CN110793918A - 基于空间自由分布光路的工业oct检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种基于空间自由分布光路的工业OCT检测装置及方法。所述装置包括样品臂；所述样品臂包括探头组件；所述探头组件包括光束整形单元、扫描机构和多个等光程单元；所述光束整形单元和所述扫描机构沿光的入射方向设置；所述扫描机构可使光入射至任意一个所述等光程单元；所述等光程单元用于使光照射至待测样品；所述等光程单元包括沿光的入射方向依次设置的中继反射镜和末端反射镜；所述中继反射镜和所述末端反射镜在空间中的位置和角度可使测量各个所述待测样品的样品臂光程相等。所述方法采用所述装置。本申请可实现快速检测以及可提高准确率，具有很好的灵活性，可对各种形状的工业产品进行检测。
Description
技术领域
本申请涉及光学相干层析成像(OCT，Optical Coherence Tomography)技术领域，特别涉及一种基于空间自由分布光路的工业OCT检测装置及方法。
背景技术
品质控制已成为制造业最重要的工作之一，提高品控工作的效率和质量是提高产品品质从而扩大产品市场占有率的重要抓手。
工业检测一般通过人工进行检测，例如检测手机框边的螺丝孔中的胶水残留或者加工残留的金属屑等。品控人员将手机框边放在高倍显微镜下，用肉眼观察每一个螺丝孔并判断是否有胶水残留。对于手机框边内部的螺丝孔的检测，螺丝孔数量多、孔小且深度深，常见的工业检测方式严重依赖人力，需要耗费大量的人力以及需要花费较长时间，使得检测速度慢，判断标准难以统一，准确率取决于品控人员责任心，出错率高。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本申请的发明构思及技术方案，其并不必然属于本申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本申请提供一种基于空间自由分布光路的工业OCT检测装置及方法，可实现快速检测以及可提高准确率。
第一方面，本申请实施例提供一种基于空间自由分布光路的工业OCT检测装置，包括样品臂；所述样品臂包括探头组件；所述探头组件包括光束整形单元、扫描机构和多个等光程单元；
所述光束整形单元和所述扫描机构沿光的入射方向设置；所述扫描机构可使光入射至任意一个所述等光程单元；所述等光程单元用于使光照射至待测样品；
所述等光程单元包括沿光的入射方向依次设置的中继反射镜和末端反射镜；
所述中继反射镜和所述末端反射镜在空间中的位置和角度可使测量各个所述待测样品的样品臂光程相等。
在一种可能的实现方式中，所述等光程单元还包括中继导向反射镜，所述中继导向反射镜位于所述中继反射镜和所述末端反射镜之间。
在一种可能的实现方式中，所述光束整形单元包括沿光的入射方向依次设置的一个或多个透镜。
在一种可能的实现方式中，所述扫描机构位于两个所述透镜之间。
在一种可能的实现方式中，所述中继反射镜位于各个所述待测样品所包围的区域内。
在一种可能的实现方式中，所述多个等光程单元的中继反射镜呈矩阵分布。
在一种可能的实现方式中，所述中继反射镜、所述中继导向反射镜和所述末端反射镜在空间中的位置和角度均是可调的。
在一种可能的实现方式中，所述光束整形单元包括沿光的入射方向依次设置的光纤准直镜和物镜。
在一种可能的实现方式中，所述中继反射镜、所述中继导向反射镜和所述末端反射镜的数量均为m，所述待测样品的数量为n，m≤n。
在一种可能的实现方式中，所述中继导向反射镜位于所述中继反射镜的上方，所述末端反射镜位于所述中继导向反射镜的下方。
在一种可能的实现方式中，所述末端反射镜为直角棱镜或平面反射镜。
在一种可能的实现方式中，所述扫描机构的具体形式包括一维扫描机构、二维扫描机构和三维扫描机构。
在一种可能的实现方式中，还包括流水线和定位设备；所述流水线用于切换所述待测样品；所述定位设备用于使各个所述待测样品定位到相同的位置。
在一种可能的实现方式中，所述中继反射镜、所述中继导向反射镜和所述末端反射镜的反射面的形式包括平面和曲面。
第二方面，本申请实施例提供一种工业检测方法，该方法采用上述工业OCT检测装置获得待测样品的OCT图像；基于所述待测样品的OCT图像对所述待测样品进行检测。
与现有技术相比，本申请的有益效果有：
扫描机构可在设定角度范围内转动，从而可使测量光入射至任意一个等光程单元。各个等光程单元的中继反射镜和末端反射镜的位置和角度是根据各个待测样品的位置来确定的，因此，各个等光程单元可形成折转光路。如此，可使得入射手机框内部所有待测样品也即螺丝孔的光路等光程，实现通过单部OCT设备即可对所有分布在不同位置的待测样品进行检测，从而起到快速扫描手机框内部所有螺丝孔的作用。本申请实施例的工业OCT检测装置的光路具有很好的灵活性，可对各种形状的工业产品进行检测。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本申请实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。
图1为本申请实施例的基于空间自由分布光路的工业OCT检测装置的结构示意图；
图2示出本申请实施例的基于空间自由分布光路的工业OCT检测装置的一部分光路；
图3为本申请实施例的手机框的结构示意图；
图4示出本申请实施例的末端反射镜与手机框的相对位置。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图1至图4对本申请作进一步地详细描述。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本申请的说明书、权利要求书及附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
光学相干层析成像(OCT，Optical Coherence Tomography)是一种新兴的光学成像技术，相对于传统的临床成像手段具有分辨率高、成像速度快、无辐射损伤、价格适中、结构紧凑等优点，是基础医学研究和临床诊断应用的重要潜在工具。基于光学相干层析成像的高分辨率和高速成像的特点，在工业检测领域有很好的应用前景。
本实施例提供一种基于空间自由分布光路的工业OCT检测装置，采用光学相干层析成像技术(OCT)，利用测量光对待检测工业产品进行扫描，并接收返回的测量光信号，再对接收的测量光信号进行处理，从而检测待检测工业产品是否符合要求。参考图3，本实施例以检测手机框30的螺丝孔31是否有胶水残留为例进行说明。在其它实施例中，工业OCT检测装置是对外壳、电路板或者面板上的孔进行检测。
参考图1，本实施例的基于空间自由分布光路的工业OCT检测装置包括光源101、耦合器102、参考臂200、探测器106、计算机107和样品臂300。
在本实施例中，光源101为弱相干OCT光源；耦合器102为光纤耦合器。
参考图1，参考臂200包括沿光也即参考光入射方向依次设置的参考臂光路透镜104和参考臂反射镜105。
参考图1，在本实施例中，样品臂300包括探头组件20和偏振控制器103。其中，偏振控制器103是可选的。
参考图1，光源101输出的光经过耦合器102分别向样品臂300和参考臂200提供测量光和参考光。参考臂200具有已知长度并通过参考臂反射镜105将参考光反射回到耦合器102中。样品臂300的探头组件20向待测样品提供测量光；其中，待测样品为手机框30的螺丝孔31。来自样品散射回来的测量光经过样品臂300，与参考臂200的反射回来的参考光在耦合器102中发生干涉，干涉光被探测器106探测到，再经过计算机107处理，最后显示出被测样品的OCT图像。
参考图1，探头组件20包括光束整形单元210、扫描机构和多个等光程单元220。在本实施例中，扫描机构为二维扫描机构202。在其它实施例中，根据实际需要比如待测样品的特性，扫描机构还可以是一维扫描机构、三维扫描机构或者其它扫描机构。
参考图1，在本实施例中，对于样品臂300，偏振控制器103、光束整形单元210和二维扫描机构202沿光也即测量光的入射方向依次设置。
光束整形单元210用于对来自偏振控制器103的光进行整形，以使光照射至二维扫描机构202。参考图1，在本实施例中，光束整形单元210包括沿测量光的入射方向依次设置的光纤头108和两个透镜，分别为光纤准直镜109和物镜201；在其它实施例中，光束整形单元210包括光纤头108和一个透镜，或者包括光纤头108和三个以上的透镜。
二维扫描机构202存在一定的转动角度范围，能够切换光路以及能进行二维扫描，可使光入射至任意一个等光程单元220，从而可实现对各个待测样品的检测；待测样品是手机框30的螺丝孔31。
等光程单元220用于使光照射至待测样品。各个等光程单元220的光路是错开的。等光程单元220包括沿光也即测量光的入射方向依次设置的多个反射镜。在本实施例中，等光程单元220包括中继反射镜40、中继导向反射镜50和末端反射镜60；中继反射镜40、中继导向反射镜50和末端反射镜60的反射面可以是平面或者曲面，也即中继反射镜40、中继导向反射镜50和末端反射镜60可以是平面反射镜或者曲面反射镜。中继反射镜40、中继导向反射镜50和末端反射镜60在空间中的位置和角度可使测量各个待测样品的样品臂光程相等。在本实施例中，末端反射镜60为直角棱镜。
针对n个螺丝孔31，设置m个等光程单元220。那么，中继反射镜40、中继导向反射镜50和末端反射镜60的数量均为m个。一个等光程单元220可检测一个或多个螺丝孔31，因此有m≤n。通过使中继反射镜40的位置及角度与中继导向反射镜50的位置及角度进行配合，也即设定中继反射镜40的位置及角度和设定中继导向反射镜50的位置及角度，便能满足测量n个螺丝孔31的样品臂光程是相等的。
当进行OCT成像时，经耦合器102向探头光路提供测量光。该测量光先经过偏振控制器103，后经光纤头108出光，先后穿过光纤准直镜109和物镜201，经二维扫描机构202选择对应编号的螺丝孔31的光路，将探测光打到相应的中继反射镜40上，经中继反射镜40、中继导向反射镜50和直角棱镜60反射，最后入射待测样品。而待测样品反射及散射光源101的光，经探头组件20回到耦合器102并与参考光发生干涉。耦合器102中的干涉光被探测器106探测到，再经过计算机107处理，最后显示出各个螺丝孔31的OCT图像，可获得各个螺丝孔31的OCT图像。
相应的，本实施例还提供一种工业检测方法。该方法采用本实施例的工业OCT检测装置获得螺丝孔31的OCT图像，然后基于螺丝孔31的OCT图像对螺丝孔31进行检测；具体是对手机框30上所有的螺丝孔31进行扫描探测并接受探测信号，然后再对探测信号做数据处理，进而判断手机框30的螺丝孔31中是否有胶水残留或者加工金属屑残留等。
根据上述可知，二维扫描机构202可在设定角度范围内转动，从而可使测量光入射至任意一个等光程单元220。各个等光程单元220的中继反射镜40、中继导向反射镜50和末端反射镜60的位置和角度是根据各个待测样品的位置来确定的，因此，各个等光程单元220可形成折转光路。如此，可使得入射手机框30内部所有螺丝孔31的光路等光程，实现通过单部OCT设备即可对所有分布在不同位置的螺丝孔31进行检测，从而起到快速扫描手机框30内部所有螺丝孔31的作用。根据采集的螺丝孔31内部的二维扫描OCT图像，能够识别螺丝孔31的底部或侧壁是否存在杂质、胶水残留或金属加工残留物等，可提高检测的准确率。本实施例的工业OCT检测装置的光路具有很好的灵活性，通过对中继反射镜40、中继导向反射镜50和末端反射镜60的位置和角度进行调整，基本上可对各种形状的工业产品进行检测。基于空间自由分布的光学器件，可实现不同光路错开设置，可避免光学器件挡光的现象。
图4示出末端反射镜60与螺丝孔31的分布。末端反射镜60反射测量光并使测量光入射至待测样品也即螺丝孔31。一种较简单的设置是：测量光经中继导向反射镜50反射后，垂直于手机框30所在的平面出射，再经末端反射镜60反射后，垂直入射到螺丝孔31的端面；具体的，中继导向反射镜50位于中继反射镜40的上方，末端反射镜60则位于中继导向反射镜50的下方。
参考图2，由于二维扫描机构202的转动角度存在一定的范围，故中继反射镜40设置于各个螺丝孔31所包围的区域内也即手机框30的内部并聚集为矩阵分布，可以使得二维扫描机构202具有足够的切换转动角度以及二维扫描转动角度，从而增大检测范围。其中，中继反射镜40为呈矩阵分布的中继矩阵反射镜。
参考图2，在本实施例中，中继反射镜40位于各个螺丝孔31所包围的区域的中央，而中继导向反射镜50则针对不同位置的螺丝孔31进行相应的分布。一种较简单的设置是：参考图2，中继导向反射镜50位于直角棱镜60的垂直于手机框30方向的上方；这样可以方便地实现多个错开且光程相等的光路。
在本实施例中，中继反射镜40、中继导向反射镜50和末端反射镜60在空间中的位置和角度均是可调的，如此，可对三者的位置和角度进行调整，以用于批量检测不同的工业产品。在其它实施例中，中继反射镜40、中继导向反射镜50和末端反射镜60在空间中的位置和角度是固定的，专门用于一种产品的批量检测。
在其它实施例中，等光程单元220除了包括中继反射镜40、中继导向反射镜50和末端反射镜60之外，还包括一个或多个第三反射镜。第三反射镜设置在中继反射镜40和中继导向反射镜50之间或者设置在中继导向反射镜50和末端反射镜60之间，以根据使用场景对光程进行调整。对中继反射镜40、中继导向反射镜50、末端反射镜60和第三反射镜在空间中的位置和角度进行设置，同样也可使测量各个螺丝孔31的样品臂光程相等。
在光束整形单元210包括多个透镜的实施例中，二维扫描机构202位于两个透镜之间，示例的，二维扫描机构202位于光纤准直镜109和物镜201之间；光纤准直镜109出射的光准直入射二维扫描机构202，再依次经物镜201和等光程单元220，最后聚焦于螺丝孔，即光束聚焦于待测样品以进行检测。
在其它实施例中，等光程单元220仅设置有两个反射镜，分别是中继反射镜40和末端反射镜60。中继反射镜40和末端反射镜60在空间中的位置和角度均是可调的。中继反射镜40和末端反射镜60在空间中的位置和角度可使测量各个待测样品的样品臂光程相等。同样的，针对n个螺丝孔31，设置m个等光程单元220。那么，中继反射镜40和末端反射镜60的数量均为m个。一个等光程单元220可检测一个或多个螺丝孔31，因此有m≤n。这样，在一些待测样品的位置分布比较单一的场景中，工业OCT检测装置的结构可得到简化。
对于手机框30，有些螺丝孔为通孔，有些螺丝孔为盲孔。为实现全面检测，探头组件20从手机框30的内部扫描螺丝孔。
本实施例的工业OCT检测装置还包括流水线(图未示出)和定位设备(图未示出)。流水线用于快速切换手机框30，以使不同的手机框30轮流被工业OCT检测装置检测。定位设备用于使各个手机框30定位到相同的位置。
本实施例采用二维扫描机构配合反射镜阵列及空间分布的反射镜来折转光路，使得入射手机框30内部所有螺丝孔31的光路等光程，可实现通过单部OCT设备对所有分布在不同位置的螺丝孔进行检测；由于切换时间短，故无信号区域占比时间短，可提高有效采样率，可提高检测速度；可以实现样品上不同方位或不同角度的部位的快速检测，从而实现快速检测工业产品的加工质量；可实现工业检测自动化，节省人力、时间，且可实现工业检测判断标准的统一，从而可提高工业检测的准确率。
本领域普通技术人员可以理解实现实施例方法中的全部或部分流程，可以由计算机程序来指令相关的硬件完成，程序可存储于计算机可读取存储介质中，程序在执行时，可包括如各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括：ROM或随机存储记忆体RAM、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于空间自由分布光路的工业OCT检测装置，其特征在于：包括样品臂；所述样品臂包括探头组件；所述探头组件包括光束整形单元、扫描机构和多个等光程单元；
所述光束整形单元和所述扫描机构沿光的入射方向设置；所述扫描机构可使光入射至任意一个所述等光程单元；所述等光程单元用于使光照射至待测样品；
所述等光程单元包括沿光的入射方向依次设置的中继反射镜和末端反射镜；
所述中继反射镜和所述末端反射镜在空间中的位置和角度可使测量各个所述待测样品的样品臂光程相等。
2.根据权利要求1所述的工业OCT检测装置，其特征在于：所述等光程单元还包括中继导向反射镜，所述中继导向反射镜位于所述中继反射镜和所述末端反射镜之间。
3.根据权利要求1所述的工业OCT检测装置，其特征在于：所述光束整形单元包括沿光的入射方向依次设置的一个或多个透镜。
4.根据权利要求3所述的工业OCT检测装置，其特征在于：所述扫描机构位于两个所述透镜之间。
5.根据权利要求2所述的工业OCT检测装置，其特征在于：所述中继反射镜、所述中继导向反射镜和所述末端反射镜在空间中的位置和角度均是可调的。
6.根据权利要求2所述的工业OCT检测装置，其特征在于：所述中继反射镜、所述中继导向反射镜和所述末端反射镜的数量均为m，所述待测样品的数量为n，m≤n。
7.根据权利要求2所述的工业OCT检测装置，其特征在于：所述中继反射镜位于各个所述待测样品所包围的区域内；所述多个等光程单元的中继反射镜呈矩阵分布；所述中继导向反射镜位于所述中继反射镜的上方，所述末端反射镜位于所述中继导向反射镜的下方；所述中继反射镜、所述中继导向反射镜和所述末端反射镜的反射面的形式包括平面和曲面；所述末端反射镜为直角棱镜或平面反射镜；所述光束整形单元包括沿光的入射方向依次设置的光纤准直镜和物镜；所述扫描机构的具体形式包括一维扫描机构、二维扫描机构和三维扫描机构。
8.根据权利要求1所述的工业OCT检测装置，其特征在于：还包括流水线和定位设备；所述流水线用于切换所述待测样品；所述定位设备用于使各个所述待测样品定位到相同的位置。
9.一种工业检测方法，其特征在于：采用根据权利要求1至8任一项所述工业OCT检测装置获得待测样品的OCT图像；基于所述待测样品的OCT图像对所述待测样品进行检测。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令被计算机的处理器执行时，使所述处理器执行根据权利要求9所述方法。
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