是35度，或者是落在30-40度范围内的任何数字。

作为例子，第一线光源230的长度比被检测物体的宽度更长，沿着扫描线照射第一光束到所述物体顶表面上，横跨所述物体宽度。线光源240和250与线光源230相比更短，分别安置在线光源230的两侧。线光源240和250照射光束到所述物体的侧表面或边缘上。相机260接收来自所述物体顶表面和侧表面的散射光，所述物体处于线光源的照射之下。相机沿着多个扫描线拍摄所述物体的子图像。

在一个示例实施例里，线光源240或250与线光源230形成一个40度的角度。根据所述物体侧表面的形状和朝向，控制器控制该角度在35-45度范围内。

图3A是一个示例实施例的暗场系统300的侧视图。

图3B是一个示例实施例的暗场系统300的底视图。

如图3A和图3B所示，暗场系统300包括相机360、在相机一侧的三个线光源342、344和346、在相机另一侧的三个线光源352、354和356、以及支撑支架320。相机360接收来自所述物体顶表面和侧表面的散射光，所述物体处于线光源的照射之下。相机沿着多个扫描线拍摄所述物体的子图像。

线光源342和352的长度都比被检测物体的宽度更长，沿着扫描线照射光束在所述物体顶表面上，横跨物体宽度。线光源344、346、354和356与线光源342或352相比更短。线光源344和346分别安置在线光源342的两侧。线光源354和356分别安置在线光源352的两侧。线光源344、346、354和356照射光束在所述物体的侧表面上。

在一个示例实施例里，线光源344或346与线光源342形成一个40度的角度。线光源354或356与线光源352形成一个40度的角度。根据所述物体侧表面的形状和朝向，控制器控制该角度在35-45度范围内。

在一个示例实施例里，从光学系统的侧视图，来自光源的入射光与被检测物体顶表面的法线，形成一个20-30度范围的入射角。所述物体处于光源的照射之下时，相机的中心轴与所述物体顶表面的法线重合，使得相机接收来自所述物体的散射光。

图4是一个示例实施例的光学检测系统400。光学检测系统400包括一个明场照明系统432、两个暗场照明系统442和444、和相机436和446。多个物体450通过该光学检测系统进行检测。

通过例子，沿着扫描线，明场照明系统432发射多个光束到物体顶表面和侧表面或边缘上，横跨整个物体宽度。在一个示例里，明场照明系统安置在物体上方至少150毫米。在一个示例实施例里，从该光学检测系统的侧视图看，明场照明系统的光束与物体顶表面的法线，形成一个27度的角度。

在一个示例实施例里，从光学检测系统的侧视图看，相机436的中心轴与物体顶表面的法线形成一个角度，该角度不同于明场照明系统光束的入射角。

在一个示例实施例里，一个漫射器安置在明场照明系统和被检测物体之间，以改善相机所拍摄图像的对比度。举个例子，相机包括一个透镜和多个像素传感器。像素传感器排列成一个1×N构造的矩阵形状，N是大于1的整数。

在一个示例实施例里，相机是一个时间延迟积分(TDI)相机，包括一个透镜和一个TDI图像传感器，其检测并传送构成图像的信息。图像传感器是由TDI电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)制成。TDI图像传感器是一个二维阵列，其有多个元件，排列成一个M×N构造的矩阵形状，M和N是大于1的整数。随着穿过元件阵列的图像运动，每行同步移动其部分测量到相邻行。

在一个示例实施例里，从物体的顶视图看，来自明场照明系统的光束形成一条沿着物体宽度的直线。

通过例子，，暗场照明系统442或444沿着扫描线照射多个光束到物体顶表面和侧表面上，横跨所述物体宽度。在一个例子里，暗场照明系统位于物体上方至少100毫米。在一个示例实施例里，从光学检测系统的侧视图看，来自暗场照明系统的光束与物体顶表面的法线形成一个22度的角度。相机446安置在暗场照明系统442和暗场照明系统444之间。在一个示例实施例里，物体处于第一和第二照明系统的照射之下时，相机的中心轴与物体顶表面的法线重合，使得相机接收来自物体的散射光。相机沿着扫描线拍摄物体的子图像。

在一个示例实施例里，所有来自暗场照明系统442和444的光束汇聚一条横跨物体宽度的直线以形成一个扫描线。

考虑这样一个示例，其中物体被放置在传送带上，在一个水平面上以一个固定、恒定或可变的速度移动。分别经过明场照明系统和暗场照明系统，物体被检测系统400检查。沿着横跨物体不同部分或区域的多个扫描线，每个照明系统中的照相机拍摄物体的子图像。图像处理系统处理和拼接子图像，产生物体的明场图像和暗场图像。明场图像和暗场图像的组合使得能检测出多种类型的缺陷，包括涂层缺陷以及挖痕、划痕、研磨误差、内部缺陷等。

对于明场照明系统和暗场照明系统，每个系统里相机的安置，要使得其中心轴与物体顶表面的法线形成一个角度，其不同于光束的入射角。因此，离开物体的最少量反射光进入相机。来自光源的光束，被没有缺陷的物体表面反射后，不进入相机。如果光束被物体顶表面或侧表面上的缺陷散射，那么光束有很大的可能性进入相机。反之，来自没有缺陷的物体区域的反射光是在相机视野区域之外。与没有缺陷相比，当物体表面上有缺陷时，有更高百分比的反射光会进入相机。

图5是一个示例实施例的检测物体上缺陷的方法。

在步骤510，沿着一个扫描线投射第一光束到物体顶表面上，横跨物体宽度。

在步骤520，投射第二光束到物体侧表面上。

考虑这样一个例子，其中照明系统安装有两个光源，投射光束到被检测物体上。作为一个例子，光源是由透镜或激光源形成的线性LED阵列。照明系统的第一光源投射第一光束到物体顶表面上。第一光束跨越物体的宽度，其长度比物体宽度更长。第二光源位于第一光源旁边，与第一光源形成一个35-45度范围的角度。第二光源投射光束到物体侧表面或边缘上，与第一光束形成一条直扫描线在物体上。

在步骤530，接收来自物体顶表面和侧表面的散射光，物体处于第一线光源和第二线光源的照射之下。

举个例子，相机接收来自物体顶表面和侧表面的散射光，物体处于照明系统的照射之下。被检测物体在一个水平面内以一个固定速度移动，使得由照明系统形成的扫描线横穿物体的不同部分。相机沿着横跨物体不同部分的多个扫描线拍摄物体的子图像。

在步骤540，光学检测系统的相机沿着每个扫描线拍摄多个子图像。

举个例子，相机包括一个透镜和多个线性像素传感器。线性像素传感器被排列成一个1×N构造的矩阵形状，N是大于1的整数。因此，相机沿着每个扫描线拍摄的每个子图像都是长条形状。

在步骤550，图像处理系统将子图像处理和拼接成一个拼接图像。

在步骤560，根据拼接图像，图像处理系统检测物体顶表面和侧表面上的缺陷。

考虑这样一个示例，其中图像处理系统包括处理器、存储器、显示器、输入/输出(I/O)和增强缺陷检测器。作为一个例子，I/O从相机获得子图像。存储器存储用于处理器执行的指令。处理器处理子图像，并将被处理的图像显示在显示器上。增强缺陷检测器是一个专用硬件和/或软件的例子，有助于改善计算机的性能和/或在此所讨论方法的执行。增强缺陷检测器拼接子图像，并检测拼接图像的缺陷。示例的缺陷图像在图6、图7和其它示例实施例里讨论。

图6显示一个示例实施例的由具有明场照明的光学检测系统拍摄的缺陷。

举个例子，一个白色电话610由在此讨论的光学检测系统检查，并检测到电话边缘上的缺陷。如图6所示，光学检测系统拍摄图片并曝光在电话边缘和顶表面上的撞痕620、630和640。

图7显示一个示例实施例的由具有暗场照明的光学检测系统拍摄的缺陷。

举个例子，一个黑色电话710由在此讨论的光学检测系统检查，并检测到电话边缘上的缺陷。如图7所示，光学检测系统拍摄图片并曝光在电话边缘上的边缘裂纹720和电话底表面上的边缘裂纹730。

如在此使用的，“光学检测系统”是一个具有检测物体的光学装置的系统。

如在此使用的，“线光源”是一个从一维大区域发射光的光源。线光源可以成形为一个具有圆形、正方形或其他横截面的管状，例如一排LED或一根荧光管。

如在此使用的，“漫射板”是一个以某种方式扩散或发散光的装置。漫射板的例子包括但不限于磨砂玻璃漫射板、特氟隆漫射板、全息漫射板、乳白玻璃漫射板、和灰色玻璃漫射板。

如在此使用的，“明场系统”提供明场照明。

如在此使用的，“暗场系统”提供暗场照明。

如在此使用的，“子图像”是一个被检测物体的一个部分区域的图像。

如在此使用的，“TDI相机”是一个包括TDI CCD或CMOS图像传感器的相机，其多个元件被排列成一个M×N构造的矩阵形状，M和N是大于1的整数。

本发明提供了示例实施例的方法和装置，一种方法或装置的示例不应解释为限制另一种方法或装置的示例。此外，在不同附图中讨论的方法和装置可以添加到其他附图中的方法和装置或与其交换。另外，具体的数据值(例如具体数量、数目、类型、度数等)或其他具体信息应当解释为示例性的，用于讨论示例实施例。

Claims (20)

1.一种检测物体缺陷的光学检测系统，包括：

第一线光源，其长度比所述物体的宽度更长，位于所述物体的上方，并沿着扫描线，照射第一光束到所述物体顶表面上，横跨所述物体宽度；

第二线光源，其与所述第一线光源形成一个35-45度范围的角度，并照射第二光束到所述物体侧表面上；

相机，其接收来自所述物体顶表面和侧表面上的散射光，所述物体处于所述第一线光源和所述第二线光源的照明下，所述相机沿着所述扫描线拍摄所述物体的子图像；和

图像处理系统，其从所述相机接收每个子图像，拼接所述子图像，并检测所述物体顶表面和侧表面上的缺陷。

2.根据权利要求1所述的光学检测系统，其中所述第一线光源位于所述物体上方至少110毫米，并照射所述第一光束，从所述光学检测系统侧视图看，所述第一光束与所述物体顶表面的法线形成一个20-30度范围的角度。

3.根据权利要求1所述的光学检测系统，从所述光学检测系统侧视图看，其中所述相机的中心轴与所述物体顶表面的法线形成一个角度，其不同于所述第一线光源的入射角。

4.根据权利要求1所述的光学检测系统，还包括：

第一漫射板，其位于所述第一线光源和所述物体之间；和

第二漫射板，其位于所述第二线光源和所述物体之间。

5.根据权利要求1所述的光学检测系统，其中所述相机包括一个透镜和多个像素传感器，其被排列成一个1×N构造的矩阵形状，N是大于1的整数。

6.根据权利要求1所述的光学检测系统，其中从所述物体的顶视图，所述第一光束和所述第二光束形成一条沿着所述物体宽度的直线。

7.根据权利要求1所述的光学检测系统，还包括：

控制器，其根据所述物体侧表面的形状和朝向，控制所述第一线光源和所述第二线光源之间的角度。

8.根据权利要求1所述的光学检测系统，其中所述相机是一个时间延迟积分相机，其包括一个透镜和一个由电荷耦合器件或互补金属氧化物半导体制成的时间延迟积分图像传感器。

9.一种检测物体缺陷的暗场系统；包括：

第一照明系统，其发射三个光束，包括：

第一线光源，其长度比所述物体宽度更长，并沿着横跨所述物体宽度的扫描线，照射光束在所述物体顶表面上；和

两个线光源，分别安置在所述第一线光源两侧，所述两个线光源中的每个线光源都与所述第一线光源形成一个35-45度范围的角度，并照射光束在所述物体侧表面上；

第二照明系统，其发射三个光束，包括：

第二线光源，其长度比所述物体宽度更长，并沿着横跨所述物体宽度的扫描线，照射光束在所述物体顶表面上；和

两个线光源，分别安置在所述第二线光源两侧，所述两个线光源中的每个线光源都与所述第二线光源形成一个35-45度范围的角度，并照射光束在所述物体侧表面上；

相机，位于所述第一照明系统和所述第二照明系统之间，其沿着所述扫描线拍摄所述物体的子图像；和

图像处理系统，其从所述相机接收每个子图像，拼接所述子图像，并检测所述物体顶表面和侧表面上的缺陷；

其中来自所述第一照明系统的三个光束和来自所述第二照明系统的三个光束都汇聚成一条横跨所述物体宽度的直线。

10.根据权利要求9所述的暗场系统，从所述光学系统侧视图看，其中所述第一和第二照明系统的入射光束，与所述顶表面的法线，形成一个20-30度范围的角度。

11.根据权利要求9所述的暗场系统，其中所述相机包括一个透镜和多个像素传感器，其被排列成一个1×N构造的矩阵形状，N是大于1的整数。

12.根据权利要求9所述的暗场系统，其中所述物体处于所述第一和第二照明系统的照明之下时，所述相机的中心轴与所述物体顶表面的法线重合，使得所述相机接收来自所述物体的散射光。

13.根据权利要求9所述的暗场系统，还包括：

控制器，其控制所述第一照明系统的所述第一线光源与其所述两个线光源之间的角度，以及控制所述第二照明系统的所述第二线光源与其所述两个线光源之间的角度。

14.一种光学检测系统检测物体缺陷的方法，包括：

沿着横跨所述物体宽度的一条扫描线，所述光学检测系统的第一线光源，投射第一光束在所述物体顶表面上；

所述光学检测系统的第二线光源，投射第二光束在所述物体侧表面上；

所述光学检测系统的相机，接收来自所述物体顶表面和侧表面的散射光，所述物体处于所述第一线光源和所述第二线光源的照明之下；

所述光学检测系统的所述相机，沿着每个扫描线拍摄多个子图像；

图像处理系统将所述子图像拼接成一个拼接图像；和

根据所述拼接图像，所述图像处理系统检测所述物体顶表面和侧表面上的缺陷。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一线光源和所述第二线光源形成一个35-45度范围的角度。

16.根据权利要求14所述的方法，从所述光学检测系统侧视图看，其中来自所述第一线光源的第一光束，与所述顶表面的法线，形成一个20-30度范围的角度。

17.根据权利要求14所述的方法，其中从所述物体的顶视图看，所述第一光束和所述第二光束形成一条沿着所述物体宽度的直线。

18.根据权利要求14所述的方法，其中根据所述物体侧表面的形状和朝向，所述第一线光源和所述第二线光源之间的角度是可调整的。

19.根据权利要求14所述的方法，还包括：

在一个水平面内以一个固定速度移动所述物体，使得所述物体分别被明场系统和暗场系统照射。

20.根据权利要求14所述的方法，其中从所述光学检测系统侧视图看，所述相机的中心轴与所述物体顶表面的法线形成一个角度，该角度不同于所述第一线光源的入射角。