CN112964727A - 表面缺陷显像装置和表面缺陷检测设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了表面缺陷显像装置和表面缺陷检测设备。表面缺陷显像装置包括光源和相机，光源设有垂直于待测物体运动方向的折边，相机的光轴与折边虚像垂直相交并与待测物体的第一表面交于第一点，过第一点且垂直于待测物体运动方向设有第一平面，过第一点和折边设有第二平面，光轴与第一平面的第一夹角等于第一点至折边的垂线与第一平面的第二夹角，且光源任何部分均不位于第一平面与第二平面之间的区域。表面缺陷检测设备中表面缺陷检测装置将相机连续拍摄的图像合成为合成图像，并在识别到合成图像中待测表面区域内灰度值变化超过阈值时判定待测表面存在缺陷。上述方案能在光源距离待测物体表面较近的情况下避免干扰反射光对调制效果的影响。

Description

表面缺陷显像装置和表面缺陷检测设备

技术领域

本申请涉及表面缺陷检测领域，具体涉及表面缺陷显像装置和表面缺陷检测设备。

背景技术

现有技术中，已有通过采用条纹光源形成调制光照射物体表面，并用相机收集反射光，以在调制区(明暗变化区域)发现表面缺陷。此技术应用于检测玻璃表面缺陷，特别是具有曲面的手机玻璃盖板的表面缺陷时，产生巨大的困难。一般地，采用一个呈45°倾角的半反半透玻璃，将相机布设于法线方向，将条纹光源布设于与法线垂直的方向，通过半反半透玻璃反射条纹光源形成调制光，再由相机收集反射光。然而，此时相机收集的反射光光强度理论上只占发射光强度的四分之一，因此很难让调制光在明暗变化方向上灰度值的变化曲线具有足够的斜度，因此缺陷检出率并不令人满意。而采用相机和条纹光源布设于法线两边的方案时，同样遭遇很大的困难，就是由于手机玻璃盖板四边具有曲率，因此条纹光源的宽度必须比手机玻璃盖板的宽度大，才能使得反射光进入相机，而如果光源与手机玻璃盖板表面较远的话，则光源的宽度将极剧增加，因此，必须将光源布设得距离手机玻璃盖板表面足够近，此时，条纹光源的黑色条纹部分会产生待测物体反射出来的光再反射回待测物体后形成的干扰反射光，即使使用现在吸收率最好的材料，也无法避免该干扰反射光干扰调制效果，从而导致调制光在明暗变化方向上灰度值变化曲线斜度不够。

发明内容

本申请的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种表面缺陷显像装置和表面缺陷检测设备，其能够在光源距离待测物体表面较近的情况下避免干扰反射光对调制效果的影响，从而在明暗变化方向上的灰度值变化曲线具有足够的斜率。

为达成上述目的，采用如下技术方案：

表面缺陷显像装置，用于显像待测物体的待测表面上的缺陷，所述待测表面包括平坦的第一表面，所述待测物体相对所述表面缺陷显像装置沿平行于第一表面的第一方向运动；其包括：光源，其发光部设有朝向所述待测表面的第一发光面和不朝向所述待测表面的第二发光面，第一发光面和第二发光面相交形成折边，所述折边沿平行于第一表面且垂直于第一方向的第二方向延伸，并以第一表面为平面反射镜形成折边虚像；和相机，其用于连续拍摄待测物体，所述相机的光轴垂直地与所述折边虚像相交并与第一表面交于第一点；定义过第一点且垂直于第一方向的平面为第一平面，定义第一点和所述折边所在的平面为第二平面；所述光轴与第一平面形成的第一夹角等于第一点至所述折边的垂线与第一平面形成的第二夹角；所述光源还被配置为其任何部分均不位于第一平面和第二平面之间的区域内。

进一步地，所述待测表面还包括沿第二方向位于第一表面两侧的曲面或倾斜面；在第二方向上，所述折边的宽度大于所述待测物体的宽度。

进一步地，所述折边至第一表面的距离不超过0.2米。

进一步地，第一夹角不超过9°。

进一步地，所述相机为线扫相机，线扫方向与第二方向相同。

表面缺陷检测设备，其包括如上所述的表面缺陷显像装置和表面缺陷检测装置，所述表面缺陷检测装置将相机连续拍摄的图像合成为合成图像，并在识别到合成图像中待测表面所在区域内灰度值变化超过阈值时判定待测表面存在缺陷。

进一步地，还包括旋转机构；所述表面缺陷显像装置数量为两个，沿第一方向布设；所述旋转机构置于两个表面缺陷显像装置之间，用于使所述待测物体绕垂直于第一表面的转动轴转动90°，所述表面缺陷检测装置将两个表面缺陷显像装置的相机拍摄的图像分别合成为两个合成图像，并在识别到任一合成图像中待测表面所在区域内灰度值变化超过阈值时判定待测表面存在缺陷。

进一步地，所述阈值为动态阈值。

进一步地，还包括机架和传送机构；两个所述表面缺陷显像装置均固接于所述机架上；所述传送机构包括若干沿第一方向布设的彼此平行的传送辊，用以驱动所述待测物体沿第一方向运动；所述旋转机构用于从下至上穿过相邻的所述传送辊之间的间隔将所述待测物体顶起以脱离所述传送机构并带动所述待测物体旋转90°后将其放回所述传送机构。

相对于现有技术，上述方案具有的如下有益效果：

本申请中的表面缺陷显像装置，其光源的发光部具有折边，且光源的任何部分都不位于第一平面和第二平面围合而成的区域内。由于折边位于光源的最前端，因此折边的前方不再将待测物体的反射光再反射回待测物体，从而不再有足以影响调制效果的干扰反射光进入相机，使折边所产生的调制光在明暗变化方向上灰度值变化曲线具有足够的斜率，提高了表面缺陷的检出率。

待测表面包括沿第二方向位于第一表面两侧的曲面或倾斜面，则光源的宽度只有大于待测物体的宽度，才能够使第一表面两侧的曲面或倾斜面的反射光进入相机。

折边至第一表面的距离不超过0.2米，降低了对光源宽度的要求，同时也在相同的光强度情况下，使调制光在明暗变化方向上灰度值变化曲线斜率更陡。

第一夹角和第二夹角不超过9°，使得在存在第一表面两侧的曲面或倾斜面的情况下，进入相机的光强度更大，使调制光在明暗变化方向上灰度值变化曲线斜率更陡。另一方面，在第一表面两侧存在曲面或倾斜面时，第一夹角越大，折边在曲面或倾斜面上形成的具有明暗变化的调制图像沿第一方向的弯曲或倾斜的倾率也越大，从而导致相机无法观察到相关的调制图像，因此，第一夹角和第二夹角必须足够小，调制图像弯曲或倾斜的斜率才足够小，才能够被相机观察到。

采用线扫相机，可以连续工作，对待测物体的表面缺陷进行检测，提高了工作效率。

表面缺陷检测装置通过机器视觉识别到合成图像中待测表面所在区域内灰度值变化超过阈值时判定待测表面存在缺陷，能够快速准确地判定待测物体表面缺陷，提高了检测效率。

通过旋转机构将待测物体旋转90°，有利于检测四边均为曲面的手机玻璃盖板在第一表面缺陷检测装置检测不到的前后边的曲面。

采用动态阈值法，能够更有利于判定第一表面两侧的曲面或倾斜面上的缺陷。

旋转机构布设于两个表面缺陷显像装置之间，能够通过连续传送来检测待测物体所有待测表面。

传送机构采用传送辊，使旋转机构能够从下至上通过相邻传送辊之间的间隔顶起待测物体。

附图说明

为了更清楚地说明实施例的技术方案，下面简要介绍所需要使用的附图：

图1为表面缺陷显像装置的主视图；

图2为表面缺陷显像装置的侧视图；

图3为表面缺陷显像装置的俯视图；

图4为表面缺陷检测设备的结构示意图；

主要附图标记说明：

表面缺陷显像装置1；光源2；罩壳3；发光部4；第一发光面5；第二发光面6；折边7；折边虚像7a；相机8；光轴9；待测物体10；第一表面11；曲面12；表面缺陷检测设备13；机架14；传送机构15；旋转机构16；表面缺陷检测装置17；第一平面P1；第二平面P2；第一点O；第一点至折边的垂线L1；第一方向D1；第二方向D2；第一夹角α；第二夹角β。

具体实施方式

权利要求书和说明书中，除非另有限定，术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

权利要求书和说明书中，除非另有限定，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于简化描述，而不是暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作。

权利要求书和说明书中，除非另有限定，术语“固接”或“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸地固定连接、可拆卸地固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。

权利要求书和说明书中，除非另有限定，术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意为“包含但不限于”。

下面将结合附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1，图1示出了表面缺陷显像装置1包括光源2和相机8。表面缺陷显像装置1，用于检测待测物体10的待测表面上的缺陷。

其中，如图1至图3所示，待测表面包括平坦的第一表面11,待测物体10相对表面缺陷显像装置1沿平行于第一表面11的第一方向D1运动。待测表面还包括沿垂直于第一方向D1且平行于第一表面11的第二方向D2位于第一表面11两侧的曲面12，在其他实施例中曲面12也能为倾斜面。

如图1至图3所示，光源2包括彼此连为一体的罩壳3和发光部4。罩壳3的横截面呈矩形，且沿第二方向D2延伸。

发光部4位于罩壳3的下部，且位于待测物体10与罩壳3之间。发光部4的纵截面为直角梯形，且沿第二方向D2延伸，其沿第二方向D2的宽度与罩壳3沿第二方向D2的宽度相等且。发光部4横截面的上底和下底均平行于第一方向D1，且上底较下底更远离待测物体10。

发光部4朝向待测物体10的面形成第一发光面5，发光部4的倾斜面形成第二发光面6。第一发光面5和第二发光面6相交形成折边7，折边7以第一表面11为平面反射镜，在背离第一表面11的一侧形成折边虚像7a。折边虚像7a沿第一方向D1的前方形成明亮部，后方形成黑暗部，因此折边虚像7a沿第一方向D1形成灰度值变化较陡的明暗变化，以利于在此检测出缺陷。

由于待测表面包括沿第二方向D2位于第一表面11两侧的曲面12或倾斜面，因此在第二方向D2上折边7的宽度应大于待测物体10的宽度，才能使第一表面11两侧的曲面12或倾斜面的反射光进入下述的相机8。优选地，折边7至待测物体10第一表面11的距离不超过0.2m，降低了对光源2宽度的要求，同时也在相同的光强度情况下，使调制光在明暗变化方向上灰度值变化曲线斜率更陡。

如图1至图2所示，相机8为线扫相机8，其线扫方向与第二方向D2相同。相机8装设于光源2的上方，用于连续拍摄待测物体10；采用线扫相机8，可以连续工作，对待测物体10的表面缺陷进行检测，提高了工作效率。相机8的光轴9垂直地与折边虚像7a相交，并与第一表面11相交于第一点0。定义过第一点O且垂直于第一方向D1的平面为第一平面P1，定义第一点O和折边7所在的平面为第二平面P2；光轴9与第一平面P1形成的第一夹角α等于第一点O至所述折边7的垂线L1与第一平面P1形成的第二夹角β。

本申请与现有技术的一个非常重要的区别在于，上述光源2的任何部分均不位于第一平面P1和第二平面P2之间的区域内，也就是说，在折边7至第一平面P1这段区域内，不会有干扰反射光，从而使上述在明暗变化方向上灰度值变化曲线斜率能够保持陡峭，以保证对缺陷的检出，提高缺陷检出率。

第一夹角α不超过9°，当然，因为第二夹角β等于第一夹角，因此第二夹角β也不超过9°，在本实施例中，第一夹角α和第二夹角β均为7°。相机8和折边7均形成高角度，使得在存在第一表面11两侧的曲面12或倾斜面的情况下，折边虚像7a的明亮部分进入相机8的光强度更大，使调制光在明暗变化方向上灰度值变化曲线斜率更陡。另一方面，在第一表面两侧存在曲面或倾斜面时，第一夹角越大，折边在曲面或倾斜面上形成的具有明暗变化的调制图像沿第一方向的弯曲或倾斜的倾率也越大，从而导致相机无法观察到相关的调制图像，因此，第一夹角和第二夹角必须足够小，调制图像弯曲或倾斜的斜率才足够小，才能够被相机观察到。

本实例的表面缺陷显像装置1，在使用时，驱动待测物体10沿第一方向D1运动，相机8连续的拍摄待测物体10。由于第一发光部4与折边7前方存在明暗对比，形成调制光；因此相机8拍摄的图像存在明暗变化。通过肉眼观察相机8拍摄到的图像，若图像中待测物体10沿第二方向D2的灰度值存在突变，则判定待测物体10在灰度值突变的位置存在缺陷。由于，本实施例的表面缺陷显像装置1其光源2的发光部4具有折边7，且光源2的任何部分都不位于第一平面P1和第二平面P2围合而成的区域内。由于折边7位于光源2的最前端，因此折边7的前方不再将待测物体10的反射光再反射回待测物体10，从而不再有足以影响调制效果的干扰反射光进入相机8，使折边7所产生的调制光在明暗变化方向上灰度值变化曲线个有足够的斜率，提高了表面缺陷的检出率。

本实施例还提供了一种表面缺陷检测设备13，如图4所示，表面缺陷检测设备包括传送机构15、机架14、旋转机构16、表面缺陷检测装置17和两个上述的表面缺陷显像装置1。

其中，传送机构15包括若干沿第一方向D1布设的彼此平行的传送辊，用以驱动待测物体10沿第一方向D1运动；传送机构15采用传送辊，使下述旋转机构16能够从下至上通过相邻传送辊之间的间隔顶起待测物体10。两表面缺陷显像装置1，沿第一方向D1布设，且分别固接于位于传送机构15上方的机架14上。

旋转机构16用于使待测物体10绕垂直于第一表面11的转动轴转动90°；旋转机构16装设于位于传送机构15下方的机架14上，且位于两表面缺陷显像装置1之间的位置，因此，旋转机构16不妨碍待测物体10在传送机构15上的传送，使表面缺陷检测设备13能够通过连续传送来检测待测物体10的所有待测表面。

表面缺陷检测装置17与两表面缺陷显像装置1中的相机8连接，具体为带图像合成、识别与分析功能的计算机。表面缺陷检测装置17将两个表面缺陷显像装置1的相机8拍摄的图像分别合成为两个合成图像，并通过机器视觉发现在两个合成图像中任一合成图像的待测表面所在区域内灰度值变化超过动态阈值时判定待测表面存在缺陷。这里的动态阈值，是指沿第一方向和/或第二方向，特定像素范围内的移动平均灰度值。通过引入表面缺陷检测装置17，能够快速准确地判定待测物体10的表面缺陷，提高了检测效率。

本实施例中的表面缺陷检测设备在使用时，将待测物体10放置在传送机构15的上，并使待测物体10的待测表面朝向表面缺陷显像装置1；传送机构15驱动待测物体10沿第一方向D1运动，依次穿过两个表面缺陷显像装置1。在待测物体10运动的过程中，第一发光面5照射待测物体10的待测表面，相机8连续拍摄待测物体10，并将拍摄到的图像传输至表面缺陷检测装置17上，识别待测表面所在区域在第二方向D2上的灰度值变化。

当待测物体10运动至旋转机构16的上方时，旋转机构16从下至上地穿过相邻的传送辊之间的间隔将待测物体10顶起以脱离传送机构15，并带动待测物体10旋转90°后将其放回传送机构15上，继续沿第一方向D1运动；有利于检测四边均为曲面12的手机玻璃盖板在第一个表面缺陷检测装置17检测不到的前后边的曲面12。表面缺陷检测装置17将两个表面缺陷显像装置10中拍摄的图像分别合成为两个合成图像，并在识别到任一合成图像中待测表面所在区域内灰度值变化超过阈值时判定待测表面存在缺陷。

上述说明书和实施例的描述，用于解释本申请的保护范围，但并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (9)

1.表面缺陷显像装置，用于显像待测物体的待测表面上的缺陷，所述待测表面包括平坦的第一表面，所述待测物体相对所述表面缺陷显像装置沿平行于第一表面的第一方向运动；其特征是，包括：

光源，其发光部设有朝向所述待测表面的第一发光面和不朝向所述待测表面的第二发光面，第一发光面和第二发光面相交形成折边，所述折边沿平行于第一表面且垂直于第一方向的第二方向延伸，并以第一表面为平面反射镜形成折边虚像；和

相机，其用于连续拍摄待测物体，所述相机的光轴垂直地与所述折边虚像相交并与第一表面交于第一点；定义过第一点且垂直于第一方向的平面为第一平面，定义第一点和所述折边所在的平面为第二平面；所述光轴与第一平面形成的第一夹角等于第一点至所述折边的垂线与第一平面形成的第二夹角；

所述光源还被配置为其任何部分均不位于第一平面和第二平面之间的区域内。

2.如权利要求1所述的表面缺陷显像装置，其特征是，所述待测表面还包括沿第二方向位于第一表面两侧的曲面或倾斜面；在第二方向上，所述折边的宽度大于所述待测物体的宽度。

3.如权利要求3所述的表面缺陷显像装置，其特征是，所述折边至第一表面的距离不超过0.2米。

4.如权利要求1所述的表面缺陷显像装置，其特征是，第一夹角不超过9°。

5.如权利要求1所述的表面缺陷显像装置，其特征是，所述相机为线扫相机，线扫方向与第二方向相同。

6.表面缺陷检测设备，其特征是，包括如权利要求1至5中任一项所述的表面缺陷显像装置和表面缺陷检测装置，所述表面缺陷检测装置将相机连续拍摄的图像合成为合成图像，并在识别到合成图像中待测表面所在区域内灰度值变化超过阈值时判定待测表面存在缺陷。

7.如权利要求6所述的表面缺陷检测设备，其特征是，还包括旋转机构；所述表面缺陷显像装置数量为两个，沿第一方向布设；所述旋转机构置于两个表面缺陷显像装置之间，用于使所述待测物体绕垂直于第一表面的转动轴转动90°，所述表面缺陷检测装置将两个表面缺陷显像装置的相机拍摄的图像分别合成为两个合成图像，并在识别到任一合成图像中待测表面所在区域内灰度值变化超过阈值时判定待测表面存在缺陷。

8.如权利要求6或7所述的表面缺陷检测设备，其特征是，所述阈值为动态阈值。

9.如权利要求7所述的表面缺陷检测设备，其特征是，还包括机架和传送机构；两个所述表面缺陷显像装置均固接于所述机架上；所述传送机构包括若干沿第一方向布设的彼此平行的传送辊，用以驱动所述待测物体沿第一方向运动；所述旋转机构用于从下至上穿过相邻的所述传送辊之间的间隔将所述待测物体顶起以脱离所述传送机构并带动所述待测物体旋转90°后将其放回所述传送机构。

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