CN107421966B - 用于检测透明物中的缺陷的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于检测透明物中的缺陷的方法和设备。使用低成本且节约空间的光学尺寸测量设备来以非接触方式进行测量以避免损坏检查对象以及避免感官检查，从而实现对透明产品中的缺陷的定量的、高灵敏度的检查。解决方式：将待检透明物(玻璃板6、透镜8)设置在彼此相对配置的发光部(20、120)和光接收部(60、160)之间。基于穿过设置在透明物(6、8)和光接收部(60、160)之间的遮光物(针规100、光学格子110)并入射至光接收部(60、160)的光线(平行扫描光束51、平行光线151)的变化，检测出由透明物(6、8)中的缺陷(6a)所引起的光路的变化。

Description

用于检测透明物中的缺陷的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于检测透明物中的缺陷的方法和装置。特别地，本发明涉及一种使用现有光学尺寸测量设备来检测诸如玻璃板或者透镜等的透明产品中的缺陷的方法和装置。
背景技术
例如，专利文献1所公开的使用多个光源的技术、专利文献2所公开的用于检测缺陷所引起的偏转或者偏光的技术、使用激光干涉仪的技术、以及诸如专利文献3和4所公开的使用轮廓形状测量设备的技术，均可被作为用于检查诸如玻璃板或者透镜等的玻璃制品或者透明塑料制品中的缺陷的技术。
另外，本发明的申请人所提出的专利文献5和6所公开的激光扫描式尺寸测量设备(还被称为“激光扫描测微仪”)和专利文献7所公开的图像传感器式尺寸测量设备(还被称为“图像传感器式测微仪”)，是可被用来对测量对象中的孔径所用的针规(pin gage)或者塞规(plug gage)的外径进行测量的光学尺寸测量设备的示例。
此外，在专利文献8中，本发明的申请人提出了一种用于使用上述激光扫描式尺寸测量设备来测量透明物的技术。
文献列表
专利文献
专利文献1：WO 2010/133341A1
专利文献2：EP 2253949A1
专利文献3：日本未审查专利申请特开2002-131041A
专利文献4：日本未审查专利申请特开2003-156326A
专利文献5：日本专利4162426B
专利文献6：日本专利4191953B
专利文献7：日本专利5507879B
专利文献8：日本未审查专利申请特开H09-138115A
发明内容
发明要解决的问题
然而，例如，专利文献1和2所公开的技术必须被整合在玻璃板生产线中，因此不节约空间并且成本高。
另外，当使用激光干涉仪时，通常通过使用照相机(或者通过眼睛)的观察来评价缺陷。这仅是感官检查而不是定量的。另外，该技术成本高，并且不节约空间。
此外，轮廓形状测量设备进行基于接触的测量，其问题在于例如可能损坏检查对象。
专利文献5～7所公开的光学尺寸测量设备能够进行非接触测量。这类装置在过去已被用于测量透明物，如专利文献8所述，然而，没有考虑使用这类装置来检查透明物。
为了解决上述过去的问题，实现本发明以使用低成本且节约空间的光学尺寸测量设备来以非接触方式进行测量以避免损坏检查对象并避免感官检查，从而实现对透明产品中的缺陷的定量的、高灵敏度的检查。
用于解决问题的方案
本发明使用用于检测透明物中的缺陷的方法来解决上述问题。该方法包括：将要检查的透明物设置在彼此相对配置的发光部和光接收部之间；以及基于穿过被设置在所述透明物和所述光接收部之间的遮光物并入射至所述光接收部的光线的变化，来检测由所述透明物中的缺陷所引起的光路的变化。
这里，可以使用激光扫描式尺寸测量设备，其中，发光部在测量方向上扫描激光束，以及光接收部对所扫描的激光束进行会聚和检测。
另外，可以使用图像传感器式尺寸测量设备，其中，发光部发射线状光线，以及光接收部直接接收该线状光线。
另外，遮光物可以是在测量方向上被扫描的针规。
另外，遮光物可以是具有以小于透明物中的缺陷的间隔分布的明暗区域的固定光学格子。
另外，透明物可以是透镜。
本发明还提供一种用于检测透明物中的缺陷的装置，所述装置包括：发光部；光接收部，其与所述发光部相对设置；以及遮光物，其设置在所述发光部和所述光接收部之间，其中，所述装置被配置成：基于穿过所述遮光物并入射至所述光接收部的光线的变化，来检测由要检查的透明物中的缺陷所引起的光路的变化，以及所述透明物被配置在所述发光部和所述光接收部之间。
这里，该装置可以为激光扫描式，其中，发光部包括在测量方向上扫描激光束的扫描器，以及光接收部包括使扫描的激光束会聚的聚光器。
另外，该装置可以为图像传感器式，其中，发光部包括发射线状光线的发射器，以及光接收部包括直接接收线状光线的接收器。
另外，遮光物可以是在测量方向上被扫描的针规。
另外，遮光物可以是具有以小于透明物中的缺陷的间隔分布的明暗区域的固定光学格子。
另外，透明物可以是透镜，并且该装置可以包括具有与透镜的形状相对应的形状的光学元件。
发明的效果
根据本发明，能够使用低成本且节约空间的光学尺寸测量设备来以非接触方式进行测量以避免损坏检查对象以及避免感官检查，从而对透明产品中的缺陷进行定量的、高灵敏度的检查。
附图说明
图1是示出本发明可以使用的激光扫描式光学尺寸测量设备的结构的示例的框图。
图2是示出本发明第一实施例中的主要部件的结构的截面图。
图3是示出第一实施例中的缺陷检测的原理的截面图。
图4A和4B是用于比较在第一实施例中由存在/不存在缺陷所引起的外径测量值的变化的示例的线图。
图5是示出第一实施例中使用激光干涉仪所观察到的具有缺陷的检查对象的图像的图。
图6是示出本发明第二实施例的主要部件的配置的截面图。
图7是示出本发明第三实施例的主要部件的配置的截面图。
图8是示出本发明可以使用的图像传感器式光学尺寸测量设备的主要部件的配置的示例的框图。
附图标记列表
4 测量对象
6 玻璃板(待检玻璃)
6a 缺陷
8 透镜(待检透镜)
20、120 发光部
32、132 激光源
44 多面镜
45 扇形扫描光束
50、150 准直透镜
51 平行扫描光束
60、160 光接收部
62 聚光透镜
64 光接收装置
100 针规
102 针规驱动机构
104 光学元件
110 光学格子
133 扇形光束
151 平行光束
164 图像传感器
具体实施方式
下面参考附图，详细说明本发明的实施例。注意，本发明并非旨在局限于以下实施例和示例中所述的内容。下面的实施例和示例中所述的构件包括本技术领域的技术人员可以容易地想到的元件、与其大体相同的元件以及在范围上被称为其等同物的元件。此外，下面的实施例和示例所公开的构件可被适当组合、或者可以适当选择使用。
首先，作为本发明可以使用的光学尺寸测量设备的示例，说明诸如本发明的申请人在专利文献5、6或者8中所公开的激光扫描式尺寸测量设备等。
如图1所示配置该激光扫描式尺寸测量设备。发光部20包括：发光单元30和扫描部40，其中，发光单元30包括发射激光束33的激光源(例如，激光二极管LD)32以及激光驱动器34，扫描部40包括反射激光束33的反射镜42、产生扇形扫描光束45的多面镜44、转动多面镜44的电动机46、电动机驱动器48、将扇形扫描光束45改变成平行扫描光束51的准直透镜50和用于在测量范围以外生成参考信号的光接收装置52。
光接收部60接收穿过测量对象4的平行扫描光束51。光接收部60包括用于使平行扫描光束51会聚的聚光透镜62、测量信号用光接收装置64和放大器66。
控制器70控制发光部20和光接收部60来获得测量值。控制器70包括CPU72、主总线74、输入/输出电路76、键盘78、存储单元80、随机存取存储器(RAM)82、时钟电路84、电动机同步电路86、从光接收部60所输出的测量信号中检测边缘的边缘检测电路88、用于计数边缘之间的时钟信号以及获得测量值的门电路90和计数器92、以及用于根据参考信号来复位测量的复位电路94。
换句话说，从激光源32所发射的激光束33通过反射镜42被反射，入射至多面镜44，并且然后被改变成扇形扫描光束45。然后，扇形扫描光束45通过准直透镜50被转换成平行扫描光束51。被置于平行扫描光束51的光路内的测量对象4部分遮挡的平行扫描光束51通过聚光透镜62会聚，然后入射至检测光束的亮度的测量信号用光接收装置64。从光接收装置64所输出的测量信号通过放大器66放大。然后，边缘检测电路88提取表示明暗区域之间的边界的边缘信号，并且然后将该测量信号输入至门电路90，其选择用于测量的区域。
用于生成参考信号的光接收装置52设置在用于扇形扫描光束45的准直透镜50附近。将通过光接收装置52获得的、表示开始扫描的参考信号输入至复位电路94。
经由电动机同步电路86将从时钟电路84输出的时钟脉冲输入至用于驱动多面镜44的电动机46，以确保与电动机46的转动同步。该时钟脉冲还输入至门电路90，并且仅当通过边缘检测电路88打开门电路90时、才通过门电路90。将通过门电路90的时钟脉冲输入至计数器92，并且根据与测量对象4的阴影的长度相对应的时钟脉冲数来获得测量对象4的尺寸。
在使用这类激光扫描式尺寸测量设备实现本发明的情况下，在主要部件在图2中示意性示出的第一实施例中，将诸如玻璃板(被称为“待检玻璃”)6等的检查对象设置在平行扫描光束51中。此外，例如，还将针规(还称为“塞规”)100设置在待检玻璃6和光接收部60之间，并且通过针规驱动机构102与待检玻璃6的表面平行地移动针规100。
这里，当平行扫描光束51穿过待检玻璃6时，如图3所示，由于待检玻璃6中的缺陷6a而发生诸如折射和衍射等的现象。结果，来自针规100的外径测量值变化，这样使得能够检测待检玻璃6中的缺陷6a。
具体地，如图3所示，在垂直方向上移动针规100，并且在各针规位置Z处获得针规的外径测量值。如图3所示，当针规100的上端和下端与待检玻璃6中的缺陷6a的位置相交时，该外径测量值变化。因此，能够根据针规外径的测量值的变化，来确认待检玻璃6中是否存在缺陷6a。
图4A示出在配置没有缺陷的玻璃板时，使用4mm直径针规的针规的外径测量值的变化的示例。另一方面，图4B示出在配置具有缺陷的玻璃板时，该针规的外径测量值的变化的示例。比较图4A和4B，清楚可见，外径测量值在存在缺陷的针规位置Z处变化。
图5是与图4B所示状态相对应的、使用激光干涉仪所观察到的图像。通过图5，很清楚，在玻璃的中心区域存在缺陷，并且外径测量值在与该缺陷相对应的针规位置处变化。
尽管上述实施例说明了作为玻璃板的检查对象，但是本发明不局限于应用于此，并且还可被应用于对透镜的检查。
图6示出将本发明应用于对透镜的检查的第二实施例。在本实施例中，假定检查对象是诸如凸透镜等的透镜(被称为“待检透镜”)8，并且在平行扫描光束51中的针规100和检查对象之间、将光学装置104(由于在该图中，待检透镜8是凸透镜，因而光学装置104是与待检透镜8的形状相对应的凹透镜)配置在座106上，从而使得穿过待检透镜8的平行扫描光束51到达光接收装置64。
其它配置与第一实施例中的相同，因此省略对其的说明。
通过以该方式添加光学装置104，可以使得穿过待检透镜8的光到达光接收装置64，这样使得能够以与第一实施例相同的方式来检测缺陷。
注意，在待检透镜8是凹透镜的情况下，可以使用凸透镜作为光学装置104。根据透镜的形状，还可以省略光学装置104。
尽管上述实施例说明了在测量方向上(在这些附图中，在垂直方向上)移动针规100，但是遮光物不局限于针规。例如，可以将具有以小于待检玻璃6中的缺陷的间隔分布的明暗区域的光学格子(optical grid)110配置在座112上并使用，如图7所示的第三实施例所示。在这种情况下，没有必要以与针规一样的方式来移动格子，这样提供更简单的配置。
上述实施例将本发明描述为使用诸如专利文献5、6和8所公开的激光扫描式尺寸测量设备等来实现。然而，用于实现本发明的光学尺寸测量设备不局限于此。例如，可以以相同方式应用诸如专利文献7所公开的图像传感器式尺寸测量设备等。如图8所示，在该装置中，发光部120包括发射扇形光线133的激光源132和将扇形光线133改变成平行光线151的准直透镜150，并且光接收部160包括诸如CCD等的一维图像传感器164。
在图8所示的示例中，不需要集成发光部120和光接收部160。
在使用激光扫描式尺寸测量设备的情况下，检查对象优选为10～300mm。然而，例如，在检查约1000mm的大的薄膜或者玻璃板时，也可以应用该装置。
尽管上述实施例说明了作为玻璃的检查对象，但是检查对象不局限于此，并且本发明还可以被广泛应用于透明塑料。

Claims (12)

1.一种用于检测透明物中的缺陷的方法，该方法包括以下步骤：
将要检查的透明物设置在彼此相对配置的发光部和光接收部之间；
在所述透明物与所述光接收部之间配置遮光物；
在与所述透明物的表面平行地移动所述遮光物的同时测量所述遮光物的外径测量值；以及
基于所述遮光物的外径测量值的变化，来检测由所述透明物中的缺陷所引起的光路的变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，还包括：使用激光扫描式尺寸测量设备，
其中，所述发光部在测量方向上扫描激光束，以及
所述光接收部对所扫描的激光束进行会聚和检测。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，还包括：使用图像传感器式尺寸测量设备，
其中，所述发光部发射线状光线，以及
所述光接收部直接接收所述线状光线。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其中，
所述遮光物是在测量方向上被扫描的针规。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其中，
所述遮光物是具有以小于所述透明物中的缺陷的间隔进行分布的明暗区域的固定光学格子。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其中，
所述透明物是透镜。
7.一种用于检测透明物中的缺陷的装置，所述装置包括：
发光部；
光接收部，其与所述发光部相对设置；以及
遮光物，其设置在所述透明物和所述光接收部之间，
其中，所述装置被配置成：在与所述透明物的表面平行地移动所述遮光物的同时测量所述遮光物的外径测量值，基于所述遮光物的外径测量值的变化，来检测由要检查的透明物中的缺陷所引起的光路的变化，以及
所述透明物被配置在所述发光部和所述光接收部之间。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，
所述发光部包括扫描器，所述扫描器用于在测量方向上扫描激光束，以及
所述光接收部为激光扫描式，其包括用于使所扫描的激光束会聚的聚光器。
9.根据权利要求7所述的装置，其中，
所述装置为图像传感器式，
所述发光部包括用于发射线状光线的发射器，以及
所述光接收部包括用于直接接收所述线状光线的接收器。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的装置，其中，
所述遮光物是在测量方向上被扫描的针规。
11.根据权利要求7～9中任一项所述的装置，其中，
所述遮光物是具有以小于所述透明物中的缺陷的间隔进行分布的明暗区域的固定光学格子。
12.根据权利要求7～9中任一项所述的装置，其中，
所述透明物是透镜，以及
所述装置还包括具有与所述透镜的形状相对应的形状的光学元件。
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