CN111156932B - 一种镜面材料平整度检测装置 - Google Patents

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    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces

Abstract

本申请公开了一种镜面材料平整度检测装置，包括：光源、准直镜组、材料支撑部件、漫射屏、图像探测单元和图像处理单元；所述光源发出的光经过所述准直镜组准直后投射在所述待检测镜面材料，再经所述待检测镜面材料反射后到达所述漫射屏。光线透过所述漫射屏后，经所述图像探测单元对所述漫射屏的透射光线成像，经图像处理单元处理后获知待检镜面材料的起伏即平整度的分布。本申请提供的镜面材料平整度检测装置，成本、效率、复杂度适中，适用于价格低廉但产量巨大的镜面材料。

Description

一种镜面材料平整度检测装置
技术领域
本申请涉及检测技术领域，尤其涉及一种镜面材料平整度检测装置。
背景技术
镜面材料指在可见光观测范围内，平整度在几纳米至几十纳米的材料，如：光学透镜、手机显示屏表面的盖板玻璃、生活中常见的镜面铝以及部分汽车表面的涂漆都属于镜面材料。
平整度是指物体表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度，其两波峰或两波谷之间的距离很小，一般在1mm以下。平整度属于微观几何形状误差，平整度越小，则表面越光滑。
高端镜面材料，例如光学透镜、反射镜，其平整度的检测通常使用干涉仪。干涉仪测量精度很高，可以实现纳米级的绝对测量精度。但是，干涉仪价格昂贵、效率低下，对测量环境的温度、湿度、气压、震动等条件的要求较为苛刻，不适合用于产量巨大的镜面材料如手机显示屏表面的盖板玻璃的平整度的检测。
发明内容
本申请提供了一种镜面材料平整度检测装置，以解决现有装置检测效率低、受环境影响大的技术问题。
为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：
本申请实施例公开了镜面材料平整度检测装置，包括：光源、准直镜组、材料支撑部件、漫射屏、图像探测单元和图像处理单元；其中，
所述材料支撑部件用于承载待检测镜面材料；
所述准直镜组设置于所述光源与所述材料支撑部件之间，所述漫射屏设置于所述材料支撑部件与所述图像探测单元之间；所述漫射屏与所述待检测镜面材料的平面平行设置；
所述光源发出的光经过所述准直镜组准直后投射在所述待检测镜面材料，再经所述待检测镜面材料反射后到达所述漫射屏；
所述图像探测单元采集所述漫射屏的透射光线图像，
所述图像探测单元还与所述图像处理单元通信连接。
可选的，所述光源为点光源，且所述点光源位于垂直于所述准直镜组光轴的平面。
可选的，所述光源包括第一点光源、第二点光源、第三点光源和第四点光源，其中，所述第一点光源、所述第二点光源和所述第三点光源构成等边三角形，所述第四点光源设置于所述等边三角形的中心。
可选的，所述光源亮度为：103～108cd/m2。
可选的，所述光源与所述准直镜组的距离大于或等于所述准直镜组的焦距。
可选的，所述准直镜组的镜面与所述待检测镜面材料的表面呈30°～60°夹角。
可选的，所述镜面材料平整度检测装置还包括外壳，所述光源、所述准直镜组、所述材料支撑部件、所述漫射屏与所述图像探测单元均设置于所述外壳内部。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
本申请提供了一种镜面材料平整度检测装置，包括：光源、准直镜组、材料支撑部件、漫射屏、图像探测单元和图像处理单元；其中，所述材料支撑部件用于承载待检测镜面材料，待检镜面材料的待检测面水平放置。所述准直镜组设置于所述光源与所述材料支撑部件之间，所述漫射屏设置于所述材料支撑部件与所述图像探测单元之间；所述漫射屏与所述待检镜面材料的平面平行设置。所述光源发出的光经过所述准直镜组准直后投射在所述待检测镜面材料，再经所述待检测镜面材料反射后到达所述漫射屏。光线透过所述漫射屏后，经所述图像探测单元采集所述漫射屏的透射光线图像。所述图像探测单元还与所述图像处理单元通信连接，将所述透射光线图像传送至所述图像处理单元进行图像数据处理。
所述光源发出的光经所述准直镜组变换后照射到待检镜面材料上。对于没有局部起伏的区域，经反射后光线照射到漫射屏预定的点处。而对于存在局部起伏的区域，经反射后光线则偏离预定点，实际到达偏离点；由于偏离点也有从其它没有局部起伏的区域反射的光线到达，因此偏离点的亮度几乎会比预定亮度高1倍；而局部起伏区域的预定点的亮度则大幅度下降。图像探测单元对漫射屏上的图形成像，经图像处理单元处理后获知待检镜面材料的起伏即平整度的分布。
本申请提供的镜面材料平整度检测装置，成本、效率、复杂度适中，适用于价格低廉但产量巨大的镜面材料。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种镜面材料平整度检测装置结构示意图；
图2为图1所示的一种光源的结构示意图；
其中，1-光源，2-准直镜组，3-材料支撑部件，4-漫射屏，5-图像探测单元，6-图像处理单元，7-待检测镜面材料，11-第一点光源，12-第二点光源，13-第四点光源，14-第三点光源。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
结合图1所示，本申请实施例提供了一种镜面材料平整度检测装置，包括：光源1、准直镜组2、材料支撑部件3、漫射屏4、图像探测单元5和图像处理单元6；其中，所述材料支撑部件2用于承载待检测镜面材料7，待检测镜面材料的待检测面水平放置。所述准直镜组2设置于所述光源1与所述材料支撑部件3之间，所述漫射屏4设置于所述材料支撑部件3与所述图像探测单元5之间；所述漫射屏4与所述待检测镜面材料7的平面平行设置。所述光源1发出的光经过所述准直镜组2准直后投射在所述待检测镜面材料7表面，再经所述待检测镜面材料7反射后到达所述漫射屏4。光线透过所述漫射屏4后，经所述图像探测单元5采集成像。所述图像探测单元5还与所述图像处理单元6通信连接，将所述图像探测单元5中的图像传送至所述图像处理单元6进行图像数据处理。
所述光源1发出的光经所述准直镜组2变换后照射到待检测镜面材料7上。对于没有局部起伏的区域如图中A、B、D三点，经反射后光线照射到漫射屏4预定的点处，即图中a、b、d点。而对于存在局部起伏的区域如图中C点，经反射后光线则偏离预定点c，实际到达偏离点d；由于偏离点d也有从其它没有局部起伏的区域反射的光线到达，因此偏离点的亮度几乎会比预定亮度高1倍；而局部起伏区域的预定点c点的亮度则大幅度下降。此时，a、b两点的光线亮度为预定亮度。图像探测单元5对漫射屏4上的图形成像，经图像处理单元6处理后获知待检测镜面材料的起伏即平整度的分布。
具体的计算公式：
Figure BDA0002405993780000031
其中，ΔE为图像中区域亮度与图像平均亮度的差值，E为图像平均亮度，
Figure BDA0002405993780000032
为光线角度变化量，
Figure BDA0002405993780000033
为缺陷尺寸，δ为漫射屏上可识别的最小尺寸，f为准直镜组的焦距，S为光源的尺寸。
为了使得镜面材料平整度检测装置的光线均匀，所述光源1为点光源，且所述点光源位于垂直于所述准直镜组光轴的平面。具体的，所述点光源可以是具有均匀角分布的光纤激光器、LED光源等。
所述光源与所述准直镜组2的距离大于或等于所述准直镜组2的焦距。准直镜组2与待检测镜面材料7的距离没有具体限制，但通常为了使整个装置紧凑，在不干涉的前提下越短越好。漫射屏4与待检测镜面材料7的距离与具体的检测精度需求有关，典型值为100mm～1000mm，检测精度通常用微弧度衡量。
所述点光源包括第一点光源11、第二点光源12、第三点光源14和第四点光源13，其中，所述第一点光源11、所述第二点光源12和所述第三点光源14构成等边三角形，所述第四点光源13设置于所述等边三角形的中心。其结构如图2所示，各个点光源发出的光具有不同的颜色。对应的，图像探测单元5包含一个彩色相机，对于存在起伏的区域，在漫射屏4和彩色相机靶面上可以形成四组具有固定距离、不同颜色的缺陷图样，这种高冗余图样可以有效减少灰尘等因素的干扰，提高检测精度。
所述光源1的亮度为103～108cd/m2。镜面材料的反射率，探测器的响应灵敏度，检测时间等等都会影响对光源亮度的需求，具体可根据实际需要进行调整。
为了使得整体装置结构更加合理化，所述准直镜组2的镜面与所述待检测镜面材料7的表面呈30°～60°夹角。
为了避免外界光线对检测结果的影响，所述的镜面材料平整度检测装置还包括外壳，所述光源1、所述准直镜组2、所述材料支撑部件3、所述漫射屏4与所述图像探测单元5均设置于所述外壳内部。使得检测过程在暗箱环境中进行，避免了外部光线不均衡引起的误差。
由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。
需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (7)

1.一种镜面材料平整度检测装置，其特征在于，包括：光源(1)、准直镜组(2)、材料支撑部件(3)、漫射屏(4)、图像探测单元(5)和图像处理单元(6)；其中，
所述材料支撑部件(3)用于承载待检测镜面材料(7)；
所述准直镜组(2)设置于所述光源(1)与所述材料支撑部件(3)之间，所述漫射屏(4)设置于所述材料支撑部件(3)与所述图像探测单元(5)之间；所述漫射屏(4)与所述待检测镜面材料(7)的平面平行设置；
所述光源(1)发出的光经过所述准直镜组(2)准直后投射在所述待检测镜面材料(7)，再经所述待检测镜面材料(7)反射后到达所述漫射屏(4)；
所述图像探测单元(5)采集所述漫射屏(4)的透射光线图像，
所述图像探测单元(5)还与所述图像处理单元(6)通信连接；
所述图像探测单元包括：相机；
其中图像处理单元(6)根据所述透射光线图像和预设计算公式，得到所述待检测镜面材料(7)的平整度；
所述预设计算公式为：
Figure FDA0003160414620000011
其中，ΔE为所述透射光线图像中区域亮度与图像平均亮度的差值，E为所述透射光线图像平均亮度，
Figure FDA0003160414620000012
为光线角度变化量，
Figure FDA0003160414620000013
为缺陷尺寸，δ为所述漫射屏上可识别的最小尺寸，f为所述准直镜组的焦距，S为所述光源的尺寸。
2.根据权利要求1所述的镜面材料平整度检测装置，其特征在于，所述光源(1)为点光源，且所述点光源位于垂直于所述准直镜组光轴的平面。
3.根据权利要求2所述的镜面材料平整度检测装置，其特征在于，所述点光源包括第一点光源(11)、第二点光源(12)、第三点光源(14)和第四点光源(13)，其中，所述第一点光源(11)、所述第二点光源(12)和所述第三点光源(14)构成等边三角形，所述第四点光源(13)设置于所述等边三角形的中心。
4.根据权利要求3所述的镜面材料平整度检测装置，其特征在于，所述点光源亮度为：103～108cd/m2。
5.根据权利要求1所述的镜面材料平整度检测装置，其特征在于，所述光源(1)与所述准直镜组(2)的距离大于或等于所述准直镜组的焦距。
6.根据权利要求1所述的镜面材料平整度检测装置，其特征在于，所述准直镜组(2)的镜面与所述待检测镜面材料的表面呈30°～60°夹角。
7.根据权利要求1所述的镜面材料平整度检测装置，其特征在于，还包括外壳，所述光源(1)、所述准直镜组(2)、所述材料支撑部件(3)、所述漫射屏(4)与所述图像探测单元(5)均设置于所述外壳内部。
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