CN111289540B - 一种光学玻璃瑕疵检测装置及其厚度计算方法 - Google Patents

一种光学玻璃瑕疵检测装置及其厚度计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光学玻璃瑕疵检测装置以及光学玻璃厚度计算方法，装置包含光源发射机构和成像机构；其中，所述光源发射机构包含复色光源以及色散构件，所述色散构件包括用于将复色光源发射的光线进行分光为不同波长的光线的光纤束、以及用于将经光纤束进行分光后的光线沿轴向进行色散以使不同波长的光线分别聚焦在被测光学玻璃的不同高度位置处的平面上的色散管镜；所述成像机构包含有用于供所述被测光学玻璃预设高度的平面反射出的光线通过的小孔阵列、以及用于将通过小孔阵列的光线成像的相机，实现了对光学玻璃上下表面、亚表面和内部缺陷瑕疵的检测。

Description

一种光学玻璃瑕疵检测装置及其厚度计算方法
技术领域
本发明涉及光学检测领域，尤其涉及一种光学玻璃瑕疵检测装置及其厚度计算方法。
背景技术
随着玻璃的广泛应用，对玻璃瑕疵检测的要求越来越高。在玻璃的生产和组装过程中，玻璃的内部和外部都会容易产生气泡、结石、扭曲、碎裂以及划痕等缺陷，这些缺陷会影响玻璃产品的功能，将上述缺陷定义为玻璃表面瑕疵；在光学加工的过程中，光学玻璃抛光后仍会有亚表面和内部的瑕疵存在，位于表面以下的亚表面和内部瑕疵会降低光学玻璃的抗损伤性能，并且这些瑕疵会使光束发生散射，影响光学玻璃系统成像质量。因此，亟需采用一定的检测方法实现对玻璃表面、亚表面以及内部瑕疵的检测。
传统的玻璃瑕疵检测主要是采用人工检测的方法，人工检测不仅工作量大，而且易受检测人员主观因素的影响，容易对玻璃表面缺陷造成漏检，尤其是变形较小、畸变不大的夹杂缺陷漏检，极大降低了玻璃的表面质量，不能够保证检测的效率和精度。随着科技和生产力的发展，许多新兴的玻璃瑕疵在线实时检测技术已逐渐代替了人工检测，这些技术不仅节省人力资源，而且准确度高、检测速度快、实时性好，便于实现玻璃的自动化生产，例如影像技术，主要是通过从周围玻璃材质中分辨出来的光学特性的轻微差别来检测玻璃瑕疵，这些瑕疵在密度或者光学性质方面有细微的局部变化，但是影像技术的缺点是不能最好地显现玻璃表面的物质或瑕疵，测量精度不够高，检测范围不够广。再例如，对浮法玻璃的瑕疵检测方法，通过使用特殊的光源系统对玻璃进行照射，再由CCD相机接收，由CCD接收到的信息经图像采集卡传到计算机经过图像预处理后进行模式识别并找出缺陷进行分类统计，但该方法对被检玻璃的种类要求比较局限，检测范围不够广。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种光学玻璃瑕疵检测装置及其厚度计算方法，实现了对光学玻璃上下表面、亚表面和内部缺陷瑕疵的检测。
本发明实施例提供了一种光学玻璃瑕疵检测装置，包含光源发射机构和成像机构；
所述光源发射机构包含复色光源以及色散构件，所述色散构件包括用于将复色光源发射的光线进行分光为不同波长的光线的光纤束、以及用于将经光纤束进行分光后的光线沿轴向进行色散以使不同波长的光线分别聚焦在被测光学玻璃的不同高度位置处的平面上的色散管镜；
所述成像机构包含有用于供所述被测光学玻璃预设高度的平面反射出的光线通过小孔阵列、以及用于将通过小孔阵列的光线成像的相机。
优选地，包括用于装载所述被测光学玻璃的载物台，所述载物台通过支撑所述被测光学玻璃来限定其沿预设方向活动以能够检测所述被测光学玻璃的表面。
优选地，所述被测光学玻璃预设高度的平面至少包括被测光学玻璃的上表面、下表面和亚表面中的一个。
优选地，所述相机将通过小孔阵列的光成像在成像面上，所述成像面包含有多个成像区域以对应成像由被测光学玻璃的上表面、下表面和/或亚表面反射回的光。
优选地，所述相机为彩色相机。
优选地，包括聚焦透镜，所述聚焦透镜用于将被测光学玻璃预设高度的平面反射出的光线通过聚焦发送至的小孔阵列。
优选地，所述光纤束包含：
多个光纤；
圆形端，由多个所述光纤的一端部呈圆形排列构成、以耦接所述复色光源；
线形端，由多个所述光纤远离所述圆形排列的另一端部呈线形排列构成、以耦接所述色散管镜。
优选地，穿过所述线形端以成像在相机上的光点与所述小孔阵列里的孔分别一一对应。
第二方面，本发明实施例还提供了一种光学玻璃厚度计算方法，包括如第一方面所述的光学玻璃瑕疵检测装置，被测光学玻璃厚度计算方法，包括：
根据两条波长λ1、λ2的光线在相机成像面上的截距d、入射光光轴与被测光学玻璃表面法线的夹角θ、光学玻璃的折射率n、光学系统的放大率M，计算光学玻璃的厚度δ；其中，所述光学玻璃的厚度δ的表达式为：
Figure BDA0002409647220000031
其中，所述截距d与两条光线的波长λ1、λ2的关系为：
Figure BDA0002409647220000032
其中，λ1为红光波长，λ2为紫光波长，k是色散管镜的色散参数，k·(λ1-λ2)为复色光经色散管镜后的光线。
优选地，所述被测光学玻璃的瑕疵缺陷与光学玻璃上表面的间距大小的表达式为：
Figure BDA0002409647220000033
其中，λ3为绿光波长，λ1为红光波长。
实施本发明具有如下有益效果：
本发明提供的光学玻璃瑕疵检测装置的光纤束的应用可以避免轴向扫描带来的耗时问题，只需一维扫描即可完成测量，极大地提高了测量效率，小孔阵列的应用滤除了杂散光和干扰光的影响，提高了测量精度。从而使得本装置具有使用方便，检测范围广，检测效率高，测量精度高，且可以实现对被测光学玻璃上下表面、亚表面和内部缺陷瑕疵的检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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是本发明实施例提供的光学玻璃瑕疵检测装置的立体图；
图2是本发明实施例提供的光学玻璃瑕疵检测装置的平面图；
图3是本发明实施例提供的光学玻璃瑕疵检测装置的光路示意图；
附图标记：
10-复色光源，11-光纤束，12-色散管镜，13-被测光学玻璃，14-载物台，15-聚焦透镜，16-小孔阵列，17-相机，18-紫色光线，19-红色光线；30-光源部分，31-玻璃内部缺陷，32-绿色光线。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
实施例中提及的“第一\第二”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
请参阅图1，本发明第一实施例提供了一种光学玻璃瑕疵检测装置，包含光源发射机构和成像机构；其中，
所述光源发射机构包含复色光源10以及色散构件，所述色散构件包括用于将复色光源发射的光线进行分光为不同波长的光线的光纤束11、以及用于将经光纤束进行分光后的光线沿轴向进行色散以使不同波长的光线分别聚焦在被测光学玻璃13的不同高度位置处的平面上的色散管镜12；
所述成像机构包含有用于供所述被测光学玻璃13预设高度的平面反射出的光线通过的小孔阵列16、以及用于将通过小孔阵列16的光线成像的相机17。其中，所述被测光学玻璃13预设高度的平面至少包括被测光学玻璃13的上表面、下表面和亚表面中的一个。所述相机17将通过小孔阵列16的光成像在成像面上，所述成像面包含有多个成像区域以对应成像由被测光学玻璃的上表面、下表面和/或亚表面反射回的光。
其中，所述相机17优选为彩色相机。
在本实施例中，还包括用于装载所述被测光学玻璃的载物台14，所述载物台14通过支撑所述被测光学玻璃13来限定其沿预设方向活动以能够检测所述被测光学玻璃的表面；其中，所述载物台14为一维运动载物台，带动被测光学玻璃13进行一维运动实现对整个玻璃表面瑕疵的检测。
在本实施例中，还包括用于将被测光学玻璃13预设高度的平面反射出的光线通过聚焦发送至的小孔阵列的聚焦透镜15。
在本实施例中，所述光纤束11包含：多个光纤、圆形端，由多个所述光纤的一端部呈圆形排列构成、以耦接所述复色光源10；以及线形端，由多个所述光纤远离所述圆形排列的另一端部呈线形排列构成、以耦接所述色散管镜12。
需要说明的是，穿过所述线形端以成像在相机17上的光点与所述小孔阵列里的孔分别一一对应。
具体地，所述光学玻璃瑕疵检测装置包括依次排列的复色光源10、光纤束11、色散管镜12、光学玻璃13、载物台14、聚焦透镜15、小孔阵列16和相机17。复色光源10发出的光经光纤束11分光后，到达色散管镜12并被其沿轴向色散，色散之后，不同波长的光线按照波长规律聚焦在各自轴向的不同高度位置处，这些光线经由被测光学玻璃13表面反射后，通过聚焦透镜15到达小孔阵列16。其中，只有聚焦在被测光学玻璃13上下表面和亚表面的波长的光线经反射后能通过小孔阵列16，并被所述相机17成像。而其他波长的光线则会被小孔阵列16相对应的小孔滤除，这里小孔阵列16和光纤束11线形端成像在相机17上的光点具有一一对应的关系，主要用来滤除杂散光和干扰光的影响，避免相邻光纤之间的横向串扰。
综上，本发明提供的光学玻璃瑕疵检测装置的光纤束的应用可以避免轴向扫描带来的耗时问题，只需一维扫描即可完成测量，极大地提高了测量效率，小孔阵列的应用滤除了杂散光和干扰光的影响，提高了测量精度。从而使得本装置具有使用方便，检测范围广，检测效率高，测量精度高，且可以实现对被测光学玻璃上下表面、亚表面和内部缺陷瑕疵的检测。
实施例2：
参见图2，紫色光线18由被测光学玻璃13上表面反射，红色光线19由光学玻璃13上表面折射后通过其下表面反射，这两种波长的光线经过光学玻璃瑕疵检测装置后，将成像于相机17成像面的不同区域，色散区间是与波长有关、且是均匀的，因此所述光学玻璃瑕疵检测装置还能够进行光学玻璃厚度的测量，具体地，本发明第二实施例提供了一种光学玻璃厚度计算方法，包括如上述实施例所述的光学玻璃瑕疵检测装置，所述被测光学玻璃厚度计算方法，包括：
假设两条波长λ1、λ2的光线在相机成像面上的截距d、入射光光轴与被测光学玻璃表面法线的夹角θ、光学玻璃的折射率n、光学系统的放大率M，计算光学玻璃的厚度δ；其中，所述被测光学玻璃的厚度δ的表达式为：
Figure BDA0002409647220000071
其中，所述截距d与两条光线的波长λ1、λ2的关系为：
Figure BDA0002409647220000072
其中，λ1为红光波长，λ2为紫光波长，k是色散管镜的色散参数，k·(λ1-λ2)为复色光经色散管镜后的光线，色散区间是与波长有关、且是均匀的，则所述被测光学玻璃的厚度δ为：
Figure BDA0002409647220000073
进一步，如果光学玻璃表面某区域存在缺陷瑕疵，则相机17接收到的紫色光线18将发生变化，该变化包括光线的突然消失、颜色发生突变等，相机17将采集到不同方向的光线其颜色变化信息，进而通过图像处理手段计算得到发生变化区域的位置、大小等数据，即获得表面缺陷瑕疵参数。
具体地，参见图3，假设光学玻璃的折射率是1.5。光源部分30发出的不同波长的光照射到被测光学玻璃13上，如果被测光学玻璃13亚表面和内部出现了缺陷瑕疵31，所述光学玻璃瑕疵检测装置同样也能够捕捉到。与图2相比，图3增加了一组被测光学玻璃13亚表面和内部出现缺陷瑕疵时的光线，即图3中的绿色光线32。绿色光线32经由缺陷31反射后进入相机17，并成像于紫色光线18与红色光线19的像之间，假设绿光波长为λ3，则可由公式3的变换形式计算出该缺陷与光学玻璃上表面的间距大小为：
Figure BDA0002409647220000081
综上，本发明可以实现对被测光学玻璃上下表面、亚表面和内部缺陷瑕疵的检测，进而通过图像处理手段计算得到发生变化区域的位置、大小等数据，即获得表面缺陷瑕疵参数，得到光学玻璃上下表面、亚表面和内部缺陷瑕疵的三维信息。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种光学玻璃厚度计算方法，其特征在于，其应用一光学玻璃瑕疵检测装置，所述光学玻璃瑕疵检测装置包含光源发射机构和成像机构；
所述光源发射机构包含复色光源以及色散构件，所述色散构件包括用于将复色光源发射的光线进行分光为不同波长的光线的光纤束、以及用于将经光纤束进行分光后的光线沿轴向进行色散以使不同波长的光线分别聚焦在被测光学玻璃的不同高度位置处的平面上的色散管镜；
所述成像机构包含有用于供所述被测光学玻璃预设高度的平面反射出的光线通过的小孔阵列、以及用于将通过小孔阵列的光线成像的相机；
被测光学玻璃厚度计算方法，包括：
根据两条波长λ1、λ2的光线在相机成像面上的截距d、入射光光轴与被测光学玻璃表面法线的夹角θ、光学玻璃的折射率n、光学系统的放大率M，计算光学玻璃的厚度δ；其中，所述光学玻璃的厚度δ的表达式为：
Figure FDA0003922021560000011
其中，所述截距d与两条光线的波长λ1、λ2的关系为：
Figure FDA0003922021560000012
其中，λ1为红光波长，λ2为紫光波长，k是色散管镜的色散参数，k·(λ1-λ2)为复色光经色散管镜后的光线。
2.根据权利要求1所述的一种光学玻璃厚度计算方法，其特征在于，所述光学玻璃瑕疵检测装置包括用于装载所述被测光学玻璃的载物台，所述载物台通过支撑所述被测光学玻璃来限定其沿预设方向活动以能够检测所述被测光学玻璃的表面。
3.根据权利要求1所述的一种光学玻璃厚度计算方法，其特征在于，所述被测光学玻璃预设高度的平面至少包括被测光学玻璃的上表面、下表面和亚表面中的一个。
4.根据权利要求3所述的一种光学玻璃厚度计算方法，其特征在于，所述相机将通过小孔阵列的光成像在成像面上，所述成像面包含有多个成像区域以对应成像由被测光学玻璃的上表面、下表面和/或亚表面反射回的光。
5.根据权利要求4所述的一种光学玻璃厚度计算方法，其特征在于，所述相机为彩色相机。
6.根据权利要求1所述的一种光学玻璃厚度计算方法，其特征在于，包括聚焦透镜，所述聚焦透镜用于将被测光学玻璃预设高度的平面反射出的光线通过聚焦发送至的小孔阵列。
7.根据权利要求1所述的一种光学玻璃厚度计算方法，其特征在于，所述光纤束包含：
多个光纤；
圆形端，由多个所述光纤的一端部呈圆形排列构成、以耦接所述复色光源；
线形端，由多个所述光纤远离所述圆形排列的另一端部呈线形排列构成、以耦接所述色散管镜。
8.根据权利要求7所述的一种光学玻璃厚度计算方法，其特征在于，穿过所述线形端以成像在相机上的光点与所述小孔阵列里的孔分别一一对应。
9.根据权利要求1所述的一种光学玻璃厚度计算方法，其特征在于，所述被测光学玻璃的瑕疵缺陷与光学玻璃上表面的间距大小的表达式为：
Figure FDA0003922021560000021
其中，λ3为绿光波长，λ1为红光波长。
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