一种柔性膜材表面缺陷检测装置及系统
技术领域
本发明属于表面缺陷检测技术领域,具体涉及一种柔性膜材表面缺陷检测装置及系统。
背景技术
柔性膜材一般包括各种有机高分子聚合物膜,以及以此薄膜为基材再通过涂布、真空镀膜等办法制备一层或多层薄膜而得到的功能性膜材。当前随着新型柔性电子器件和柔性显示产业的爆发式发展,高性能柔性功能膜材料如液晶聚合物(LCP)膜、聚酰亚胺(PI)膜、光学膜、水汽高阻隔膜、锂电池隔膜等的需求大幅增长,同时对于产品的工艺制程控制的要求越来越高。然而我国的高端柔性功能膜不论是基材本身还是后续镀膜工艺,与国外的技术水平仍存在较大差距。其中一个非常重要的问题在于,对膜材表面质量控制的不够好,各种不同类型的表面缺陷如粉尘、刮痕、针孔、油污等都对产品的工艺制程有极大的影响,使得其性能受到严重的制约。
材料的表面缺陷的检测一般是通过光学成像,再辅以人工或机器视觉方式进行缺陷识别。不同于普通刚性材质的被测物体,柔性膜材不好固定且具有可弯曲变形的特性,其表面检测对于打光方式、表面平整度和对焦稳定性都有很高的要求,特别是透明膜材对光照响应比较微弱,因此检测难度更高。
现有柔性膜材的表面缺陷检测装置存在以下问题:
(1)固定位置安装,无法移动,不能方便地测量产线上不同位置的表面情况,从而及时地进行对比分析。传统在线视觉检测都属于固定单元检测,且由于成本原因,不能在机台的每道工序之后都安装该检测设备,因此很难判定缺陷是在该机台的哪一道工序中出现的问题,只能划定范围而无法锁定发生源或更具体的发生点;
(2)由于基本上都是根据不同产线情况定制,因此打光方案、检测标准不统一,所检测出的结果重复性较差,无法用于产品的横向对比分析;
(3)柔性膜材料由于本身具有可卷曲可弯折性能,容易在外力影响下发生移动或变形,造成图像对焦不准。且柔性膜材料在非张紧状态下都会有一定的表面起伏度,在张紧状态下若受力不均匀也很容易出现褶皱。
综上所述,该技术领域中迫切需要一种能够解决上述多个问题的技术方案,以达到便携实用、高识别准确率、高精度和规范标准化的要求。
发明内容
针对现有柔性膜材的表面缺陷检测装置存在无法移动、可重复性差和易受外部干扰影响检测结果的问题,本发明提供了一种柔性膜材表面缺陷检测装置及系统。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下:
一方面,本发明提供了一种柔性膜材表面缺陷检测装置,包括壳体、相机和膜材夹具,所述壳体设置有用于观测柔性膜材的摄像口,所述相机设置于所述壳体中,所述相机用于接收所述摄像口的光线成像,所述膜材夹具设置有用于与所述摄像口配合夹持柔性膜材的夹持口,所述夹持口与所述摄像口可分离式抵接。
可选的,所述摄像口的外壁形成有缩径部,所述缩径部的外径沿远离摄像口端部的方向逐渐增大,所述夹持口可分离地抵接于所述缩径部上,所述夹持口的内径大于所述摄像口端部的外径。
可选的,所述膜材夹具为一侧开口的半封闭式盖体,所述膜材夹具与所述摄像口为磁性连接。
可选的,所述柔性膜材表面缺陷检测装置还包括有远心镜头,所述远心镜头内置于所述壳体中并位于所述摄像口和所述相机之间。
可选的,所述远心镜头可轴向位移地设置于所述壳体中,所述柔性膜材表面缺陷检测装置还包括有用于调节所述远心镜头轴向位移的微调装置,所述微调装置包括固定带、连接座和旋钮,所述固定带环绕固定于所述远心镜头上,且所述固定带的两端连接于所述连接座上,所述连接座上开设有条形孔,所述条形孔的侧壁设置有齿形部,所述条形孔沿与所述远心镜头的轴向相平行的方向延伸,所述旋钮可转动地设置于所述壳体上,所述旋钮部分插入于所述条形孔中,且所述旋钮插入于所述条形孔的部分设置有外齿圈,所述外齿圈和所述齿形部啮合。
可选的,所述柔性膜材表面缺陷检测装置还包括有棱镜适配器,所述棱镜适配器位于所述壳体中,所述摄像口和所述远心镜头分别位于所述棱镜适配器相垂直的两个朝向上,由摄像口进入的光线经由所述棱镜适配器方向调整后经过所述远心镜头被所述相机接收。
可选的,所述壳体为呈L型的手持壳体,所述壳体包括前端壳体、手柄外壳和尾端接口外壳,所述前端壳体为筒状,所述摄像口形成于所述前端壳体的端部,所述手柄外壳的一端连接于所述前端壳体上背离所述摄像口的一端侧壁,所述尾端接口外壳连接于所述手柄外壳的另一端,所述手柄外壳与所述前端壳体连通,所述棱镜适配器位于所述前端壳体中与所述手柄外壳连通位置,所述远心镜头和所述相机位于所述手持外壳中。
可选的,所述柔性膜材表面缺陷检测装置还包括有环形光源,所述环形光源环绕设置于所述摄像口的内壁上。
可选的,所述柔性膜材表面缺陷检测装置还包括有用于集成控制的集线板,所述集线板分别与所述相机和所述环形光源电连接,所述壳体上还设置有拍照按钮,所述拍照按钮电连接所述集线板或所述相机,所述拍照按钮用于控制所述相机的触发拍照功能。
另一方面,本发明提供了一种柔性膜材表面缺陷检测系统,包括控制终端和如上所述的柔性膜材表面缺陷检测装置,所述控制终端和所述柔性膜材表面缺陷检测装置之间相互通讯。
根据本发明提供的柔性膜材表面缺陷检测装置,设置了用于摄像口配合的膜材夹具,在进行膜材的表面缺陷检测时,可通过所述膜材夹具的夹持口和所述摄像口配合对柔性膜材进行夹持,同时通过所述相机对柔性膜材夹持位置进行摄像,由于被摄像的柔性膜材的外缘被夹持固定,故在摄像时能够有效避免柔性膜材受到外部力的作用发生抖动导致的对焦不清的问题,同时也避免了柔性膜材本身的褶皱弯曲现象,有效提高柔性膜材表面缺陷检测的准确率,降低误识别率。
附图说明
图1是本发明提供的柔性膜材表面缺陷检测装置的工作示意图;
图2是本发明提供的柔性膜材表面缺陷检测装置的结构示意图;
图3是本发明提供的柔性膜材表面缺陷检测装置的爆炸图;
图4是本发明提供的柔性膜材表面缺陷检测装置的内部结构示意图;
图5是本发明提供的柔性膜材表面缺陷检测装置的内部结构爆炸图;
图6是本发明提供的柔性膜材表面缺陷检测系统的结构示意图;
图7为本发明一实施例得到的柔性膜材表面图像。
说明书附图中的附图标记如下:
1、壳体;11、摄像口;111、缩径部;12、前端壳体;13、手柄外壳;131、第一壳体;132、第二壳体;133、避让孔;14、尾端接口外壳;15、第一结构连接件;16、第二结构连接件;17、拍照按钮;18、集线板;19、连通腔;2、相机;3、远心镜头;31、微调装置;311、旋钮;312、固定带;313、连接座;3131、条形孔;3132、齿形部;4、棱镜适配器;5、环形光源;6、膜材夹具;7、柔性膜材;8、控制终端;9、连接线缆。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1~3所示,本发明一实施例提供了一种柔性膜材表面缺陷检测装置,包括壳体1、相机2和膜材夹具6,所述壳体1设置有用于观测柔性膜材7的摄像口11,所述相机2设置于所述壳体1中,所述相机2用于接收所述摄像口11的光线成像,所述膜材夹具6设置有用于与所述摄像口11配合夹持柔性膜材7的夹持口,所述夹持口与所述摄像口11可分离式抵接。
在进行膜材的表面缺陷检测时,将柔性膜材7置于所述膜材夹具6的夹持口和所述摄像口11之间,可通过所述膜材夹具6的夹持口和所述摄像口11配合对柔性膜材7进行夹持,同时通过所述相机2对柔性膜材7夹持位置进行摄像,由于被摄像的柔性膜材7的外缘被夹持固定,故在摄像时能够有效避免了柔性膜材7受到外部力的作用发生抖动导致的对焦不清的问题,同时也避免了柔性膜材7本身的褶皱弯曲现象,有效提高柔性膜材7表面缺陷检测的准确率,降低误识别率。
在一实施例中,所述摄像口11的外壁形成有缩径部111,所述缩径部111的外径沿远离摄像口11端部的方向逐渐增大,所述夹持口可分离地抵接于所述缩径部111上,所述夹持口的内径大于所述摄像口11端部的外径。
当柔性膜材7夹持于所述膜材夹具6和所述摄像口11之间时,由于所述缩径部111形成的斜面,所述夹持口与所述缩径部111的配合能够将柔性膜材7的外缘压制固定,同时将柔性膜材7的外缘向外拉伸从而起到张紧的作用,使得柔性膜材7形成更加平整的摄像表面,更有利于提高表面观测的准确性,有助于柔性膜材7表面检测的规范化和标准化。
在一实施例中,所述夹持口为薄壁环状结构,对应的,所述摄像口11为薄壁环状结构,所述夹持口的外沿做圆角处理,避免在张紧过程中对柔性膜材7产生损伤。
在一实施例中,所述膜材夹具6为一侧开口的半封闭式盖体,所述膜材夹具6与所述摄像口11为磁性连接。
所述膜材夹具6在不进行柔性膜材7的表面检测时可作为所述摄像口11的保护盖,保护内部的元器件,并防止灰尘进入,通过磁性连接能够使得所述摄像口11和所述膜材夹具6在非接触条件下产生相互之间的吸引力。
在本实施例中,在所述膜材夹具6中安装有磁铁,所述摄像口11处安装有软磁性材料,比如铁、钴、镍等。
在其他实施例中,所述膜材夹具6与所述摄像口11之间的磁性连接也可以设置为其他形式,例如,可将磁铁安装于所述摄像口11处,将软磁性材料安装于所述膜材夹具6中,或是在所述摄像口11和所述膜材夹具6均设置磁铁。
在一实施例中,所述相机2采用具有CCD或CMOS感光芯片的面阵式数字工业相机,靶面尺寸使用1/3、1/2、2/3或1英寸,像素200万以上。优选1/2英寸以上,像素500万以上的黑白相机。优选相机同时具备连续拍照和硬(外)触发拍照两种工作模式,在连续拍照模式下,相机自动连续地抓取照片并向控制终端8传输图像信号。在硬(外)触发模式下,仅当相机2接收到一次外部开关(例如用开关按钮17所触发的)触发信号时,才执行一次拍照命令并发送至控制终端8。
如图4和图5所示,在一实施例中,所述柔性膜材表面缺陷检测装置还包括有远心镜头3,所述远心镜头3内置于所述壳体1中并位于所述摄像口11和所述相机2之间。
所述远心镜头3用于消除由于柔性膜材7离镜头距离的远近不一致,造成放大倍率不一样的问题,所述远心镜头3可选定倍镜头或变倍镜头,优选放大倍率1.0x-2.0x,靶面尺寸大于1/2英寸,工作距离小于100mm的定倍远心镜头,以减小所述柔性膜材表面缺陷检测装置的整体尺寸。成像部分的视野范围取决于相机2靶面大小和远心镜头3的放大倍率,分辨率取决于相机2的相元尺寸和远心镜头3的放大倍率。视野较大有助于对膜材表面缺陷分布进行有效的统计,分辨率高有助于识别清楚膜材表面的微小颗粒。优选成像视野大于3mm,分辨率小于10μm。
如图3~图5所示,在一实施例中,所述远心镜头3可轴向位移地设置于所述壳体1中,所述柔性膜材7表面缺陷检测装置还包括有用于调节所述远心镜头3轴向位移的微调装置31,所述微调装置31包括固定带312、连接座313和旋钮311,所述固定带312环绕固定于所述远心镜头3上,且所述固定带312的两端连接于所述连接座313上,所述连接座313上开设有条形孔3131,所述条形孔3131的侧壁设置有齿形部3132,所述条形孔3131沿与所述远心镜头3的轴向相平行的方向延伸,所述旋钮311可转动地设置于所述壳体1上,所述旋钮311部分插入于所述条形孔3131中,且所述旋钮311插入于所述条形孔3131的部分设置有外齿圈,所述外齿圈和所述齿形部3132啮合。
所述微调装置31用于对所述远心镜头3的位置进行微调,旋转所述旋钮311,通过所述外齿圈和所述齿形部3132的配合关系,带动所述连接座313和所述固定带312沿所述远心镜头3的轴向前进或后退,带动所述远心镜头3的前进或后退,从而调整所述远心镜头3和所述相机2的整体位置,校准远心镜头3的对焦情况,以获得清晰的图片。
所述微调装置31的调节距离优选为-2mm~2mm。
在一实施例中,所述摄像口11、所述远心镜头3和所述相机2位于同一轴线上,所述柔性膜材表面缺陷检测装置呈长筒状。
在一些实际操作场景中的空间较为有限,长筒状的柔性膜材表面缺陷检测装置不能伸进去测量。为解决该问题,在另一实施例中,所述柔性膜材表面缺陷检测装置还包括有棱镜适配器4,所述棱镜适配器4位于所述壳体1中,所述摄像口11和所述远心镜头3分别位于所述棱镜适配器4相垂直的两个朝向上,由摄像口11进入的光线经由所述棱镜适配器4方向调整后经过所述远心镜头3被所述相机2接收。
所述棱镜适配器4用于改变原有光路方向,可以90度弯折光学轴,用于实现所述柔性膜材7表面缺陷检测装置的整体的特殊外形构造,特别是在实际操作空间有限的情况下能够根据具体情况设置远心镜头3和相机2的设置方向,从而适应各类操作环境。
所述相机2和所述远心镜头3之间是通过标准C、CS、F或V型接口相连。远心镜头3的镜管伸进棱镜适配器4一侧的开口内,位置可以相对移动。
如图2和图3所示,在本实施例中,所述壳体1为呈L型的手持壳体,所述壳体1包括前端壳体12、手柄外壳13和尾端接口外壳14,所述前端壳体12为筒状,所述摄像口11形成于所述前端壳体12的端部,所述手柄外壳13的一端连接于所述前端壳体12上背离所述摄像口11的一端侧壁,所述尾端接口外壳14连接于所述手柄外壳13的另一端,所述手柄外壳13与所述前端壳体12连通,所述棱镜适配器4位于所述前端壳体12中与所述手柄外壳13连通位置,所述远心镜头3和所述相机2位于所述手持外壳中。
将所述壳体1设置为L型,便于手持式操作,因此本实施例中加入棱镜适配器4,即可根据需求将光路进行弯折,这样可将整体装置调整为L型的外观,便于在狭窄的空间内进行测量。
所述柔性膜材表面缺陷检测装置采用手持式结构,将多种功能元件高度紧凑地集成在一起,便携易用,突破了固定式表面检测平台的局限性,可以移动式测量,采集不同位置、不同工况条件下的膜材表面形貌信息,并对表面图像数据进行检测、分析、统计和对比。
具体的,所述手柄外壳13包括第一壳体131和第二壳体132,所述第一壳体131和所述第二壳体132合围形成用于安装所述相机2和所述远心镜头3的容置空间。
所述手柄外壳13上开设有供所述旋钮311露出的避让孔133。
在一实施例中,所述柔性膜材表面缺陷检测装置还包括有环形光源5,所述环形光源5环绕设置于所述摄像口11的内壁上。
所述环形光源5用于提供加强光线,在所述环形光源5的发出的光线照射下,如果柔性膜材7表面有粉尘、凸起、凹陷、刮痕、不规则的杂质或气泡等缺陷,都会引起光的散射,而使一部分光通过光源顶部的棱镜适配器4和远心镜头3,再由相机2捕捉成像。
所述环形光源5和所述棱镜适配器4的相对位置固定。
如图4和图5所示,具体的,所述环形光源5和所述棱镜适配器4设置有第一结构连接件15和第二结构连接件16以相互连接,所述第一结构连接件15和所述第二结构连接件16合围形成有连通腔19,所述环形光源5和所述棱镜适配器4分别位于所述连通腔19的两端。
在一实施例中,所述柔性膜材7表面缺陷检测装置还包括有用于集成控制的集线板18,所述集线板18分别与所述相机2和所述环形光源5电连接。
所述集线板18中设置集成电路,同时与外部的连接线缆9连接,有效利用内部空间,减轻重量和减小体积。
在一实施例中,所述壳体1上还设置有拍照按钮17,所述拍照按钮17位于所述手柄外壳13上,便于手持按压开关,所述拍照按钮17电连接所述集线板18或所述相机2,所述拍照按钮17用于控制所述相机2的触发拍照功能,所述拍照按钮17优选采用带LED显示灯的自复式点动按钮开关,松开时LED显示灯灭,按下时LED显示灯亮同时发送触发信号给相机2,执行一次拍照命令。
如图6所示,本发明的另一实施例提供了一种柔性膜材表面缺陷检测系统,包括控制终端8和如上所述的柔性膜材表面缺陷检测装置,所述控制终端8和所述柔性膜材表面缺陷检测装置之间相互通讯。
所述控制终端8为具备相机控制、图像数据存取、分析处理等功能的计算机终端,可以是个人电脑、工业控制计算机、工作站等。为了保证图像处理速度,优选CPU为Inteli5-7500以上,内存16GB以上的配置。
在一实施例中,所述柔性膜材表面缺陷检测系统还包括连接线缆9,所述连接线缆9包括供电线路和数据传输线路,所述供电线路用以提供环形光源5、相机2和拍照按钮17的供电,所述数据传输线路用于在相机2和控制终端8之间传输图像数据。所述供电线路优选直流电压为12V或24V,电流0.5A以上的供电线,所述数据传输线路优选具备GigE接口的超五类千兆网线或USB3.0高速数据线。
在其他实施例中,所述控制终端8和所述柔性膜材表面缺陷检测装置之间也可以通过无线方式通讯。
所述柔性膜材表面缺陷检测系统的操作步骤如下:
a、校准:分离膜材夹具6,接通电源,将摄像口11置于标准样品表面。将相机2设置为连续拍照模式,此时在控制终端8可以显示样品表面的动态图像。同时调整手持探头侧边的微调旋钮311,校准相机2和远心镜头3的对焦情况,以获得清晰的表面照片。一般情况下,对焦位置调整好以后不会发生改变,此步骤只需要定期维护时操作一次。标准样品可以采用具有明显缺陷特征的某个表面,可以是刚性的块状、平板状或柔性膜材样品。
b、张紧膜材:将所需测试的柔性膜材7的特定区域放置于摄像口11和膜材夹具6之间,膜材夹具6在磁力作用下将膜压制并张紧,形成稳定而平整的拍照表面。
c、获取表面图像:将相机2设置为硬(外)触发模式,此时通过按压手柄外壳13上的拍照按钮17来执行一次拍照命令,并将相应表面图像传输至控制终端8,图7为某一次拍照操作中得到的膜材的表面图像,由图7中可看出,采用本发明得到的膜材表面图像上的缺陷与平整表面的背景呈现出明显的对比度,能够清晰反映出膜材表面的缺陷情况,并能区分出诸如粉尘、斑点和刮痕等不同的缺陷类型。
d、缺陷分析:通过图像算法,控制终端8可以将表面图像中的缺陷进行分析处理,得到缺陷的类型、分布、尺寸和数量等信息。
e、对比分析:针对不同类型的膜材、不同的区域、产线不同位置或不同处理条件等多个样品存在的情况时,重复上述b、c和d步骤,得到不同样品之间的对比数据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。