CN109283197A - 透明板材表面及内部瑕疵的检测方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种透明板材表面及内部瑕疵的检测方法及检测装置。检测方法为：利用内全反射光原理，仅将光源发出的光线以大于临界角的方向导入待测透明板材，使得光线只能在透明板材的上表面和下表面之间形成多次内全反射，由感光单元捕捉透明板材影像，如捕捉到有光点或光线，即判断为透明板材有瑕疵；如捕捉到的是全黑影像，即判断为透明板材无瑕疵。检测装置包括载片装置、感光单元、光源和监控电脑。载片装置用于运送待测透明板材到感光单元下方的检测位置，感光单元用于捕捉透明板材的影像并将影像信号输送给监控电脑。本发明检测准确性高，检测方法简单有效且易于实施，检测条件易于规范化，有利于透明板材瑕疵检测的规范化和标准化。

Description

透明板材表面及内部瑕疵的检测方法及检测装置

技术领域

本发明涉及一种透明材质的检测方法，尤其涉及一种透明板材表面及内部瑕疵的检测方法及检测装置。

背景技术

手机盖板玻璃是透明板材中的一种存在形式，盖板玻璃的生产有着严格的流程：包括CNC、钢化、抛光、丝印、镀膜、清洁等环节。而每一个生产环节都涉及玻璃质量检测，工序多达10余道。目前几乎所有的流程都是人工检测。手机盖板玻璃的一些表面缺陷检测的类型主要包括崩边检测、手机裂缝检测、玻璃渣、气泡、手指纹、水迹、水印等检测、手机划痕检测、脏污检测、牙边检测、玻璃划痕检测、丝印不良检测等，目前手机盖板玻璃生产厂家有超过25％的人员在进行盖板玻璃的人工检测，造成大量的人力成本，并且不能有效保证质检的一致性。总之，目前针对透明板材的检测，人工检测抽检合格率低、准确性不高、因人而异，而且实时性差、效率低、劳动强度大、受人工经验和主观因素的影响大。另一方面，质量检测时需要工人们长时间在强光下观察玻璃外观，造成检测人员视力的损伤。

如果应用得当，基于机器视觉检测方法可以很大程度上克服上述弊端。但目前机器视觉检测仍然基于人工检测方法，因而仍然带有人工检测方法的诸多弊端。加之机器视觉检测对于相机和透明板材之间的角度调整没有人工检测那样灵活，因而很难直接取代人工检测。

究其根源，目前缺陷标准规范是光学元件标准中最模糊不清和容易误导的部分。当今可参照的有美国的MILPRF-13830B，MIL-48497，ANSI/OEOSC标准和国际常用的ISO10110，ISO14997-2017标准等。二类标准主要区别在于缺陷分类。美国标准采用划痕和瑕疵点。美国以外流行的ISO标准主要用表面缺陷和内部的缺陷表征。虽然两类规范并不统一，但都基于明暗场光照的结果，都与人工可视性判断密切相关。由于不同检测员在不同光线和不同注意力状态下检测结果差别很大，因而结果不确定性很大。

对于玻璃一类的透明材料，目前通常采用明暗场及反光结合透光的测试检验方法。其核心是通过光源照射在玻璃表面的角度变化来呈现出玻璃上的瑕疵。通常采用的光线条件是通过在相机一侧的明暗场的反射光以及相机另一侧的透射光来实现的。这些检测方法除了受光线本身的因素影响之外，还与光线、被测表面及观察者之间所形成的角度密切相关。角度的微妙变化会造成瑕疵影像反差的明显变化。瑕疵检测对于角度的敏感性使得这种检测的可靠性大大降低，也是检测标准化难以逾越的一个主要障碍。这些方法从根本上基于目前通用的人工检测方式，通过玻璃与相机和光源之间的相对位置变化将瑕疵暴露在相机的影像上，并通过一定的算法在不同角度光源照射下获得的图像中挑出玻璃的瑕疵，并与瑕疵形态的图库相比较分类，从而达到玻璃检测的目的。这些方法有很多弊病，往往误判率很高。尤其是相机与玻璃面之间的灰尘以及玻璃表面轻微的污染和划痕难以正确地判别，随机性很高。由于受瑕疵本身形态的随机性影响，这些方法很难在光线和角度方面标准化，因此，现有常用的测试方法几乎不可能实现机器视觉标准化和规范化，很难通过这些方法将玻璃一类的透明板材的瑕疵检测规范化。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种透明板材表面及内部瑕疵的检测方法及检测装置，利用内全反射光原理，使得检测结果一目了然，易于判断，提高检测的正确性，而且检测过程中不需要调整相机、光源和玻璃表面之间的角度，简单有效且易于实施，检测条件易于规范化，有利于透明板材瑕疵检测的规范化和标准化。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的透明板材表面及内部瑕疵的检测方法为：利用内全反射光原理，设置一个或一个以上的光源，控制光源照射到透明板材的角度，仅将光源发出的光线以大于临界角的方向导入待测透明板材，使得光源发出的光线在透明板材的上表面和下表面之间形成多次内全反射而不会穿过透明板材的上表面和下表面进入空气；当透明板材既无表面缺陷也无内部瑕疵时，透明板材表面没有光线射出到空气中，则观察者或感光单元从透明板材的上方或下方会观察到一个全黑影像；当透明板材的表面或内部有瑕疵时，光线在瑕疵点会产生不规则的反射和散射，部分反射光线和散射光线光会穿过透明板材的表面进入空气中，从而被观察者或感光单元从透明板材的上方或下方观察到。

从本质上讲，影响玻璃或高分子一类透明材质的检测结果的因素有三，即缺陷本身、光线及感光单元。缺陷是相对于理想介质和物质表面而言。对于透明板材，理想介质是质地均匀、透明无色，内部无气泡、无结晶、无颗粒等瑕疵。而理想的表面则呈现光洁且无瑕疵、无污染。任何偏离理想介质和理想表面的特性都属于缺陷。缺陷本身是被测物的物理特征，它可以是不同形状，在不同的位置，以不同的几何形状、不同大小等特征呈现。透明板材上的缺陷形态特征往往是随机的，这些缺陷在透明板材加工的各个步骤中都可能引入。如果能够对这些缺陷进行详细和准确的检测和描述，对它们进行表征和分类就十分简单，生产过程中造成缺陷的成因也可以很方便地确诊并及时地加以纠正。

然而，缺陷的检测需要引入光线，这就使得缺陷的检检测和表征变得复杂。缺陷通常是通过光线的照射，并通过材料的光学特性以及与感光元件(主要是人眼或照相机)之间的相互作用揭示出来。光本身有很多特性，包括光强度、光谱分量、色温、入射角、偏振度等参数。光的多种因素与材料上随机性的缺陷使得检测问题十分复杂。

因为光线的引入，实际的瑕疵检测已经转化成瑕疵在光线的作用下而产生的影像检测。严格来讲，光线照射下的瑕疵尺寸和形状影像已经不能等同于瑕疵本身的尺寸和形状。例如同一枚LED灯珠，在灯珠本身不发光的时候可以精准地检测灯珠发光点的形状和大小，但当LED灯珠发光之后，我们测试到的灯珠产生的影像大小和形状已经不能等同于灯珠本身的大小和形状。灯珠发出的光越强，我们看到的光点就越大。很明显，光点的大小和形状不但取决于灯珠的大小和形状，还与灯珠的亮度紧密相关。

因为瑕疵是通过光线照射而体现，感光单元所观察到的瑕疵就不但与瑕疵本身有关，还取决于照射在划痕上光线的特性，包括强度和角度等因素，因此在不同的光线条件或者反光角下测得的瑕疵的尺寸不是固定不变的，而取决于光线条件。因为传统的瑕疵形态检测是在不统一的光线条件或光线角度下完成的，因而这种检测的结果由于光线条件的不确定性具有一定的随机性。不考虑光线条件而仅仅根据检测结果的分类是不科学的。

通过光线折射、反射、投射、散射等多种作用，透明板材的瑕疵本身的形态已经和瑕疵造成的光学影像效果紧密地结合在一起。鉴于目前瑕疵检测对于光线条件的不确定性，检测的尺寸、形状等特性也具有很大的任意性。鉴于我们无法将光线条件的因素与瑕疵本身所造成的视觉感应分割开来，因此对于同一个瑕疵，不同的光线条件会造成不同大小和强度的瑕疵影像。除了由于人员疲劳等因素造成的人工漏检之外，有些瑕疵在生产厂家的灯光条件下无法辨认，却在使用厂家的测试中显现，这是一个产生漏检或误检的主要原因。这种由于光线条件不同造成的测试结果差异就目前基于人工测试的方法而言无法避免，这就使得透明板材检测自动化和标准化难以实现。

除了以上所提到的复杂性之外，感光单元相对于被测物所在的位置和角度同样起着非常重要的作用。由于缺陷形态的随机性，在某种光线条件下感光单元在某种角度观察到的瑕疵，在其他条件下却无法观察到。这种状况使得基于人工检测方式的漏检概率大大增加。虽然如此，就目前的现状看，实际上还没有一种机器检测技术来与人眼观察的效果匹配。如何在装配线上观察缺陷，在不到一至数秒钟的时间里确定瑕疵的尺寸以及瑕疵的性质、数量和位置等，现有技术还是难以做到的。

就人工或机器识别检测而言，透明板材瑕疵的识别严格来讲是识别透明板材瑕疵在一定光线环境条件下的光学影像。而这种在一定光线环境条件下显现人眼可识别的各种尺寸和形状的缺陷是瑕疵检测标准化的先决条件。在满足这种先决条件的情况下，可以通过对测试光线严格地加以控制，从而实现瑕疵检测的标准化和规范化。这样的光学环境条件的建立是本发明披露方法的一个重要方面。将检测引入的随机性降至最小，并将瑕疵的光学条件和影像获取手段标准化是本发明披露方法的一个主要目的。

本发明通过透明板材内全反射光的原理来检测透明板材表面和内部的瑕疵，从而避免任何表面光线反射造成的信噪比的降低。全内反射只能发生在当光线从较高折射率的介质进入到较低折射率的介质的条件下，例如当光线从玻璃进入空气时会发生，但当光线从空气进入玻璃则不会。光导纤维就是利用了这一原理，由于反射时没有光线的损失，因此信号可以传输极远的距离。这种全内反射的方法还应用在显微镜上，通过将内光引入样本载玻片的内部，表面培养的样本通过偏振分量可以清晰地反映出来。本发明的检测方法，正是利用了内全反射光的原理，光线通过透明板材的侧面以大于透明板材表面临界角的方向从空气介质射入透明板材，当透明板材上、下表面法线的方向与光线传播方向的夹角大于临界角时，光线会在透明板材上、下表面之间形成多次内全反射而不会穿过透明板材的上、下表面，即光线在透明板材内部传播却无法穿过透明板材的上、下表面而进入空气。内全反射最重要的参数是界面之间的临界角。在研究全反射现象中，刚好发生全反射，即折射角为90度时的入射角叫做临界角。透明板材和空气的临界角可以用斯涅尔定律来确定。根据斯涅尔定律，玻璃和空气介质的临界角为41.5度。由于玻璃一类的透明板材是透明的，光线在透明板材内部的传播能量损失极小，透明板材表面无光线射出，也就是说在透明板材表面的上、下方的感光单元无法检测到透明板材内部的光线，因此表面和内部无瑕疵的透明板材在感光单元上呈现全黑的影像。当透明板材的表面或内部有瑕疵时，光线在瑕疵点的范围产生不规则的反射和散射，这些光线中的部分分量会超出临界角的范围，从而穿过透明板材的表面进入空气中，从而被观察者或感光单元捕捉到。

由于透明板材表面或内部的瑕疵造成的光线反射和散射是唯一能够通过透明板材表面的光线，这就排除了进入影像的任何背景光，从而最大化地增强瑕疵影像的对比度。这对于通过机器视觉识别透明板材上的瑕疵非常有利。由于瑕疵对透明板材内部全反射传播光的干扰，在瑕疵位置形成亮点。这就如同透明物体中植入了与瑕疵尺寸有关的发光点。而对于光线而言，任何相当于光波波长尺寸的瑕疵(大约400纳米的瑕疵)都会对内全反射光造成散射，因此本发明的检测方法可以显现出亚微米尺寸的瑕疵和缺陷。在瑕疵尺度与光波波长同一量级的条件下会发生丁达尔现象，即瑕疵会强烈散射蓝光而对红光散射效果不明显。随着瑕疵尺度变大，这种效应逐渐减弱。即光谱中的各种光线都因瑕疵的存在而得到有效的散射。进而，通过增加光线的亮度可以有效地增强反射光和散射光，从而放大瑕疵影像，使感光单元获得比瑕疵本身大很多的瑕疵影像点。光线越强，这种发光点的影像就会越大，可进一步提高瑕疵检测的准确性。这对于要求很高、瑕疵极微的手机玻璃盖板类的缺陷检测特别有利。

作为优选，所述的透明板材的表面或内部的瑕疵越大，则穿过透明板材的表面进入空气的反射光线和散射光线的强度和范围就越大，因此在给定的内全反射光的条件下，观察者或感光单元观察到的由瑕疵点造成的反射光线和散射光线的强度越大或范围越大，就表明该瑕疵越严重。通过内全反射光的方法不但可以方便地观察到瑕疵点，还能方便地确定瑕疵的严重程度。

作为优选，仅用内全反射方法，所述的光源设在和透明板材的侧面相对应的位置，光源发出的光线射向透明板材的侧面，并以大于透明板材表面临界角的方向从空气射入透明板材中，使用一遮挡物，遮挡物将光源及和光源相对的透明板材的侧面包围起来，并将和透明板材的侧面相邻的透明板材的上表面及下表面的边缘进行遮挡，使得光源发出的光线只能通过透明板材的侧面以大于透明板材表面临界角的方向射入透明板材的内部。将透明板材的上、下表面的边缘进行遮挡，使得光源发出的光线只能通过透明板材的侧面在一定的角度范围内导入透明板材的内部。本技术方案的优点是透明板材表面以及任何在板材和感光单元之间的浮灰不会被照亮，只有透明板材表面及内部的缺陷和紧密附着在透明板材表面的污染会被检测到。

作为优选，采用内全反射结合暗场的方法，所述的光源设在和透明板材的侧面相对应的位置，光源发出的光线射向透明板材的侧面，使用一挡光装置，挡光装置的截面呈半包围结构，挡光装置的开口朝向所述的透明板材的侧面，并且使透明板材的侧面伸入到挡光装置的开口中，挡光装置将所述的光源及和光源相对的透明板材的侧面包围在内，光源发出的光线通过透明板材的侧面以和透明板材表面接近平行的方向射入透明板材的内部。内全反射结合暗场的方法和仅用内全反射的方法几乎相同，不同的是透明板材上、下表面边缘没有进行遮挡，避免了外界物体对透明板材的直接接触，光源发出的光线穿过透明板材的侧面并沿着透明板材的表面以接近平行于表面的方式传播。在透明板材表面光滑、清洁、无瑕疵或无污染的情况下，与上、下表面接近平行的光线在平面完美无瑕疵的情况下不会在感光单元里产生任何影像。本技术方案的优点是，靠近透明板材侧面的挡光装置和透明板材无直接接触，因此上载和卸载透明板材都十分方便，更便于检测的实施和操作，甚至可以做不间断检测。

作为优选，所述的光源设在和透明板材的上表面相对应的位置，从透明板材的上表面引入内全反射光，在透明板材的上表面上放置有一高屈光率介质，即屈光率大于透明板材的介质，光源发出的光线通过高屈光率介质射向透明板材的上表面，并通过透明板材的上表面以大于透明板材表面临界角的方向射入透明板材的内部。也可从透明板材的下表面引入内全反射光，下表面上放置有一高屈光率介质。本技术方案中，光源发出的光线通过高屈光率介质穿过透明板材的上表面引入内全反射光，高屈光率介质如高屈光率透明棱镜等。

作为优选，对透明板材表面及内部瑕疵的检测在暗室中进行。避免其他光线的干扰，使得感光单元获得的影像更清楚，判别更方便，检测更准确。

本发明的检测方法，适用于的待检物为：任何平面、弧面透明板材或其他用途的玻璃、透明物，如手机盖板玻璃，表面处理或未处理、有丝印或没有丝印，边界磨圆或没有磨圆，即2D、2.5D或3D手机盖板玻璃。

无论如何将光线引入透明介质，瑕疵检测的原理和方法都一样。利用内全反射光对透明介质的检测方法不仅限于平板形状的板材，对弯曲形状的板材介质也能进行检测，条件是介质表面弯曲的程度能够保证光线的内全反射，或者说在板材的上、下表面之间反射的光线角度在弯曲表面也能保证大于临界角，不会造成光线在正常情况下穿过介质的界面进入空气。

本发明的透明板材表面及内部瑕疵的检测装置，包括载片装置、感光单元、光源和监控电脑；载片装置在传送机构的控制下将待测透明板材运送到感光单元下方的检测位置；光源位于检测位置的一侧或多侧，将光源发出的光线以大于临界角的方向导入待测透明板材，光源发出的光线在透明板材的上表面和下表面之间形成多次内全反射而不会穿过透明板材的上表面和下表面进入空气；感光单元位于检测位置的上方或下方，用于捕捉检测位置上待测透明板材的影像，感光单元将捕捉到的待测透明板材的影像信号输送给所述的监控电脑。围绕本发明的透明板材表面及内部瑕疵的检测方法，可以建立透明板材的载片送片系统、图像采集系统、分析处理系统、瑕疵表征标准数据库、瑕疵分类系统和统计模块等等。光源可采用点光源、平行光源、聚焦线光源、激光等等，只要光线有效地从透明板材的表面或侧面引入到透明板材的内部，从而产生在其上、下表面之间的全内反射光。载片装置运送透明板材，使透明板材通过运动的方式在感光单元的视野中移过，透明板材由载片装置送至检测位置，感光单元(面阵相机或人眼)获取图像之后再由载片装置将透明板材卸载。可以采用感光单元固定、透明板材移动的方式，也可采用透明板材固定、感光单元移动(线扫描)的方式。

作为优选，所述的检测装置包括一个暗室，所述的光源、感光单元及载片装置均位于暗室中；所述的光源为LED灯、荧光灯、白炽灯、激光、全振光或偏振光，所述的感光单元为线阵相机或面阵相机。监控电脑位于暗室外，感光单元通过穿过暗室的信号线和位于暗室外的监控电脑相连，工作人员在暗室外通过监控电脑上的显示屏观察感光单元捕捉到的影像。避免其他光线的干扰，使得感光单元获得的影像更清楚，判别更方便，检测更准确。用于扫描仪上的灯条也可以作为检测用光源。光源发出的光线通过反射曲面或聚光镜的整合形成一条狭窄明亮的聚焦光源。光路设计要求光线聚焦在待测透明板材的侧面上，最大限度、更加有效地将光线从透明板材侧面导入到透明板材内部。在保证导入的光线方向与透明板材表面垂直方向的夹角大于内全反射的临界角的前提下，将其余的光线遮挡并吸收。光线聚焦的主要方式有两种：利用柱面镜头聚焦；或反光面聚焦。当然也可采用两种聚焦方式相结合的方式。激光也可以作为内全反射的光源以高于临界角的方向导入透明板材的侧面，在其内部形成内全反射。激光的优点是容易聚焦，散射比较小，设置比较方便。根据内全反射的条件，导入的激光光束与透明板材表面法线方向之间的夹角必须大于临界角，以保证激光在透明板材内部传播时不会穿过透明板材的上下表面。线阵相机：通过扫描的方式在一个断面上感应光线从而找出瑕疵点。使用精密滑台(载片装置)使透明板材连续不断地经过这个断面从而获得整个透明板材的所有缺陷。面阵相机：在透明板材的边缘设置发光、遮光或反光条，将聚焦好的光线导入透明板材的侧面，并将传播进入透明板材而在另一个边缘反射回来至该边缘的光线反射回透明板材内部。相机置于被测面的上方，下方或侧方，单个或多个相机的视场覆盖整个透明板材表面，记录整个视场中的任何缺陷。感光单元也可使用人眼，通过人工识别实现：通过内全反射的方式将光线引入透明板材内部，用人眼来观察透明板材并挑出瑕疵及所在位置。相比于传统检测方法，通过本发明进行人工识别能降低人眼和外界光线角度的随意性，降低眼睛疲劳，提高检测结果的一致性。

作为优选，所述的包括一遮挡物或一挡光装置，所述的光源设在和透明板材的侧面相对应的位置；遮挡物将所述的光源及和光源相对的透明板材的侧面包围起来，并遮挡住和透明板材的侧面相邻的透明板材的上表面及下表面的边缘；挡光装置呈半包围框体结构，挡光装置的开口朝向所述的透明板材的侧面，并且透明板材的侧面伸入到挡光装置的开口中，挡光装置将所述的光源及和光源相对的透明板材的侧面包围在内。本技术方案有两种方案，一种是，用遮扫物遮挡从透明板材的上表面和下表面穿过的光线。另一种是，采用挡光装置，只允许暗场光线通过透明板材的侧面。也可在透明板材的两个侧面附近设置光源和挡光装置。将聚集好的光线尽可能多地导入透明板材侧面，并将反射回来至边缘的光线再反射回透明板材的内部。

作为优选，所述的包括一高屈光率透明棱镜，高屈光率透明棱镜设在所述的透明板材的上表面上并位于上表面的一侧，所述的光源设在高屈光率透明棱镜的斜上方向。本技术方案采用位于透明板材的上、下表面的透明介质，通过屈光率匹配的方式引入内全反射光。

理想情况下，只有进入透明板材的光线才有机会暴露在感光单元的视野内。实际上由于光路的各种因素，有些光线会间接地通过系统周围的表面映射在待测透明板材的表面或背面，对图像造成干扰和噪音，从而影响图像的质量。如使用与透明板材表面接近平行的暗场光线，当其照射在挡光设施时会向周围的各个方向散射，从而影响图片的质量。因此需要在挡光设施的表面及整个空间的周围采取吸收光线的措施，可以将整个检测装置放置在一个具有吸光壁面的测试腔室中，将各种反光和散射光的影像降至最小。

本发明的有益效果是：利用内全反射光原理检测透明板材表面及内部瑕疵，感光单元观察或捕捉透明板材影像。如捕捉到有光点或光线，即判断为有瑕疵；如捕捉到的是全黑影像，即判断为无瑕疵。因此本发明所用检测方法，检测结果一目了然，易于区别和判断，检测方便，误检、漏检率极低，提高检测的正确性，而且检测过程中不需要调整相机、光源和玻璃表面之间的角度，检测方法简单有效且易于实施，检测条件易于规范化，有利于透明板材瑕疵检测的规范化和标准化。

附图说明

图1是本发明仅用内全反射方法时遮挡物和透明板材的一种结构示意图。

图2是本发明采用内全反射结合暗场的方法时挡光装置和透明板材的一种结构示意图。

图3是本发明通过高屈光率介质从透明板材表面引入光线的一种结构示意图。

图4是本发明检测装置的一种结构示意图。

图5是本发明检测透明板材边缘瑕疵时反光率与表面法线角度的关系图。

图中1.光源，2.透明板材，3.遮挡物，4.感光单元，5.载片装置，6.监控电脑，7.显示屏，8.挡光装置，9.高屈光率透明棱镜，10.暗室。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本实施例的透明板材表面及内部瑕疵的检测方法为：对透明板材表面及内部瑕疵的检测在暗室10中进行，仅利用内全反射光原理，在暗室中设置两个光源1，如图1所示，两光源分别位于和透明板材2(例如手机盖板玻璃)的两个相对侧面相对应的位置，使用遮挡物3，遮挡物将光源及和光源相对的透明板材的侧面包围起来，并将和透明板材的侧面相邻的透明板材的上表面及下表面的边缘进行遮挡，控制光源照射到透明板材的角度，光源发出的光线射向透明板材的侧面，并以大于透明板材表面临界角的方向从空气射入透明板材中，当透明板材上下表面法线的方向与光线传播方向的夹角大于临界角时，光源发出的光线在透明板材的上表面和下表面之间形成多次内全反射而不会穿过透明板材的上表面和下表面进入空气；

当观察者或感光单元4从透明板材的上方或下方观察到一个全黑影像时，说明透明板材表面没有光线射出到空气中，则判断为透明板材既无表面缺陷也无内部瑕疵，透明板材合格；

当观察者或感光单元从透明板材的上方或下方观察到有光点或光斑时，说明有部分反射光线和散射光线穿过透明板材的表面进入空气中，则判断为透明板材的表面或内部有瑕疵，根据对允许瑕疵大小的要求可判定透明板材是否合格；

在给定的内全反射光的条件下，观察者或感光单元观察到的由瑕疵点造成的反射光线和散射光线的强度越大或范围越大，则表明瑕疵越严重。

本实施例的透明板材表面及内部瑕疵的检测装置，如图1、图4所示，包括载片装置5、感光单元4、光源1、遮挡物3和监控电脑6，光源、感光单元、遮挡物及载片装置均位于暗室中，监控电脑位于暗室外，感光单元通过穿过暗室的信号线和位于暗室外的监控电脑相连；载片装置在传送机构的控制下将待测透明板材2运送到感光单元下方的检测位置，检测结束后再将透明板材移到下一工位；两个光源分别位于检测位置的两侧，当待测玻璃盖板到达检测位置时，光源位于和透明板材的侧面相对应的位置，遮挡物将光源及和光源相对的透明板材的侧面包围起来，并遮挡住和透明板材的侧面相邻的透明板材的上表面及下表面的边缘；感光单元位于检测位置的上方，用于捕捉检测位置上待测透明板材的影像，感光单元将捕捉到的待测透明板材的影像信号输送给监控电脑，监控电脑经过处理将透明板材的影像显示在电脑显示屏7上。

实施例2：本实施例的透明板材表面及内部瑕疵的检测方法为：对透明板材表面及内部瑕疵的检测在暗室10中进行，采用内全反射结合暗场的方法，在暗室中设置两个光源，如图2所示，两个光源分别位于和透明板材的两个相对侧面相对应的位置，使用挡光装置，挡光装置的截面呈半包围结构，挡光装置的开口朝向透明板材的侧面，并且使透明板材的侧面伸入到挡光装置的开口中，挡光装置将光源及和光源相对的透明板材的侧面包围在内，控制光源照射到透明板材的角度，光源发出的光线射向透明板材的侧面，光源发出的光线通过透明板材的侧面以和透明板材表面接近平行的方向射入透明板材的内部并进行传播，光线不会穿过透明板材的上表面和下表面进入空气；

当观察者或感光单元从透明板材的上方或下方观察到一个全黑影像时，说明透明板材表面没有光线射出到空气中，则判断为透明板材既无表面缺陷也无内部瑕疵，透明板材合格；

当观察者或感光单元从透明板材的上方或下方观察到有光点或光斑时，说明有部分反射光线和散射光线穿过透明板材的表面进入空气中，则判断为透明板材的表面或内部有瑕疵，根据对允许瑕疵大小的要求可判定透明板材是否合格；

在给定的内全反射光的条件下，观察者或感光单元观察到的由瑕疵点造成的反射光线和散射光线的强度越大或范围越大，则表明瑕疵越严重。

本实施例的透明板材表面及内部瑕疵的检测装置，如图2、图4所示，包括载片装置5、感光单元4、光源1、挡光装置8和监控电脑6，光源、感光单元、挡光装置及载片装置均位于暗室中，监控电脑位于暗室外，感光单元通过穿过暗室的信号线和位于暗室外的监控电脑相连；载片装置在传送机构的控制下将待测透明板材运送到感光单元下方的检测位置，检测结束后再将透明板材移到下一工位；两个光源分别位于检测位置的两侧，当待测玻璃盖板到达检测位置时，光源位于和透明板材的侧面相对应的位置，挡光装置8呈半包围框体结构，挡光装置的开口朝向透明板材的侧面，并且透明板材的侧面伸入到挡光装置的开口中，挡光装置将光源及和光源相对的透明板材的侧面包围在内；感光单元位于检测位置的上方，用于捕捉检测位置上待测透明板材的影像，感光单元将捕捉到的待测透明板材的影像信号输送给监控电脑，监控电脑经过处理将透明板材的影像显示在电脑显示屏7上。

实施例3：本实施例的透明板材表面及内部瑕疵的检测方法为：对透明板材表面及内部瑕疵的检测在暗室10中进行，采用从透明板材的上、下表面引入内全反射光的方法，如图3所示，在暗室中设置一个光源，光源位于透明板材的上表面的上方并位于透明板材的一侧，在透明板材上表面的上方放置有一高屈光率介质(如高屈光率透明棱镜)，即屈光率大于透明板材的介质，光源位于高屈光率介质的斜上方向位置，控制光源的照射角度，光源发出的光线通过高屈光率介质射向透明板材的上表面，并通过透明板材的上表面以大于透明板材表面临界角的方向射入透明板材的内部，光源发出的光线在透明板材的上表面和下表面之间形成多次内全反射而不会穿过透明板材的上表面和下表面进入空气；

当观察者或感光单元从透明板材的上方或下方观察到一个全黑影像时，说明透明板材表面没有光线射出到空气中，则判断为透明板材既无表面缺陷也无内部瑕疵，透明板材合格；

当观察者或感光单元从透明板材的上方或下方观察到有光点或光斑时，说明有部分反射光线和散射光线穿过透明板材的表面进入空气中，则判断为透明板材的表面或内部有瑕疵，根据对允许瑕疵大小的要求可判定透明板材是否合格；

在给定的内全反射光的条件下，观察者或感光单元观察到的由瑕疵点造成的反射光线和散射光线的强度越大或范围越大，则表明瑕疵越严重。

本实施例的透明板材表面及内部瑕疵的检测装置，如图3、图4所示，包括载片装置5、感光单元4、光源1和监控电脑6，光源、感光单元及载片装置均位于暗室中，监控电脑位于暗室外，感光单元通过穿过暗室的信号线和位于暗室外的监控电脑相连；载片装置在传送机构的控制下将待测透明板材运送到感光单元下方的检测位置，检测结束后再将透明板材移到下一工位；光源位于检测位置的斜上方向，当待测玻璃盖板到达检测位置时，将一高屈光率透明棱镜9放置在透明板材的上表面上并位于上表面的一侧，此时光源位于高屈光率透明棱镜的斜上方向；感光单元位于检测位置的上方，用于捕捉检测位置上待测透明板材的影像，感光单元将捕捉到的待测透明板材的影像信号输送给监控电脑，监控电脑经过处理将透明板材的影像显示在电脑显示屏上。

光源为LED灯、荧光灯、白炽灯、激光、全振光或偏振光，感光单元为线阵相机或面阵相机，光源和感光单元根据需要均可为一个或多个。

应用本发明的检测方法，也可对手机盖板玻璃的边缘缺陷进行检测。手机盖板玻璃的边缘通常按照垂直面或弧面来加工，甚至边缘附近的弯曲加工，通常称之为2D、2.5D或3D盖板玻璃。很显然，只要玻璃表面弯曲的程度保证内全反射传播，或者说光线在上、下表面之间反射时角度保证大于临界角，就不会造成光线从透明板材进入空气。在边缘附近这种内全反射的条件被打破时，一部分光线会穿过透明板材表面进入空气。对于光滑无瑕疵的边缘，出射光在边缘的部位也应该是均匀的。如果边缘存在瑕疵或污点，瑕疵就会对正常进入空气或反射回玻璃的内光造成干扰，形成不规则的散射。散射的强度和范围取决于光的强弱和瑕疵的形态。通过对正常出光的强弱与实际出光的强弱的对比就能将背景和缺陷区分开来，从而找出瑕疵的位置、尺寸和形态。

激光也可以用于检测手机盖板玻璃边缘的瑕疵。如图5所示，从反光率与表面法线角度的关系图可以看出，除了光线方向与反射面法线方向完全接近平行的情况(角度＜20)以外，p偏振光和s偏振光反射率差别很大，尤其是在大于临界角的情况下。或者说p偏振光在全内反射的角度附近和以外的衰减比较剧烈。这种性质特别适用于检测透明板材边缘表面的瑕疵。而介质中传播的内光会在盖板玻璃的边缘出射。因此可以通过p偏振光和s偏振光在边缘出射光的强度差异分辨出瑕疵造成的出射光的散射。在没有瑕疵的情况下，沿着玻璃边缘的圆角方向p偏振光和s偏振光的强度差是一定的。而任何瑕疵造成的出射光的散射会改变这种强度差关系，从而在边缘的图像中显现出来。

本发明利用内全反射光原理检测透明板材表面及内部瑕疵，如对手机盖板玻璃表面及内部瑕疵的检测，感光单元观察或捕捉透明板材影像。如捕捉到有光点或光线，即判断为有瑕疵；如捕捉到的是全黑影像，即判断为无瑕疵。因此本发明所用检测方法，检测结果一目了然，易于区别和判断，检测方便，误检、漏检率极低，提高检测的正确性，而且检测过程中不需要调整相机、光源和玻璃表面之间的角度，检测方法简单有效且易于实施，无需工作人员长时间暴露在强光下进行检测，不会对检测人员造成人身伤害，检测条件易于规范化，有利于透明板材瑕疵检测的规范化和标准化，适用于透明板材的表面及内部瑕疵的检测。

Claims (10)

1.一种透明板材表面及内部瑕疵的检测方法，其特征在于利用内全反射光原理，设置一个或一个以上的光源，仅将光源发出的光线以大于临界角的方向导入待测透明板材，使得光源发出的光线只能在透明板材的上表面和下表面之间形成多次内全反射；当透明板材既无表面缺陷也无内部瑕疵时，透明板材表面没有光线射出到空气中，则观察者或感光单元从透明板材的上方或下方会观察到一个全黑影像；当透明板材的表面或内部有瑕疵时，光线在瑕疵点会产生不规则的反射和散射，部分反射光线和散射光线光会穿过透明板材的表面进入空气中，从而被观察者或感光单元从透明板材的上方或下方观察到。

2.根据权利要求1所述的透明板材表面及内部瑕疵的检测方法，其特征在于所述的透明板材的表面或内部的瑕疵越大，则穿过透明板材的表面进入空气的反射光线和散射光线的强度和范围就越大，因此在给定的内全反射光的条件下，观察者或感光单元观察到的由瑕疵点造成的反射光线和散射光线的强度越大或范围越大，就表明该瑕疵越严重。

3.根据权利要求1所述的透明板材表面及内部瑕疵的检测方法，其特征在于仅用内全反射方法，所述的光源设在和透明板材的侧面相对应的位置，光源发出的光线射向透明板材的侧面，并以大于透明板材表面临界角的方向从空气射入透明板材中，使用一遮挡物，遮挡物将所述的光源及和光源相对的透明板材的侧面包围起来，并将和透明板材的侧面相邻的透明板材的上表面及下表面的边缘进行遮挡，使得光源发出的光线只能通过透明板材的侧面以大于透明板材表面临界角的方向射入透明板材的内部。

4.根据权利要求1所述的透明板材表面及内部瑕疵的检测方法，其特征在于采用内全反射结合暗场的方法，所述的光源设在和透明板材的侧面相对应的位置，光源发出的光线射向透明板材的侧面，使用一挡光装置，挡光装置的截面呈半包围结构，挡光装置的开口朝向所述的透明板材的侧面，并且使透明板材的侧面伸入到挡光装置的开口中，挡光装置将所述的光源及和光源相对的透明板材的侧面包围在内，光源发出的光线通过透明板材的侧面以和透明板材表面接近平行的方向射入透明板材的内部。

5.根据权利要求1所述的透明板材表面及内部瑕疵的检测方法，其特征在于所述的光源设在和透明板材的上表面相对应的位置，从透明板材的上表面引入内全反射光，在透明板材的上表面上放置有一高屈光率介质，即屈光率大于透明板材的介质，光源发出的光线通过高屈光率介质射向透明板材的上表面，并通过透明板材的上表面以大于透明板材表面临界角的方向射入透明板材的内部。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的透明板材表面及内部瑕疵的检测方法，其特征在于对透明板材表面及内部瑕疵的检测在暗室中进行。

7.一种使用如权利要求1所述的透明板材表面及内部瑕疵的检测方法的检测装置，其特征在于包括载片装置、感光单元、光源和监控电脑；载片装置在传送机构的控制下将待测透明板材运送到感光单元下方的检测位置；光源位于检测位置的一侧或多侧，将光源发出的光线以大于临界角的方向导入待测透明板材；感光单元位于检测位置的上方或下方，用于捕捉检测位置上待测透明板材的影像，感光单元将捕捉到的待测透明板材的影像信号输送给所述的监控电脑。

8.根据权利要求7所述的使用透明板材表面及内部瑕疵的检测方法的检测装置，其特征在于包括一个暗室，所述的光源、感光单元及载片装置均位于暗室中；所述的光源为LED灯、荧光灯、白炽灯、激光、全振光或偏振光，所述的感光单元为线阵相机或面阵相机。

9.根据权利要求7或8所述的使用透明板材表面及内部瑕疵的检测方法的检测装置，其特征在于包括一遮挡物或一挡光装置，所述的光源设在和透明板材的侧面相对应的位置；遮挡物将所述的光源及和光源相对的透明板材的侧面包围起来，并遮挡住和透明板材的侧面相邻的透明板材的上表面及下表面的边缘；挡光装置呈半包围框体结构，挡光装置的开口朝向所述的透明板材的侧面，并且透明板材的侧面伸入到挡光装置的开口中，挡光装置将所述的光源及和光源相对的透明板材的侧面包围在内。

10.根据权利要求7或8所述的使用透明板材表面及内部瑕疵的检测方法的检测装置，其特征在于包括一高屈光率透明棱镜，高屈光率透明棱镜设在所述的透明板材的上表面上并位于上表面的一侧，所述的光源设在高屈光率透明棱镜的斜上方向。