CN107144579A - 一种3d曲面玻璃屏外观缺陷检测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D曲面玻璃屏外观缺陷检测设备，包括机架、机台、CCD相机、面光源；机架外部设置有外壳，机台安装于机架内；在机台上设置有工位板；工位板表面涂覆有吸光层，在吸光层外表面设置有PET薄膜；CCD相机为两个，并列安装于工位板的上方；在CCD相机的一侧设置有面光源；面光源可转动地与机台固定。本发明结构合理，采用双CCD相机，增加一个相机以增加额外信息，同时采用数字投影条纹，通过CCD相机拍射经过物体表面高度信息调制过的变形条纹，解调后得到物体的高度信息，实现三维外观缺陷检测。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃屏生产检测设备领域，特别涉及一种3D曲面玻璃屏外观缺陷检测设备。
背景技术
3D曲面玻璃屏由于其具有轻薄、透明洁净、抗指纹、防眩光、坚硬、耐刮伤、耐候性佳等特性，成为高端智能手机和平板电脑、可穿戴式设备、仪表板及工业用电脑等终端产品的面板保护玻璃。玻璃屏生产完成后，需要对玻璃屏表面进行检测，以确定其表面质量，是否存在外观缺陷。传统的平面玻璃屏通常采用高清相机或者激光传感器进行检测。但是3D曲面玻璃屏由于其表面为非平面的弧形，因此传统的检测设备无法对3D曲面玻璃屏进行表面检测。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种3D曲面玻璃屏外观缺陷检测设备，采用双CCD相机模式，通过面光源实现数字投影条纹，解决了传统的检测设备无法对3D曲面玻璃屏进行表面检测的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种3D曲面玻璃屏外观缺陷检测设备，包括机架、机台、CCD相机、面光源；所述机架外部设置有外壳，所述机台安装于所述机架内；在所述机台上设置有工位板；所述工位板表面涂覆有吸光层，在所述吸光层外表面设置有PET薄膜；所述CCD相机为两个，并列安装于所述工位板的上方；在所述CCD相机的一侧设置有所述面光源；所述面光源可转动地与所述机台固定。
作为本发明的一种优选方案，所述CCD相机通过支撑柱和横柱安装于所述机台上；所述支撑柱为两个，竖直相对设置于所述机台上；在所述支撑柱上设置有凸形滑轨，所述凸形滑轨沿所述支撑柱长度方向设置；在所述凸形滑轨上设置有纵向滑块；所述纵向滑块的一端活动卡设于所述凸形滑轨上，在所述纵向滑块上设置有沿垂直所述凸形滑轨方向伸入所述纵向滑块的第一紧固螺杆；所述纵向滑块的另一端与所述横柱连接，所述横柱为横向设置的圆柱形，所述横柱连接两所述支撑柱上的所述纵向滑块；所述横柱可相对所述纵向滑块进行周向转动；在所述纵向滑块上设置有沿垂直所述横柱方向伸入所述纵向滑块的第二紧固螺杆；在所述横柱外套设有横向滑轨，所述横向滑轨沿所述横柱长度方向设置；在所述横向滑轨上活动安装有两个横向滑块；在所述横向滑块上设置有转台；在所述转台上安装有所述CCD相机。
作为本发明的一种优选方案，在所述横向滑块上设置有沿垂直所述横向滑轨方向伸入所述横向滑块的第三紧固螺杆。
作为本发明的一种优选方案，所述面光源通过光源支架固定于所述机台上；在所述光源支架上设置有横轴；所述横轴两端可转动地安装于所述光源支架上；所述面光源安装于所述横轴上；在所述光源支架上设置有沿垂直所述横轴方向伸入所述光源支架的第四紧固螺杆。
作为本发明的一种优选方案，还包括电脑主机和显示器；所述电脑主机与所述显示器和CCD相机通过数据线连接。
作为本发明的一种优选方案，所述工位板上安装有L形限位板；在所述机台上安装有第一气缸和第二气缸；所述第一气缸和所述第二气缸的输出轴运动方向分别与所述L形限位板的两边垂直；在所述第一气缸和所述第二气缸的输出轴前端安装有推板。
作为本发明的一种优选方案，所述显示器悬挂安装于所述机架外部。
作为本发明的一种优选方案，在所述机架前部设置有光栅。
通过上述技术方案，本发明技术方案的有益效果是：本发明结构合理，基于单相机设计光学系统结构及其算法，无法计算检测物体表面法向量而产生的奇点问题，故采用双CCD相机，增加一个相机以增加额外信息，不仅能够适用于平面玻璃屏的检测，还能针对3D曲面玻璃屏进行检测，同时采用数字投影条纹，通过CCD相机拍射经过物体表面高度信息调制过的变形条纹，解调后得到物体的高度信息，实现三维外观缺陷检测。本发明具有操作简单，制造成本低，检测速度快，检测效果好等优点。
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为本发明的结构示意图。
图2为本发明机架内部的结构示意图。
图3为本发明机台的结构示意图。
图4为本发明检测的原理图。
图5为本发明面光源投影使用的正弦图像。
图6为本发明CCD相机拍摄得到相位图。
图7为本发明通过双CCD相机相位图联合求解得的包含调制了测量物体高度变化信息的相位图。
图8为本发明待测量物体的高度信息图。
图中数字和字母所表示的相应部件名称：
1.机架 2.显示器 3.机台
4.工位板 5.支撑柱 6.凸形滑轨
7.纵向滑块 8.第一紧固螺杆 9.第二紧固螺杆
10.横柱 11.横向滑轨 12.横向滑块
13.第三紧固螺杆 14.转台 15.CCD相机
16.光源支架 17.第四紧固螺杆 18.横轴
19.面光源 20.L形限位板 21.第一气缸
22.第二气缸。
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。
实施例
结合图1，本发明公开了一种3D曲面玻璃屏外观缺陷检测设备，包括机架1、机台3、CCD相机15、面光源19；机架1外部设置有外壳，机台3安装于机架1内；在机台3上设置有工位板4；工位板4表面涂覆有吸光层，在吸光层外表面设置有PET薄膜；CCD相机15为两个，并列安装于工位板4的上方；在CCD相机15的一侧设置有面光源19；面光源19可转动地与机台3固定。
CCD相机15可优选下述安装结构，CCD相机15通过支撑柱5和横柱10安装于机台3上；支撑柱5为两个，竖直相对设置于机台3上。在支撑柱5上设置有凸形滑轨6，凸形滑轨6沿支撑柱5长度方向设置。在凸形滑轨6上设置有纵向滑块7。纵向滑块7的一端活动卡设于凸形滑轨6上，在纵向滑块7上设置有沿垂直凸形滑轨6方向伸入纵向滑块7的第一紧固螺杆8。第一紧固螺杆8用于纵向滑块7与凸形滑轨6之间的紧固。纵向滑块7的另一端与横柱10连接，横柱10为横向设置的圆柱形，横柱10连接两支撑柱5上的纵向滑块7。横柱10可相对纵向滑块7进行周向转动。在纵向滑块7上设置有沿垂直横柱10方向伸入纵向滑块7的第二紧固螺杆9。第二紧固螺杆9用于横柱10与纵向滑块7之间的紧固。在横柱10外套设有横向滑轨11，横向滑轨11沿横柱10长度方向设置。在横向滑轨11上活动安装有两个横向滑块12。优选的，在横向滑块12上设置有沿垂直横向滑轨11方向伸入横向滑块12的第三紧固螺杆13。第三紧固螺杆13用于横向滑块12与横向滑轨11之间的紧固。在横向滑块12上设置有转台14；转台14的转动平面为与横柱10平行的竖直平面。在转台14上安装有CCD相机15。
面光源19可优选下述安装结构。面光源19通过光源支架16固定于机台3上；在光源支架16上设置有横轴18；横轴18两端可转动地安装于光源支架16上；面光源19安装于横轴18上；在光源支架16上设置有沿垂直横轴18方向伸入光源支架16的第四紧固螺杆17。
本发明通过电脑主机和显示器2实现数据、图像的处理与显示；电脑主机与显示器2和CCD相机15通过数据线连接。显示器2悬挂安装于机架1外部。
为了更好的固定3D曲面玻璃屏，工位板4上安装有L形限位板20；在机台3上安装有第一气缸21和第二气缸22；第一气缸21和第二气缸22的输出轴运动方向分别与L形限位板20的两边垂直；在第一气缸21和第二气缸22的输出轴前端安装有推板。
本发明的结构说明：本发明通过横向滑轨11，实现CCD相机15的X向调节；通过凸形滑轨6，实现CCD相机15的Y向调节；通过转动横柱10，实现CCD相机15的Z向调节。在三维空间内，三轴向可调，灵活性好。并且设置转台14，能够用于调节CCD相机15的拍摄角度，而非单一的只能进行竖直向下正投影照射。而面光源19通过横轴18，照射角度可调。
本发明的检测原理：理论上只需要单台相机与投影仪、检测物体三者构成三角关系，通过投射光栅形变量，即可计算物体表面高度。釆用正弦光栅和相移技术的测量方法,该方法通过移动正弦光栅,获取不同时刻被光栅条纹调制的场景图,就可以得到变形光栅像上各点不同时刻的相移值,并解出待测物体的高度信息。但实验结果表明，单相机存在物体曲度变化所带来信息的缺失，还是不能真实反应出物体曲面的细微梯度变化，最终在图像处理的算法过程中无法很好推算出真实特征点和结果。本发明基于单相机设计光学系统结构及其算法，无法计算检测物体表面法向量而产生的奇点问题，故增加一个相机以增加额外信息。双目结构下基于横、竖光栅条纹图像变形3D重建技术，将投影仪器与相机同步之后，正式开始投影条纹图案，左右相机启动外触发模式，采集变形条纹图案。经过图像预处理,解相位的过程就可以得到左右视图的相位图,然后进行基于相位进行匹配,再根据双目结构光系统事先标定的结果,计算出物点的三维坐标,最后处理点云信息完成三维重构。具体测量方法说明：结合图4，由于待测物体是镜面反射面板，具有特殊性，不能采用通常的成像方法进行拍摄。因为镜面反射面本身是不易观测的，我们仅能观测到由镜面物体反射出来的光线，所以通常的成像方法不能直接拍摄到待测物体的缺陷。基于数字投影条纹的方案正是利用了待测物体特殊的光学性质，将编码的数字条纹投射到待测物体上，再通过CCD相机15拍射经过物体表面高度信息调制过的变形条纹，解调后得到物体的高度信息。根据以上原理，使检测过程中面光源19上投影使用的正弦图像如图5所示；经由待测量物体反射后，CCD相机15拍摄得到相位图如图6所示；由以上CCD相机15拍摄得到的相位图，联合求解得到准确包含调制了物体高度变化信息的相位图，如图7所示；通过对CCD相机15拍摄的一系列相位图进行联合求解，排除了环境光线、待测物表面材质等因素的影响，得到了包含待测物准确高度信息的相位图。通过对图7包含的信息解析得到待测量物体的高度信息图，如图8所示。
通过上述具体实施例，本发明的有益效果是：本发明结构合理，基于单相机设计光学系统结构及其算法，无法计算检测物体表面法向量而产生的奇点问题，故采用双CCD相机15，增加一个相机以增加额外信息，不仅能够适用于平面玻璃屏的检测，还能针对3D曲面玻璃屏进行检测，同时采用数字投影条纹，通过CCD相机15拍射经过物体表面高度信息调制过的变形条纹，解调后得到物体的高度信息，实现三维外观缺陷检测。本发明具有操作简单，制造成本低，检测速度快，检测效果好等优点。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种3D曲面玻璃屏外观缺陷检测设备，其特征在于，包括机架、机台、CCD相机、面光源；所述机架外部设置有外壳，所述机台安装于所述机架内；在所述机台上设置有工位板；所述工位板表面涂覆有吸光层，在所述吸光层外表面设置有PET薄膜；所述CCD相机为两个，并列安装于所述工位板的上方；在所述CCD相机的一侧设置有所述面光源；所述面光源可转动地与所述机台固定。
2.根据权利要求1所述的3D曲面玻璃屏外观缺陷检测设备，其特征在于，所述CCD相机通过支撑柱和横柱安装于所述机台上；所述支撑柱为两个，竖直相对设置于所述机台上；在所述支撑柱上设置有凸形滑轨，所述凸形滑轨沿所述支撑柱长度方向设置；在所述凸形滑轨上设置有纵向滑块；所述纵向滑块的一端活动卡设于所述凸形滑轨上，在所述纵向滑块上设置有沿垂直所述凸形滑轨方向伸入所述纵向滑块的第一紧固螺杆；所述纵向滑块的另一端与所述横柱连接，所述横柱为横向设置的圆柱形，所述横柱连接两所述支撑柱上的所述纵向滑块；所述横柱可相对所述纵向滑块进行周向转动；在所述纵向滑块上设置有沿垂直所述横柱方向伸入所述纵向滑块的第二紧固螺杆；在所述横柱外套设有横向滑轨，所述横向滑轨沿所述横柱长度方向设置；在所述横向滑轨上活动安装有两个横向滑块；在所述横向滑块上设置有转台；在所述转台上安装有所述CCD相机。
3.根据权利要求2所述的3D曲面玻璃屏外观缺陷检测设备，其特征在于，在所述横向滑块上设置有沿垂直所述横向滑轨方向伸入所述横向滑块的第三紧固螺杆。
4.根据权利要求3所述的3D曲面玻璃屏外观缺陷检测设备，其特征在于，所述面光源通过光源支架固定于所述机台上；在所述光源支架上设置有横轴；所述横轴两端可转动地安装于所述光源支架上；所述面光源安装于所述横轴上；在所述光源支架上设置有沿垂直所述横轴方向伸入所述光源支架的第四紧固螺杆。
5.根据权利要求4所述的3D曲面玻璃屏外观缺陷检测设备，其特征在于，还包括电脑主机和显示器；所述电脑主机与所述显示器和CCD相机通过数据线连接。
6.根据权利要求5所述的3D曲面玻璃屏外观缺陷检测设备，其特征在于，所述工位板上安装有L形限位板；在所述机台上安装有第一气缸和第二气缸；所述第一气缸和所述第二气缸的输出轴运动方向分别与所述L形限位板的两边垂直；在所述第一气缸和所述第二气缸的输出轴前端安装有推板。
7.根据权利要求6所述的3D曲面玻璃屏外观缺陷检测设备，其特征在于，所述显示器悬挂安装于所述机架外部。
8.根据权利要求7所述的3D曲面玻璃屏外观缺陷检测设备，其特征在于，在所述机架前部设置有光栅。
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