CN107764523A - 镜片镀膜视觉监控系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的镜片镀膜视觉监控系统,包括真空室，真空室的底部安装有电子束源和离子源，真空室顶部有工件旋转架，工件旋转架的下端设有球面工件盘，球面工件盘上设有若干个镜片安装孔，球面工件盘的顶部中心设有观察孔，观察孔上方装有光学测试片，光学测试片的上方设置有滤光镜，滤光镜的上方设有彩色相机和反射光源，彩色相机连接有图像采集与分析系统，图像采集与分析系统连接有膜厚沉积控制系统，膜厚沉积控制系统包括膜厚控制器，膜厚控制器与电子束源连接。本发明将薄膜工艺过程中的监控基准实现标准化，使得产品的透光率、颜色和硬度等指标都能可靠、精确、稳定地控制在较小偏差范围内，解决人为监测和人为控制节点的偏差问题，解放人力。

Description

镜片镀膜视觉监控系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种镜片镀膜视觉监控系统及其使用方法，属于光学镜片镀膜技术领域。

背景技术

加膜是镜片质量和特性的一个重要指标。对于眼用树脂镜片来说，主要的光学薄膜有加硬膜、减反射膜（增透膜）、抗污膜（防水膜）、抗辐射膜、偏振膜、防雾膜和分光膜等。

目前的镀膜材料通过加热（如电子束加热和电阻加热等）形成气态分子或分子团，经过无碰撞传输，在镜片表面形成牢固结合的薄膜，光线入射薄膜时由于光的干涉原理使得光学性能发生改变。常见的镀膜工艺的主要流程为镜片上盘、镀前烘箱 、工件上盘、镀膜操作（人为视觉监测成膜过程和控制关键节点）、镀膜完除霜排气、开门换盘。而在镀膜完成后产品销售给最终用户前，需要对镜片的质量，耐用性等进行测试，检测的三大要素是：透过率，颜色和硬度。目前的镀膜工艺以及质量检测存在以下问题，首先设备稳定性差且不能实现自动化成膜工艺，目前都是人工操作和控制成膜过程中的关键节点，而人眼观测、判断和控制节点其精确度不高而偏差较大，导致成膜结果膜色偏差率在5～12%左右，同时在产品质量检测时，其最终结果也靠人工来对比判定，最终产品的透过率的稳定性不能保障、产品的颜色重复性不能保障、产品的硬度也差别较大。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有镀膜工艺以及检测工艺存在的缺陷，提供一种镜片镀膜视觉监控系统及其使用方法，将薄膜工艺过程中的监控基准实现标准化，使得产品的透光率、颜色和硬度等指标都能可靠、精确、稳定地控制在较小偏差范围内，解决人为监测和人为控制节点的偏差问题，解放人力。

为解决上述问题，本发明提供一种镜片镀膜视觉监控系统，包括真空室，所述真空室的底部安装有电子束源和离子源，所述真空室顶部布置有工件旋转架，所述工件旋转架的下端设有球面工件盘，所述球面工件盘上设有若干个镜片安装孔，所述球面工件盘的顶部设有观察孔，所述观察孔上方装有光学测试片，所述光学测试片的上方设置有滤光镜，所述滤光镜的上方设有彩色相机和反射光源，所述彩色相机连接有图像采集与分析系统，所述图像采集与分析系统连接有膜厚沉积控制系统，所述膜厚沉积控制系统包括膜厚控制器，所述膜厚控制器与所述电子束源连接。

进一步，所述球面工件盘的所述观察孔上方设有图像捕获系统，所述图像捕获系统包括相机真空室，所述相机真空室内安装有所述彩色相机和所述反射光源，所述相机真空室的底部安装有所述滤光镜以及相机真空室下盖，所述相机真空室的顶部安装有相机真空室上盖，所述相机真空室外安装有相机冷却体，所述相机冷却体的底部依次安装有光学测试片上防护板、光学测试片旋转盘和光学测试片下防护板，所述光学测试片旋转盘的外圆周上设有传动齿，所述光学测试片安装在所述光学测试片旋转盘上，所述相机真空室上盖上设有数据真空接头，所述彩色相机以及所述反射光源通过所述数据真空接头与所述图像采集与分析系统相连接，所述图像捕获系统的上部安装有步进电机，所述步进电机通过设有小齿轮的光学测试片转轴与所述光学测试片转盘传动连接。

进一步，所述反射光源为均匀光质量聚光镜头，并在其发光部位设有光源不扩散板。为使得所述光学测试片表面全部影像满足均匀性采集；所述反射光源必须持续满足定量均匀光量，特别是内部结构实现散热功能和加装有直径20mm、长度50mm、焦距55mm的聚光镜头。所述反射光源控制可以通过基本通讯控制规则RS-232接口或者RS-485算法应用。

进一步，所述步进电机与所述真空室之间采用磁流体密封。

进一步，所述相机真空室与所述滤光镜以及所述相机真空室上盖之间均设有氟胶密封圈，所述数据真空接头与所述相机真空室上盖之间也设有氟胶密封圈。以保证所述相机真空体完全保护在真空压力之外，满足24小时延续稳定采集图像。

进一步，所述相机真空室和所述相机冷却体均为铝制，可以提高散热效果，保障稳定采集图像。

进一步，所述相机冷却体的外壁上设有冷却管，所述冷却管中通有循环冷却水，在循环冷却水的作用下可以保证所述彩色相机工作在60摄氏度以下，保障稳定采集图像。

本发明还提供上述镜片镀膜视觉监控系统的使用方法：

第一步：在所述球面工件盘上的所述镜片安装孔中安装待镀膜镜片，所述光学测试片转盘上安装所述光学测试片，在所述电子束源中添加镀膜材料氧化物；

第二步：关上所述真空室并抽真空；

第三步：在所述离子源中注入氩气，使氩气与阴极电子发生反应，将氩气转换成氩气和阳离子形态，在阳极排斥力作用下向所述待镀膜镜片飞速移动实现对所述待镀膜镜片表面和所述光学测试片表面的清洁和刻蚀；

第四步：所述镀膜材料氧化物在所述电子束源中加热气化后，沉积在所述待镀膜镜片和所述光学测试片表面；

第五步：在第四步的同时，所述反射光源照射在所述光学测试片表面产生的反射光由所述彩色相机捕获并传递给所述图像采集与分析系统；

第六步，所述图像采集与分析系统将捕获的图像与预先设定的标准图像对比，并通过所述膜厚沉积控制系统控制所述电子束源的开关以及所述球面工件盘的旋转。

进一步，第五步中，所述彩色相机的帧频为20fps，第六步中所述图像采集与分析系统在进行图像对比之前，先从实时采集的图像中抽出颜色最稳定的位置，通过过滤R.G.B数据清除杂色，提高控制精度。

进一步，第六步中，当捕获的图像与预先设定的标准图像对比达到要求时，控制所述电子束源关闭，并停止所述球面工件盘的旋转。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明所提供的镜片镀膜视觉监控系统采用彩色相机对镀膜过程进行实时采集，并利用图像处理与分析技术实现了对镀膜效果的判别与镀膜过程的控制，不仅比以往肉眼判定更加准确，而且对肉眼难以识别的颜色范围也能实现准确判定，实现对眼镜镜片的正反面颜色偏差的精确控制。将薄膜工艺过程中的监控基准实现标准化，使得产品的透光率、颜色和硬度等指标都能可靠、精确、稳定地控制在较小偏差范围内，解决人为监测和人为控制节点的偏差问题，解放人力。

附图说明

图1是本发明实施例的原理示意图；

图2 为本发明实施例的部分结构示意图；

图3为本发明实施例的图像捕获系统的爆炸图；

图4为本发明实施例的球面工件盘三维图；

图5为本发明实施例的光学测试片俯视图；

图6为本发明实施例的图像捕获系统三维图；

图中：100为彩色相机、110为光学测试片下防护板、120为光学测试片、130为滤光镜、140为反射光源、150为光学测试片旋转盘、160为光学测试片上防护板、170为相机真空室下盖、180为小齿轮、190为相机真空室上盖、200为相机真空室、210为相机冷却体、211为冷却管、220为光学测试片转轴、310为数据真空接头、320为步进电机、400为电子束源、410为球面工件盘、411为镜片安装孔、412为观察孔、430为工件旋转架、440为离子源、500为真空室、800为图像采集与分析系统、810为膜厚沉积控制系统、820为膜厚控制器、900为图像捕获系统。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

产品实施例

如图1至图5所示：一种镜片镀膜视觉监控系统, 包括真空室500，所述真空室500的底部安装有电子束源400和离子源440，所述真空室500顶部正对所述电子束源400的位置布置有工件旋转架430，所述工件旋转架430的下端设有球面工件盘410，所述球面工件盘410上设有若干个镜片安装孔411，所述球面工件盘410的顶部中心设有观察孔412，所述观察孔412上方装有光学测试片120，所述光学测试片120的上方设置有滤光镜130，所述滤光镜130的上方设有彩色相机100和反射光源140，所述彩色相机100连接有图像采集与分析系统800，所述图像采集与分析系统800连接有膜厚沉积控制系统810，所述膜厚沉积控制系统810包括膜厚控制器820，所述膜厚控制器820与所述电子束源400连接。

如图5所示，所述球面工件盘410的所述观察孔412上方设有图像捕获系统900，所述图像捕获系统900包括相机真空室200，所述相机真空室200内安装有所述彩色相机100和所述反射光源140，所述相机真空室200的底部安装有所述滤光镜130以及相机真空室下盖170，所述相机真空室200的顶部安装有相机真空室上盖190，所述相机真空室200外安装有相机冷却体210，所述相机冷却体210的底部依次安装有光学测试片上防护板160、光学测试片旋转盘150和光学测试片下防护板110，所述光学测试片旋转盘150的外圆周上设有传动齿，所述光学测试片120安装在所述光学测试片旋转盘150上，所述相机真空室上盖190上设有数据真空接头310，所述彩色相机100以及所述反射光源140通过所述数据真空接头310与所述图像采集与分析系统800相连接，所述图像捕获系统900的上部安装有步进电机320，所述步进电机320通过设有小齿轮180的光学测试片转轴220与所述光学测试片转盘150传动连接。

所述反射光源140为均匀光质量聚光镜头，并在其发光部位设有光源不扩散板。

所述步进电机320与所述真空室500之间采用磁流体密封。

所述相机真空室200与所述滤光镜130以及所述相机真空室上盖190之间均设有氟胶密封圈，所述数据真空接头310与所述相机真空室上盖190之间也设有氟胶密封圈。

所述相机真空室200和所述相机冷却体210均为铝制。

如图6所示，所述相机冷却体（210）的外壁上设有冷却管（211），为了视图更加清楚，图5中省略了所述冷却管（211）。

使用方法：

上述镜片镀膜视觉监控系统的使用方法：

第一步：在所述球面工件盘410上的所述镜片安装孔411中安装待镀膜镜片，所述光学测试片转盘150上安装所述光学测试片120，在所述电子束源400中添加镀膜材料氧化物；

第二步：关上所述真空室500并抽真空；

第三步：在所述离子源440中注入氩气，使氩气与阴极电子发生反应，将氩气转换成氩气和阳离子形态，在阳极排斥力作用下向所述待镀膜镜片飞速移动实现对所述待镀膜镜片表面和所述光学测试片120表面的清洁和刻蚀；

第四步：所述镀膜材料氧化物在所述电子束源400中加热气化后，沉积在所述待镀膜镜片和所述光学测试片120表面；

第五步：在第四步的同时，所述反射光源140照射在所述光学测试片120表面产生的反射光由所述彩色相机100捕获并传递给所述图像采集与分析系统800；

第六步，所述图像采集与分析系统800将捕获的图像与预先设定的标准图像对比，并通过所述膜厚沉积控制系统810控制所述电子束源400的开关以及所述球面工件盘410的旋转。

第五步中，所述彩色相机100的帧频为20fps，第六步中所述图像采集与分析系统800在进行图像对比之前，先从实时采集的图像中抽出颜色最稳定的位置，通过过滤R.G.B数据清除杂色，提高控制精度。

第六步中，当捕获的图像与预先设定的标准图像对比达到要求时，控制所述电子束源400关闭，并停止所述球面工件盘410的旋转。

工作原理：工作时所述工件旋转架430根据镀膜工艺设定速度匀速旋转，满足镜片表面成膜均匀，通过所述电子束源400蒸发沉积的镀膜材料氧化物附着在所述球面工件盘410上的镜片表面，同时附着在所述真空室500上端中心位置安装的所述光学测试片120表面；利用所述滤光镜130防止内部污染，保护所述彩色相机100与所述反射光源140不受所述真空室500环境的影响，包括在高真空环境下不受影响而正常运行；利用所述反射光源140照射在所述光学测试片120表面创造反射，再由中心垂直安装的所述彩色相机100采集图像，采集的图像中通过过滤，将颜色波形中抽出R,G,B (Red, Green, Blue)三色，再通过所述图像采集与分析系统800进行过滤杂声，在分析固有波形，以此构成镜片表面的反射率和颜色控制的计算算法，通过比较所述膜厚沉积控制系统810的程序里设置的膜色信息与所述图像采集与分析系统800传送的图像信息，直接控制镀膜过程

所述图像采集与分析系统800可以包含多个所述图像捕获系统900，并与多个所述膜厚沉积控制系统810通讯。并可通过键盘与鼠标输入数据，可以与显示屏同步数据显示，远程控制和调整。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种镜片镀膜视觉监控系统, 包括真空室（500），所述真空室（500）的底部安装有电子束源（400）和离子源（440），其特征在于：所述真空室（500）顶部布置有工件旋转架（430），所述工件旋转架（430）的下端设有球面工件盘（410），所述球面工件盘（410）上设有若干个镜片安装孔（411），所述球面工件盘（410）的顶部设有观察孔（412），所述观察孔（412）上方装有光学测试片（120），所述光学测试片（120）的上方设置有滤光镜（130），所述滤光镜（130）的上方设有彩色相机（100）和反射光源（140），所述彩色相机（100）连接有图像采集与分析系统（800），所述图像采集与分析系统（800）连接有膜厚沉积控制系统（810），所述膜厚沉积控制系统（810）包括膜厚控制器（820），所述膜厚控制器（820）与所述电子束源（400）连接。

2.根据权利要求1所述的一种镜片镀膜视觉监控系统，其特征在于：所述球面工件盘（410）的所述观察孔（412）上方设有图像捕获系统（900），所述图像捕获系统（900）包括相机真空室（200），所述相机真空室（200）内安装有所述彩色相机（100）和所述反射光源（140），所述相机真空室（200）的底部安装有所述滤光镜（130）以及相机真空室下盖（170），所述相机真空室（200）的顶部安装有相机真空室上盖（190），所述相机真空室（200）外安装有相机冷却体（210），所述相机冷却体（210）的底部依次安装有光学测试片上防护板（160）、光学测试片旋转盘（150）和光学测试片下防护板（110），所述光学测试片旋转盘（150）的外圆周上设有传动齿，所述光学测试片（120）安装在所述光学测试片旋转盘（150）上，所述相机真空室上盖（190）上设有数据真空接头（310），所述彩色相机（100）以及所述反射光源（140）通过所述数据真空接头（310）与所述图像采集与分析系统（800）相连接，所述图像捕获系统（900）的上部安装有步进电机（320），所述步进电机（320）通过设有小齿轮（180）的光学测试片转轴（220）与所述光学测试片转盘（150）传动连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种镜片镀膜视觉监控系统，其特征在于：所述反射光源（140）为均匀光质量聚光镜头，并在其发光部位设有光源不扩散板。

4.根据权利要求2所述的一种镜片镀膜视觉监控系统，其特征在于：所述步进电机（320）与所述真空室（500）之间采用磁流体密封。

5.根据权利要求2所述的一种镜片镀膜视觉监控系统，其特征在于：所述相机真空室（200）与所述滤光镜（130）以及所述相机真空室上盖（190）之间均设有氟胶密封圈，所述数据真空接头（310）与所述相机真空室上盖（190）之间也设有氟胶密封圈。

6.根据权利要求2所述的一种镜片镀膜视觉监控系统，其特征在于：所述相机真空室（200）和所述相机冷却体（210）均为铝制。

7.根据权利要求2所述的一种镜片镀膜视觉监控系统，其特征在于：所述相机冷却体（210）的外壁上设有冷却管（211）。

8.根据权利要求1至7任意一项所述一种镜片镀膜视觉监控系统的使用方法，其特征在于：

第一步：在所述球面工件盘（410）上的所述镜片安装孔（411）中安装待镀膜镜片，所述光学测试片转盘（150）上安装所述光学测试片（120），在所述电子束源（400）中添加镀膜材料氧化物；

第二步：关上所述真空室（500）并抽真空；

第三步：在所述离子源（440）中注入氩气，使氩气与阴极电子发生反应，将氩气转换成氩气和阳离子形态，在阳极排斥力作用下向所述待镀膜镜片飞速移动实现对所述待镀膜镜片表面和所述光学测试片（120）表面的清洁和刻蚀；

第四步：所述镀膜材料氧化物在所述电子束源（400）中加热气化后，沉积在所述待镀膜镜片和所述光学测试片（120）表面；

第五步：在第四步的同时，所述反射光源（140）照射在所述光学测试片（120）表面产生的反射光由所述彩色相机（100）捕获并传递给所述图像采集与分析系统（800）；

第六步，所述图像采集与分析系统（800）将捕获的图像与预先设定的标准图像对比，并通过所述膜厚沉积控制系统（810）控制所述电子束源（400）的开关以及所述球面工件盘（410）的旋转。

9.根据权利要求8所述一种镜片镀膜视觉监控系统的使用方法，其特征在于：

第五步中，所述彩色相机（100）的帧频为20fps，第六步中所述图像采集与分析系统（800）在进行图像对比之前，先从实时采集的图像中抽出颜色最稳定的位置，通过过滤R.G.B数据清除杂色，提高控制精度。

10.根据权利要求9所述一种镜片镀膜视觉监控系统的使用方法，其特征在于：第六步中，当捕获的图像与预先设定的标准图像对比达到要求时，控制所述电子束源（400）关闭，并停止所述球面工件盘（410）的旋转。