CN113624461A - 基于线结构光的薄膜均匀性检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于线结构光的薄膜均匀性检测系统，包括成像单元、采集单元、处理单元、存储单元、控制单元；所述成像单元用于产生网格图像，依次包括光源、滤光片和网格衍射光栅，光源发出光线经过滤光片来进行光源光强和波长调节，再经过网格衍射光栅后进行衍射分光，形成连续的网格光斑投射到薄膜被测区域；所述采集单元包括载物台和多个线阵相机，用于采集所述网格图像，并进行多相机标定；所述处理单元用于采用预设的薄膜均匀性检测模型对所述网格图像进行识别，检测所述网格图像是否发生畸变，从而实现薄膜均匀一致性判别。本发明能够解决现有采集表面反光薄膜图像孤立噪声点多的问题，实现薄膜表面的均匀性检测。

Description

基于线结构光的薄膜均匀性检测系统

技术领域

本发明涉及薄膜均匀性检测技术领域，特别是涉及一种基于线结构光的薄膜均匀性检测系统。

背景技术

薄膜广泛应用于液晶电视、平板电脑、智能手机、车载显示屏等领域，受生产工艺或生产环境等条件的限制，薄膜在生产过程中容易产生质量缺陷，主要表现在厚度不均匀、表面出现划痕、内部产生气泡，或薄膜内部掺入杂质、尘埃等，因此，薄膜均匀性检测成为薄膜类材料生产质量控制的重要一环。

传统的检测一般由有经验的检测人员目测和简单测量来实现，检测结果缺乏可靠性以及精确性，无法量化评价且难以进行长时间的观测。结构光视觉检测方法凭借其非接触性，可获取检测对象工件尺寸且具有高精度的优势，成为目前薄膜领域最具发展前景的检测技术。但对于表面反光的薄膜，比如聚脂薄膜，存在采集的薄膜图像孤立噪声点多的不足，严重影响图像的后续处理，进而影响薄膜均匀性的判别准确性。

因此亟需提供一种新型的基于线结构光的薄膜均匀性检测系统来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于线结构光的薄膜均匀性检测系统，能够实现薄膜表面的均匀性检测。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于线结构光的薄膜均匀性检测系统，包括成像单元、采集单元、处理单元、存储单元、控制单元；

所述成像单元用于产生网格图像，依次包括光源、滤光片、网格衍射光栅，光源发出光线经过滤光片来进行光源光强和波长调节，再经过网格衍射光栅后进行衍射分光，形成连续的网格光斑投射到薄膜被测区域；

所述采集单元包括载物台、多个线阵相机，用于采集所述网格图像，并进行多相机标定；

所述处理单元用于采用预设的薄膜均匀性检测模型对所述网格图像进行识别，检测所述网格图像是否发生畸变，从而实现薄膜均匀一致性判别；

所述存储单元用于预存各类滤波算法、薄膜均匀性检测模型和所述线阵相机获得的薄膜均匀一致和非一致典型网格图像库；

所述控制单元用于对所述成像单元、采集单元和处理单元的各种控制参数进行设定。

在本发明一个较佳实施例中，所述网格衍射光栅采用电子光栅，得到多束分光束，通过透光栅条与不透光栅条获得相干波干涉条纹作为投影光，用于在薄膜被测区域上形成网格图像。

在本发明一个较佳实施例中，所述成像单元还包括设置在光源与滤光片之间的偏振片，用于偏振光照明，解决高反光薄膜的均匀性检测问题。

在本发明一个较佳实施例中，所述载物台用于承载待检测薄膜，配合外置的薄膜传送系统实现待检测薄膜的高精度成像，在起始处置和终点位置分别安装有起始位置传感器和终点位置传感器。

在本发明一个较佳实施例中，所述存储单元还用于预存薄膜缺陷类型、薄膜传送速度与光源、线阵相机的参数关系字典。

在本发明一个较佳实施例中，所述薄膜均匀性检测模型提供两种检测模式，包括精准模式和简单模式。

进一步的，所述精准模式使用并列的特征提取网络分别提取每个所述线阵相机获得的薄膜被测区域图像特征，然后使用多模态融合网络进行融合构建，并通过标注后的薄膜均匀一致和非一致网格图像集进行训练得到。

进一步的，所述简单模式通过将每个所述线阵相机获得的薄膜被测区域图像与所述典型网格图像库中对应线阵相机获得的图像进行相似度比对，按照设定的检测条件给出薄膜均匀一致性与否或者指定缺陷类型的快速简单检测。

在本发明一个较佳实施例中，该检测系统还包括显示单元，用于将每一个薄膜均匀性检测情况进行大屏可视化展示。

在本发明一个较佳实施例中，该检测系统还包括执行单元，用于检测到不合格薄膜后的操作。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过将光源的光线透过网格衍射光栅得到多束分光束，不同束的分光束经过不同的滤光片实现滤光后，在薄膜被测区域上形成网格图像，反射到对应的线阵相机，具有获得的图像效果好、噪声点少的优点，能满足薄膜绝大多数缺陷类型检测所需的图像质量要求；

(2)本发明通过采用多组分别沿分光束的光路前后设置的滤光片和对应的线阵相机，采集到的多路薄膜网格图像能够极大表征薄膜均匀性信息，结合特征提取网络和多模态融合网络，能准确、客观地检测薄膜均匀性；

(3)本发明所述薄膜均匀性检测模型提供了精准模式和简单模式两种检测模式，薄膜均匀性检测更具灵活性。

附图说明

图1是本发明基于线结构光的薄膜均匀性检测系统一较佳实施例的结构框图；

图2是所述成像单元的光路框图；

图3是所述检测系统的光路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本发明实施例包括：

一种基于线结构光的薄膜均匀性检测系统，包括成像单元、采集单元、处理单元、存储单元、控制单元、显示单元、执行单元。

结合图2，所述成像单元用于产生网格图像，依次包括光源、滤光片和网格衍射光栅，光源发出光线经过滤光片来进行光源光强和波长调节，再经过网格衍射光栅后进行衍射分光，形成连续的网格光斑投射到薄膜被测区域。

进一步的，所述光源为可见光光源或激光光源或红外光源。

所述网格衍射光栅得到多束分光束，通过透光栅条与不透光栅条获得相干波干涉条纹作为投影光，用于在薄膜被测区域上形成网格图像。其中，所述衍射光栅选用电子光栅，避免使用传统实物光栅获得的条纹图像分辨率受到光栅条纹密度约束，并根据网格图像信息对其相关参数进行标定，使其满足预设要求，包括：分析薄膜被测区域上的网格图像与投射距离是否匹配，以及分析网格图像中网格大小是否与预设的识别算法匹配；若不匹配，调节电子光栅上的电参数，直至网格图像与投射距离和识别算法匹配。通过网格衍射光栅获得的图像效果好，噪声点少，能满足薄膜绝大多数缺陷类型检测所需的图像质量要求。

进一步的，所述滤光片包括多个带通滤光片，使得不同束的所述分光束经过不同的所述带通滤光片实现滤光。

优选的，所述成像单元还可包括偏振片，设置于光源与滤光片之间，用于偏振光照明，解决高反光薄膜的均匀性检测问题。因为光的偏振特性可以有效消除高反光薄膜的镜面反射，从而提高了缺陷区域的信噪比，降低漏检率。

结合图3，所述采集单元包括载物台、滑动导轨和多个线阵相机，用于采集所述网格图像，并进行多相机标定。每组所述带通滤光片、对应的线阵相机沿不同所述分光束的光路前后设置，使得不同束的所述分光束经过不同的所述带通滤光片实现滤光后，将载物台上薄膜被测区域形成的网格图像反射到所述对应的线阵相机。通过采用多组分别沿分光束的光路前后设置的滤光片和对应的线阵相机，采集到的多路薄膜网格图像能够极大表征薄膜均匀性信息，结合特征提取网络和多模态融合网络，能准确、客观地检测薄膜均匀性。

进一步的，所述线阵相机可采用线阵CCD相机或/和CMOS相机，以提高成像效率。

所述载物台位于滑动导轨上，可以是滑动导轨的某一区域。外置的薄膜传送系统将待检测薄膜传送至滑动导轨上。所述载物台用于承载待检测薄膜，配合外置的薄膜传送系统可以实现待检测薄膜的高精度成像，如同流水线生产环节，待检测薄膜源源不断地在所述载物台经过，不需要停留便能实现图像采集、检测。

具体的，所述载物台在起始位置和终点位置分别安装有起始位置传感器和终点位置传感器，在传感器的信号辨别下，以自动开启和关闭图像采集、检测。

所述多相机标定方法为：首先，通过安装在所述载物台靠近终点处的位置传感器对齐待检测薄膜至该处，给出坐标原点O，此时所述待检测薄膜整个区域均在所述载物台上，以水平传送方向为X轴，垂直方向为Y轴，建立世界坐标系；其次，在所述载物台上安放多个已知位置关系的标定板，每个所述线阵相机至少都能拍摄到一个标定板，各个标定板的坐标值在世界坐标系下给出；最后，每个线阵相机采集所述载物台包含标定板的图像并采用张正友标定法进行标定，各自建立相机坐标系，获得标定板在所述相机坐标系中各自的像素坐标，建立每个所述相机视觉单元中的像素坐标系，确定整个像素坐标系的每个像素单元坐标值与世界坐标系对应坐标值的映射关系，依据所述映射关系给出所述网格点坐标值，实现多相机标定。

所述处理单元用于采用预设的薄膜均匀性检测模型对所述网格图像进行识别，检测所述网格图像是否发生畸变，从而实现薄膜均匀一致性判别。

为了提高检测准确度，所述处理单元还可对网格图像信息进行预处理，预处理包括对获取的监控区域图像进行中值滤波、高斯滤波或小波阈值滤波去噪。

进一步的，所述处理单元还可对所述网格图像发生的畸变类别进行判别，给出薄膜缺陷类型。

所述存储单元用于预存各类滤波算法，包括中值滤波、高斯滤波、小波阈值滤波和新息自适应卡尔曼滤波算法，薄膜均匀性检测模型和所述线阵相机获得的薄膜均匀一致和非一致典型网格图像库，还用于预存薄膜缺陷类型、薄膜传送速度与光源、线阵相机的参数关系字典。

进一步的，所述薄膜均匀性检测模型提供两种检测模式，包括精准模式和简单模式，用于分别给出更准确但相对耗时的检测结果和较准确但相对快速的检测结果，薄膜均匀性检测更具灵活性。

具体的，所述精准模式使用并列的特征提取网络分别提取每个所述线阵相机获得的薄膜被测区域图像特征，然后使用多模态融合网络进行融合构建并通过标注后的薄膜均匀一致和非一致网格图像集进行训练得到。

其中，所述特征提取网络包括但不限于CNN、RNN、LSTM等网络模型及其组合或者变体。

所述多模态融合网络采用全连接网络，一般选用2～4层。前一层全连接网络的输出作为后一层全连接网络的输入，第一层全连接网络的输入为特征提取网络得到的特征向量，最后一层全连接网络的输出为表征薄膜均匀性情况的特征向量，该特征向量的长度等于输入的一组检测数据中含有的薄膜均匀性情况标签种类数(对薄膜均匀一致性与否检测为一致和不一致两类，对缺陷类型检测为缺陷类型数)，该特征向量的各元素分别表示各类薄膜均匀性情况的概率，概率最大并且概率超过设定阈值的类别就是判定的薄膜均匀性分类，同时给出所述缺陷在薄膜被测区域中的网格点坐标范围。

优选的，所述特征提取网络可采用ResNeXt改进后的U-Net网络，引入了残差模块，主要包括降采样和上采样两部分。降采样采用典型的卷积网络结构，每个特征尺度采用两个3×3卷积，然后用2×2的最大池化做降采样，每次降采样特征的通道数都会增加一倍。上采样使用最大池化的上卷积(特征通道数量减少一半)，与同尺度的降采样部分的特征图直接拼接，然后再用两个3×3的卷积，最后用1×3卷积将特征图映射到实际需要的分类数目的通道数进行分类检测。

具体的，所述简单模式通过将每个所述线阵相机获得的薄膜被测区域图像与所述典型网格图像库中对应线阵相机获得的图像进行相似度比对，按照设定的检测条件给出薄膜均匀一致性与否或者指定缺陷类型的快速简单检测。例如下表1所示的均匀一致性与否检测，对于判断为待定的结果可通过编码标记、界面弹窗、语音提醒相关人员进行人工再次检测。

所述设定的检测条件可通过定量分析相似度、相机数目等因素，构建专家打分的判断矩阵，定量分析该因素对检测结果的影响权重，给出基于该因素的专家打分值，在此基础上进行检测结果评估并分级判别，比如对于薄膜均匀一致性与否检测，为一致、待定、不一致。

表1

所述控制单元用于对成像单元、采集单元和处理单元的各种控制参数进行设定，包括电子光栅电参数、滤光片带宽、光源照射角度、线阵相机明暗域位置及采集行频和检测模式。特别是控制线阵相机的采集行频，使其与薄膜传送速度匹配，并根据采集行频来限制薄膜的最大传送速度，两者关系满足f＝v*b/s，其中f表示采集行频，v表示薄膜传送速度，b表示成像单元放大率，s表示线阵相机的像元尺寸大小。

进一步的，所述控制单元接收外置的薄膜传送系统中的编码器感知的薄膜传送速度信息，并采用新息自适应卡尔曼滤波算法进行高精度测速，根据薄膜缺陷类型、薄膜传送速度与光源、线阵相机的参数关系字典进行查找，得到当前光源、线阵相机的参数值并进行设定。

所述显示单元用于将每一个薄膜均匀性检测情况进行大屏可视化展示，包括当前检测薄膜的批次编号、系统编号、检测时间、操作员信息等，以及已检测薄膜数目、待检测薄膜数目、合格薄膜数目等。

进一步的，显示单元支持手机、平板、电脑等终端显示，可以一键给出不合格薄膜的批次编号，并支持数据导出。

所述执行单元用于检测到不合格薄膜后的操作。

进一步的，所述执行单元可以按照客户需求定制，如提供一个告警信息，或者进行语音播放不合格薄膜批次编号等。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于线结构光的薄膜均匀性检测系统，其特征在于，包括成像单元、采集单元、处理单元、存储单元、控制单元；

所述成像单元用于产生网格图像，依次包括光源、滤光片、网格衍射光栅，光源发出光线经过滤光片来进行光源光强和波长调节，再经过网格衍射光栅后进行衍射分光，形成连续的网格光斑投射到薄膜被测区域；

所述采集单元包括载物台、多个线阵相机，用于采集所述网格图像，并进行多相机标定；

所述处理单元用于采用预设的薄膜均匀性检测模型对所述网格图像进行识别，检测所述网格图像是否发生畸变，从而实现薄膜均匀一致性判别；

所述存储单元用于预存各类滤波算法、薄膜均匀性检测模型和所述线阵相机获得的薄膜均匀一致和非一致典型网格图像库；

所述控制单元用于对所述成像单元、采集单元和处理单元的各种控制参数进行设定。

2.根据权利要求1所述的基于线结构光的薄膜均匀性检测系统，其特征在于，所述网格衍射光栅采用电子光栅，得到多束分光束，通过透光栅条与不透光栅条获得相干波干涉条纹作为投影光，用于在薄膜被测区域上形成网格图像。

3.根据权利要求1所述的基于线结构光的薄膜均匀性检测系统，其特征在于，所述成像单元还包括设置在光源与滤光片之间的偏振片，用于偏振光照明，解决高反光薄膜的均匀性检测问题。

4.根据权利要求1所述的基于线结构光的薄膜均匀性检测系统，其特征在于，所述载物台用于承载待检测薄膜，配合外置的薄膜传送系统实现待检测薄膜的高精度成像，在起始处置和终点位置分别安装有起始位置传感器和终点位置传感器。

5.根据权利要求1所述的基于线结构光的薄膜均匀性检测系统，其特征在于，所述存储单元还用于预存薄膜缺陷类型、薄膜传送速度与光源、线阵相机的参数关系字典。

6.根据权利要求1所述的基于线结构光的薄膜均匀性检测系统，其特征在于，所述薄膜均匀性检测模型提供两种检测模式，包括精准模式和简单模式。

7.根据权利要求6所述的基于线结构光的薄膜均匀性检测系统，其特征在于，所述精准模式使用并列的特征提取网络分别提取每个所述线阵相机获得的薄膜被测区域图像特征，然后使用多模态融合网络进行融合构建，并通过标注后的薄膜均匀一致和非一致网格图像集进行训练得到。

8.根据权利要求6所述的基于线结构光的薄膜均匀性检测系统，其特征在于，所述简单模式通过将每个所述线阵相机获得的薄膜被测区域图像与所述典型网格图像库中对应线阵相机获得的图像进行相似度比对，按照设定的检测条件给出薄膜均匀一致性与否或者指定缺陷类型的快速简单检测。

9.根据权利要求1所述的基于线结构光的薄膜均匀性检测系统，其特征在于，还包括显示单元，用于将每一个薄膜均匀性检测情况进行大屏可视化展示。

10.根据权利要求1所述的基于线结构光的薄膜均匀性检测系统，其特征在于，还包括执行单元，用于检测到不合格薄膜后的操作。

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