CN108444949A - 基于激光漫散射的表面缺陷检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于激光漫散射的表面缺陷检测装置，包括激光器、扩束器、第一调整镜、第二调整镜、第三调整镜、八面棱镜、远心扫描透镜、内积分球、被测表面和第一光电传感器；所述第一调整镜、第二调整镜和第三调整镜依次设置于扩束器之后，所述八面棱镜设于第三调整镜上方，所述八面棱镜中心设有驱动轴，所述内积分球底部设有第一开口，上部设有第二开口，所述内积分球内设有第一光电传感器。本发明的基于激光漫散射的表面缺陷检测装置采用了激光扫描和散射检测技术，可在很短的时间内对一光滑表面进行检测并确定缺陷的具体位置，且可对缺陷图像进行初步处理，实现了可视化操作，具有扫描速度快、检测效率、精度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及激光检测技术领域，具体涉及基于激光漫散射的表面缺陷检测装置。
背景技术
随着科学技术的进步，很多繁琐复杂且重复性强的工作逐步由人工操作发展为机械化操作，即可避免人工操作中操作人员因某些因素造成的操作失误，将操作人员从繁复的工作中解放出来，还可提高工作效率和准确度，节约人力成本。
目前，除人力操作的对光滑表面的缺陷检测，还存在一些机械化的检测方式，比较有代表性且实用率较高的主要为基于Machine Vision(机器视觉)的光学检测方法，该方法可同时检测并确定缺陷的种类、尺寸等参数，但缺点是该方法需要全盘扫描被测表面，而根据经验发现，大部分被测表面是不存在缺陷的，即使有，其数量也是很少的，而基于机器视觉的检测方法必须对整个表面进行无区别的检测，因而，不管被测表面是否有缺陷，检测时间都是一样的，而且大部分时间是用在对无缺陷的表面进行图像采集和处理，这种无区别检测其分辨率及检测速度都较慢，通常检测和分析时间在几十秒到几分钟，无法满足高速高效的在线检测的需求。
发明内容
为克服现有技术中所存在的上述不足，本发明提供了基于激光漫散射的表面缺陷检测装置。该基于激光漫散射的表面缺陷检测装置可在很短的时间内对一光滑表面进行检测并确定缺陷的具体位置，且可对缺陷图像进行初步处理，以确定是点缺陷还是线状缺陷，提高了检测效率和准确度。
本发明技术方案：基于激光漫散射的表面缺陷检测装置，包括激光器、扩束器、第一调整镜、第二调整镜、第三调整镜、八面棱镜、远心扫描透镜、内积分球、被测表面和第一光电传感器；所述扩束器用于将激光器发射出的激光束直径扩大后，以平行光束输出；所述第一调整镜、第二调整镜和第三调整镜依次设置于扩束器之后，用以调整扩束器扩束后的激光束方向，使其射到八面棱镜上；所述八面棱镜设于第三调整镜上方，用于将第三调整镜反射的扩束后的激光再次反射，使之通过远心扫描透镜进入内积分球；所述八面棱镜中心设有驱动轴，检测时，八面棱镜随驱动轴定轴转动；所述内积分球底部设有第一开口，由远心扫描透镜射入的光束通过第一开口到达被测表面，经过反射再次进入内积分球；所述内积分球上设有第二开口，当被测表面没有缺陷时，反射光束直接通过第二开口离开；所述内积分球内设有第一光电传感器，用于精确测量由于被测表面上的缺陷引起的散射光。
与现有技术相比，本发明的基于激光漫散射的表面缺陷检测装置具有以下进步：
(1)检测速度快，检测效率高，可以实现高精度快速并且准确的扫描被测样品的表面散射情况，并在上位机中显示被测的样品的暗场情况；
(2)有差别扫描，针对性强，对于无缺陷被测样品检测速度快，对有缺陷样品检测速度慢，且可确定缺陷的种类和具体位置，准确度高。
(3)通用性强，适应各种被测表面。
作为优化，前述基于激光漫散射的表面缺陷检测装置中，所述第一开口呈圆形，直径大于扫描的长度。内积分球底的圆形开口长度大于扫描的长度，便于检测激光变换位置扫描被测表面时可顺利反射回内积分球，不遗漏检测位置。
作为优化，前述基于激光漫散射的表面缺陷检测装置中，所述第二开口呈长条状。从而，便于被测表面无缺陷时反射光通过长条形第二开口射出，不被第一光电传感器捕获，影响分析速度。
作为优化，前述基于激光漫散射的表面缺陷检测装置中，所述八面棱镜与第三调整镜之间设有第二光电传感器，用于检测从内积分球内散射穿过远心透镜的光和激光器反射来的光，测出光的强度。用户可以根据情况调整入射光强度和口径。
作为优化，前述基于激光漫散射的表面缺陷检测装置中，所述驱动轴由控制系统控制，可调节转速。定义所述八面棱镜旋转速度设为ω，被测表面的运动速度V，扫描光斑的大小为φ，其中所述被测表面的运动方向的垂直方向扫描时间T为T＝ω/(2π*8)，所述被测表面运动方向扫描速度为V＝φ/T，从以上公式可以计算出被测表面的运动速度V与八面棱镜的旋转速度ω之间的关系，从而根据控制系统对被测表面是否有缺陷的反馈，来调节被测表面的运动速度和八面棱镜的旋转速度。
附图说明
图1是本发明的基于激光漫散射的表面缺陷检测装置光路图；
图2是本发明的基于激光漫散射的表面缺陷检测装置的八面棱镜回转状态下的光路图；
图3是本发明的基于激光漫散射的表面缺陷检测装置的控制流程图。
附图标记：1-激光器；2-扩束器；3-第一调整镜；4-第二调整镜；5-第三调整镜；6-八面棱镜，61-驱动轴；7-远心扫描透镜；8-内积分球，81-第一开口，82-第二开口；9-被测表面；10-第一光电传感器；11-第二光电传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式(实施例)对本发明作进一步的说明，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，但并不作为对本发明限制的依据。
参见图1，本发明的基于激光漫散射的表面缺陷检测装置，包括激光器1、扩束器2、第一调整镜3、第二调整镜4、第三调整镜5、八面棱镜6、远心扫描透镜7、内积分球8、被测表面9和第一光电传感器10；所述扩束器2用于将激光器1发射出的激光束直径扩大后，以平行光束输出；所述第一调整镜3、第二调整镜4和第三调整镜5依次设置于扩束器2之后，用以调整扩束器2扩束后的激光束方向，使其射到八面棱镜6上；所述八面棱镜6设于第三调整镜5上方，用于将第三调整镜5反射的扩束后的激光再次反射，使之通过远心扫描透镜7进入内积分球8；所述八面棱镜6中心设有驱动轴61，检测时，八面棱镜6随驱动轴61做定轴转动(所述八面棱镜6转动会影响入射光到达远心扫描透镜7的角度和位置，根据射入远心扫描透镜7结构特点，无论入射光以何角度射向远心扫描透镜7，射出光束皆垂直于焦平面；由于射入光束的位置、口径的区别，射出光线的位置、口径会发生改变；调整八面棱镜6反射面与第三调整镜5反射面夹角可以改变扫描位置，但不会改变扫描角度)；所述内积分球8底部设有第一开口81，由远心扫描透镜7射入的光束通过第一开口81到达被测表面9，经过反射再次进入内积分球8；所述内积分球8上设有第二开口82，当被测表面9没有缺陷时，反射光束直接通过第二开口82离开；所述内积分球8内设有第一光电传感器10，用于精确测量由于被测表面9上的缺陷引起的散射光。
作为优化，所述第一开口81呈圆形，直径大于扫描的长度。内积分球8底的圆形开口长度大于扫描的长度，便于检测激光变换位置扫描被测表面9时可顺利反射回内积分球，不遗漏检测位置。
作为优化，所述第二开口82呈长条状，便于被测表面9无缺陷时反射光通过长条形第二开口82射出，不被第一光电传感器10捕获，影响分析速度。
参见图2，作为优化，所述八面棱镜6与第三调整镜5之间设有第二光电传感器11，用于检测从内积分球8内散射穿过远心透镜7的光和激光器1反射来的光，测出光的强度。用户可以根据情况调整入射光强度和口径。
作为优化，前述基于激光漫散射的表面缺陷检测装置，所述驱动轴61由控制系统控制，可调节八面棱镜6的转速。定义所述八面棱镜6旋转速度设为ω，被测表面9的运动速度V，扫描光斑的大小为φ，其中所述被测表面9的运动方向的垂直方向扫描时间T为T＝ω/(2π*8)，所述被测表面9运动方向扫描速度为V＝φ/T，从以上公式可以计算出被测表面9的运动速度V与八面棱镜6的旋转速度ω之间的关系，从而根据控制系统对被测表面9是否有缺陷的反馈，来调节被测表面9的运动速度和八面棱镜6的旋转速度。
使用本发明的基于激光漫散射的表面缺陷检测装置对被测表面9进行表面缺陷检测时：
(1)激光束从激光器1发出，经过扩束器2扩大平行直径；
(2)扩束后的光束通过第一调整镜3、第二调整镜4和第三调整镜5的反射，射向八面棱镜6；
(3)射向八面棱镜6光束经反射射向远心扫描透镜7；
(4)穿过远心扫描透镜7光线通过内积分球8下端第一开口81射向被测表面9；
(5)射向被测表面9的光束通过第一开口81反射回内积分球，八面棱镜6回转与被测表面9配合平移使完整扫描被测表面9，当被测表面9无缺陷时，反射光束从内积分球8上端第二开口82离开，不会被第一光电传感器10感应到；当被测表面9存在缺陷时，缺陷处反射光束产生漫反射，射入内积分球8内，经内部涂层反射后传输给第一光电传感器10，这种表面缺陷就会在一个暗场的背景下产生明显的亮斑，以展示缺陷的大小和形状；
(6)内积分球8内散射穿过远心透镜的光和激光器反射来的光都可以通过第二光电传感器11捕获，用以检测散射光与入射光强度，以调整入射光强度和口径。
参见图3，信号采集过程如下：所述基于激光漫散射的表面缺陷检测装置设有两个光电传感器，即第一光电传感器10和第二光电传感器11，所述第一光电传感器10安装在内积分球内壁上端，负责采集被测表面9有缺陷时检测光源散射产生的光信号，第二光电传感器11设置在传输光路中，负责采集入射光强度和反向通过远心扫描透镜7的散射光强度，两个信号由于模拟量幅度太小，需通过自制运放电路精确放大所需的数值(选择U1A-TLV2451以及U2A-TLV2451放大器并使用二级放大结构进行放大)，经放大的信号通过接线器输入A/D传感器进行模数转换，控制系统进行双通道信号采集，将采集到的信号进行处理后获得一个平面的扫描图像，将图像反馈给用户界面，用户界面通过对被测表面9的检测结果判断是否存在缺陷，以调整被测表面9的运行速度和八面棱镜的回转速度(改变扫描位置及频率)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.基于激光漫散射的表面缺陷检测装置，其特征在于：包括激光器(1)、扩束器(2)、第一调整镜(3)、第二调整镜(4)、第三调整镜(5)、八面棱镜(6)、远心扫描透镜(7)、内积分球(8)、被测表面(9)和第一光电传感器(10)；
所述扩束器(2)用于将激光器(1)发射出的激光束直径扩大后，以平行光束输出；
所述第一调整镜(3)、第二调整镜(4)和第三调整镜(5)依次设置于扩束器(2)之后，用以调整扩束器(2)扩束后的激光束方向，使其射到八面棱镜(6)上；
所述八面棱镜(6)设于第三调整镜(5)上方，用于将第三调整镜(5)反射的扩束后的激光再次反射，使之通过远心扫描透镜(7)进入内积分球(8)；
所述八面棱镜(6)中心设有驱动轴(61)，检测时，八面棱镜(6)随驱动轴(61)做定轴转动；
所述内积分球(8)底部设有第一开口(81)，由远心扫描透镜(7)射入的光束通过第一开口(81)到达被测表面(9)，经过反射再次进入内积分球(8)；所述内积分球(8)上设有第二开口(82)，当被测表面(9)没有缺陷时，反射光束直接通过第二开口(82)离开；所述内积分球(8)内设有第一光电传感器(10)，用于精确测量由于被测表面(9)上的缺陷引起的散射光。
2.根据权利要求1所述的基于激光漫散射的表面缺陷检测装置，其特征在于：所述第一开口(81)呈圆形，直径大于扫描的长度。
3.根据权利要求1所述的基于激光漫散射的表面缺陷检测装置，其特征在于：所述第二开口(82)呈长条状。
4.根据权利要求1所述的基于激光漫散射的表面缺陷检测装置，其特征在于：所述八面棱镜(6)与第三调整镜(5)之间设有第二光电传感器(11)，用于检测从内积分球(8)内散射穿过远心透镜(7)的光和激光器(1)反射来的光，测出光的强度。
5.根据权利要求1所述的基于激光漫散射的表面缺陷检测装置，其特征在于：所述驱动轴(61)由控制系统控制，可调节转速。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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