CN110082361B - 一种物体外观与裂纹检测装置与检测方法 - Google Patents

一种物体外观与裂纹检测装置与检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种物体外观与裂纹检测装置，包括从上到下依次设置的图像摄取装置、低角度环形光源、光学透明的玻璃板及平面反光镜，图像摄取装置与计算机连接。该装置利用光的反射原理采集物体正面图像，利用光在裂纹处的折射原理采集裂纹的图像，将外观检测和裂纹检测合二为一，不仅能够准确识别裂纹，而且提高了作业效率。本发明还公开了物体外观与裂纹检测装置的检测方法。

Description

一种物体外观与裂纹检测装置与检测方法
技术领域
本发明涉及产品缺陷检测技术领域，特别涉及一种外观与裂纹检测装置及检测方法。
背景技术
在厚度较薄的光学产品如移动设备的摄像头滤光片的质量控制中，不允许产品存在表面缺陷(如划痕)和裂纹缺陷。在一些企业中，采用目视的方法检测产品表面缺陷和裂纹缺陷。检测人员在灯光下转动产品，改变灯光照射产品的角度，当产品转动到某个角度时，人眼能够观察到产品表面的缺陷和裂纹缺陷。该方法的缺陷是对于细微缺陷容易漏检，长时间在灯光下工作，容易对人眼产生伤害，且作业效率低。
在一些企业中，用光源对产品表面打光，使用CCD相机对产品拍照，生成产品的放大图像并显示在计算机屏幕上，检测人员从图像上判断产品是否存在表面缺陷和裂纹缺陷。该方法很多时候无法拍摄到物体表面的裂纹，必须使用很强的光线照射产品，才可能勉强在图像上显示模糊的裂纹。图4为对带有裂纹的摄像头滤光片进行表面打光时拍摄的图像，从图中无法看出裂纹。
超声波检测是检测裂纹缺陷的手段之一。通常分成两道工序，即利用CCD相机获取产品表面影像来检测外观，再利用超声波检测其裂纹。该方法的缺陷在于外观检测和裂纹检测分两道工序，影响了检测效率，其次需要配置超声波检测仪，增加了生产成本。
为提高检测精度和作业效率，需要一种既能采集到产品表面影像信息又能采集到产品裂纹信息的光学检测方法。
发明内容
为了解决上述现有技术的缺陷，根据本发明的一个方面，提供一种物体外观与裂纹检测装置，包括：
图像摄取装置，图像摄取装置用于摄取物体的图像并生成图像信号；
低角度环形光源，低角度环形光源用于向物体发射光线，低角度环形光源设置在图像摄取装置的下方，且图像摄取装置的光轴与低角度环形光源的中轴线重合；
光学透明的玻璃板，玻璃板用于放置物体，玻璃板设置在低角度环形光源的下方，玻璃板确定的平面与图像摄取装置的光轴垂直；
平面反光镜，平面反光镜设置在玻璃板的下方，平面反光镜所确定的平面与图像摄取装置的光轴垂直，平面反光镜用于将来自低角度环形光源的斜射光线反射到物体的背面，反射光线经物体上的裂纹折射后被图像摄取装置捕获，并由图像摄取装置形成裂纹图像信号；
计算机，与图像摄取装置连接，用于接收图像摄取装置的图像信号并在屏幕上显示图像。
优选地，低角度环形光源的角度为45°-75°。
优选地，低角度环形光源的角度为55°-65°。
优选地，图像摄取装置为CCD相机。
优选地，平面反光镜与玻璃板之间的间距为5-10mm。
优选地，平面反光镜与玻璃板之间的间距为7-9mm。
本发明的物体外观与裂纹检测装置具有如下有益效果：
(1)用光学方法将外观检测的和裂纹检测二合一，作业效率高；
(2)对物体背面打光，利用裂纹的折射原理，能准确、清晰地反映物体是否存在裂纹缺陷；
(3)不需要很强的光线就能清晰地拍摄物体的裂纹。
根据本发明的另一个方面，提供一种物体外观与裂纹检测方法，包括以下步骤：
S1：玻璃板承载待检测的物体；
S2：低角度环形光源向物体和玻璃板发射倾斜光线；
S3：图像摄取装置接收物体表面的反射光线后生成物体表面图像信号，平面反光镜将透过玻璃板的倾斜光线反射到物体背面并从裂纹中折射，图像摄取装置获取折射光线后生成裂纹图像信号；
S4：计算机接收和处理步骤S3中的图像信号，然后显示图像。
优选地，在步骤S2中，低角度环形光源的角度为60°。
附图说明
图1为本发明一实施方式的物体外观与裂纹检测装置的结构示意图。
图2为本发明一实施方式的物体外观与裂纹检测装置在使用时的光路示意图。
图3为本发明一实施方式的物体外观与裂纹检测装置采集到的带有裂纹的摄像头滤光片的图像。
图4为现有技术的检测装置采集到的带有裂纹的摄像头滤光片的图像。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
本发明采用光学方式检测物体外观和裂纹，准确高效识别出裂纹不良，能够同时检测外观缺陷(如表面划痕、表面脏污)和裂纹，实现多工位合二为一，提升了作业效率和品质。
根据本发明的一个方面，如图1所示，提供一种物体外观与裂纹检测装置，包括：
图像摄取装置1，图像摄取装置1用于摄取物体的图像并生成图像信号；
低角度环形光源2，低角度环形光源2用于向物体发射光线，低角度环形光源2设置在图像摄取装置1的下方，且图像摄取装置1的光轴与低角度环形光源2的中轴线重合；
光学透明的玻璃板3，玻璃板3用于放置物体，玻璃板3设置在低角度环形光源2的下方，玻璃板3确定的平面与图像摄取装置1的光轴垂直；
平面反光镜4，平面反光镜4设置在玻璃板3的下方，平面反光镜4所确定的平面与图像摄取装置1的光轴垂直，平面反光镜4用于将来自低角度环形光源2的斜射光线反射到物体的背面，反射光线经物体上的裂纹折射后被图像摄取装置1捕获，并由图像摄取装置1形成裂纹图像信号；
计算机5，与图像摄取装置1连接，用于接收图像摄取装置1的图像信号并在屏幕上显示图像。
优选地，低角度环形光源2的角度为45°-75°。低角度环形光源2的角度为光源照射角度与水平面的夹角，即图1所示的角度。进一步地，低角度环形光源2的角度为55°-65°。
优选地，平面反光镜4与玻璃板3之间的间距为5-10mm。优选地，平面反光镜4与玻璃板3之间的间距为7-9mm。
优选地，图像摄取装置1为CCD相机。
如图2所示，在检测装置检测外观时，图像摄取装置1的镜头对着物体6正面，低角度环形光源2在物体6正面打光，光线在物体6表面反射，图像摄取装置1获取物体6正面的影像，所得影像用于后期判断物体外观是否合格。本实施方式的检测装置检测裂纹的原理是利用裂纹处折射率不同来显示特征，从物体6背面打光，使图像摄取装置1获得物体裂纹影像。在操作中，玻璃板3作为工作台，将物体6置于玻璃板3表面，低角度环形光源2的光线透过玻璃板3，由平面反光镜4反射后，打在物体背面，部分光线在裂纹处发生折射，折射后的光线进入图像摄取装置1，生成裂纹的影像。光线的折射导致裂纹处的图像强度与裂纹周围不同，操作人员能够用肉眼明显地从图像上观察到裂纹。本实施方式通过平面反光镜4将正面打光和背面打光结合，从而在同一张影像上显示物体的表面外观信息和裂纹信息。
相比于现有技术，本实施方式的物体外观与裂纹检测装置的优点是：
(1)将正面打光和背面打光相结合，使外观和裂纹检测合二为一，用光学方法检测，作业效率高；
(2)对物体背面打光，利用裂纹的折射原理，能准确、清晰地反映物体是否存在裂纹缺陷；
(3)不需要很强的光线就能清晰地拍摄物体的裂纹。
为了验证本实施方式的检测装置的效果，分别用现有技术的检测装置和本实施方式的检测装置同一个带有裂纹的摄像头滤光片样品进行检测。图3为本实施方式的检测装置采集到的图像。图4为只进行正面打光时采集到的图像。图3可以明显地看出从滤光片边缘向内部扩展的发散状裂纹(白色箭头处)，而图4则看不到裂纹，说明本实施方式的检测装置能够准确地识别摄像头滤光片的裂纹。
根据本发明的另一个方面，提供一种物体外观与裂纹检测方法，包括以下步骤：
S1：玻璃板3承载待检测的物体；
S2：低角度环形光源2向物体和玻璃板3发射倾斜光线；
S3：图像摄取装置1接收物体表面的反射光线后生成物体表面图像信号，平面反光镜4将透过玻璃板3的倾斜光线反射到物体背面并从裂纹中折射，图像摄取装置1获取折射光线后生成裂纹图像信号；
S4：计算机5接收和处理步骤S3中的图像信号，然后显示图像。
本发明所提供的检测方法利用光的反射原理采集物体正面图像，利用光在裂纹处的折射原理采集裂纹的图像，将外观检测和裂纹检测合二为一，不仅能够清晰准确识别裂纹，而且提高了作业效率。
优选地，在步骤S2中，低角度环形光源2的角度为60°。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种物体外观与裂纹检测装置，其特征在于，包括：
图像摄取装置(1)，所述图像摄取装置(1)用于摄取物体的图像并生成图像信号；
低角度环形光源(2)，所述低角度环形光源(2)用于向物体发射光线，所述低角度环形光源(2)设置在所述图像摄取装置(1)的下方，且所述图像摄取装置(1)的光轴与所述低角度环形光源(2)的中轴线重合；
光学透明的玻璃板(3)，所述玻璃板(3)用于放置物体，所述玻璃板(3)设置在所述低角度环形光源(2)的下方，所述玻璃板(3)确定的平面与所述图像摄取装置(1)的光轴垂直；
平面反光镜(4)，所述平面反光镜(4)设置在所述玻璃板(3)的下方，所述平面反光镜(4)所确定的平面与所述图像摄取装置(1)的光轴垂直，所述平面反光镜(4)用于将来自所述低角度环形光源(2)的斜射光线反射到物体的背面，反射光线经物体上的裂纹折射后被所述图像摄取装置(1)捕获，并由所述图像摄取装置(1)形成裂纹的图像信号；
计算机(5)，与所述图像摄取装置(1)连接，用于接收和处理所述图像摄取装置(1)的图像信号并在屏幕上显示图像；
所述检测装置执行以下步骤：
S1：所述玻璃板(3)承载待检测的物体；
S2：所述低角度环形光源(2)向物体和所述玻璃板(3)发射倾斜光线；
S3：所述图像摄取装置(1)接收物体表面的反射光线后生成物体表面图像信号，所述平面反光镜(4)将透过所述玻璃板(3)的倾斜光线反射到物体背面并从裂纹中折射，所述图像摄取装置(1)获取折射光线后生成裂纹图像信号；
S4：所述计算机(5)接收和处理步骤S3中的图像信号，然后显示图像。
2.根据权利要求1所述的外观与裂纹检测装置，其特征在于，所述低角度环形光源(2)的角度为45°-75°。
3.根据权利要求2所述的外观与裂纹检测装置，其特征在于，所述低角度环形光源(2)的角度为55°-65°。
4.根据权利要求1所述的外观与裂纹检测装置，其特征在于，所述图像摄取装置(1)为CCD相机。
5.根据权利要求1所述的外观与裂纹检测装置，其特征在于，所述平面反光镜(4)与所述玻璃板(3)之间的间距为5-10mm。
6.根据权利要求5所述的外观与裂纹检测装置，其特征在于，所述平面反光镜(4)与所述玻璃板(3)之间的间距为7-9mm。
7.一种权利要求1-6任一项所述的物体外观与裂纹检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：玻璃板(3)承载待检测的物体；
S2：低角度环形光源(2)向物体和玻璃板(3)发射倾斜光线；
S3：图像摄取装置(1)接收物体表面的反射光线后生成物体表面图像信号，平面反光镜(4)将透过玻璃板(3)的倾斜光线反射到物体背面并从裂纹中折射，图像摄取装置(1)获取折射光线后生成裂纹图像信号；
S4：计算机(5)接收和处理步骤S3中的图像信号，然后显示图像。
8.根据权利要求7所述的物体外观与裂纹检测方法，其特征在于，在步骤S2中，低角度环形光源(2)的角度为60°。
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