CN115655125A - 用于盖板玻璃油墨厚度在线检测方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在线检测装置技术领域，具体涉及一种用于盖板玻璃油墨厚度在线检测方法及设备。本发明使位于盖板玻璃上下两侧的激光发射器的激光，分别发出一束光，经过折射、反射后在光电位敏传感器的接收面上形成反射光斑，光斑位置与被测盖板玻璃存在一定的对应关系，经过光学公式计算标定以后可以计算出各个层面的厚度；同时测量出油墨区域的整体厚度，再测量出油墨层下方盖板玻璃的厚度，然后利用算法自动计算出，油墨区域整体的厚度减去油墨下方盖板玻璃的厚度，即可得出盖板玻璃油墨涂层的真实厚度。本发明能够实现盖板玻璃油墨厚度的在线高精度测量；不仅解决盖板玻璃油墨厚度非接触式在线全检的问题，并且设备成本低廉、操作简洁、结果可靠。

Description

用于盖板玻璃油墨厚度在线检测方法及设备

技术领域

本发明涉及在线检测装置技术领域，具体涉及一种用于盖板玻璃油墨厚度在线检测方法及设备。

背景技术

盖板玻璃的边缘需要丝印一层油墨，用来达到遮盖电子元件、改变盖板玻璃张力、美观等功能。油墨的厚度会影像屏幕的显示效果、一体性以及油墨所需的遮盖性，还会捎带影响光电位敏传感器功能，所以对盖板玻璃油墨厚度要求十分苛刻。

在当前的盖板玻璃生产车间中，对油墨厚度检测的方法，最普遍的依然是使用接触式检验，既从产线上抽检一块丝印油墨后的产品，使用厚度规或厚度计等方法，分别测量有油墨的区域和没有油墨的区域，通过计算出厚度差来确定油墨的厚度。在此过程中不仅会对油墨层有一定程度的损伤，并且测试效率和测试准确都很难有明显提升。

目前也有一些非接触式油墨厚度的仪器和方法，有的直接采用二次元仪抽检测量厚度或使用光谱共焦位移光电位敏传感器抽检扫描油墨的厚度灯。但这些都存在成本很高，过程繁琐，有的也不适合在线检测等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于盖板玻璃油墨厚度在线检测方法及设备，能够实现盖板玻璃油墨厚度的在线高精度测量。

本发明的技术方案为：

一种用于盖板玻璃油墨厚度在线检测方法，包括以下步骤：

S1：将盖板玻璃放置在上下两台激光测厚仪之间，每台激光测厚仪均由激光发射器、光电位敏传感器和成像透镜构成；

假设上下两个激光发射器的固定间距为L1，上下两个激光发射器与盖板玻璃的垂直距离分别为L2和L3，将盖板玻璃的油墨层朝上设置，根据光学三角厚度计算公式，则被侧面垂直方向的L2和L3位移距离x分别计算为：

式中：x为被侧面垂直方向的位移距离，y为光敏面上位移的距离，θ₁为激光入射角，θ₂为出射角，r为接收成像透镜出射光与光电位敏传感器接受面的夹角，a为成像物距，b为成像像距；

则盖板玻璃油墨区域的整体厚度A计算为：A＝L1-(L2+L3)；

S2：由激光器发射一束激光照射至上方的盖板玻璃表面形成第一块光斑，并产生第一道反射光线，反射至光电位敏传感器上，而另一部分光线照射到盖板玻璃表面之后，进入盖板玻璃内部，由于盖板玻璃与空气之间的折射率不同，光线在进入盖板玻璃内部后发生折射，到达盖板玻璃的油墨底面后，由于油墨不透光，所以又会在油墨的底面形成光斑发生反射，反射光线又回到光线进入的一侧，从盖板玻璃表面出来形成第二道反射光线，光电位敏传感器接收到折射回来的第二道反射光线；

假设第一道反射光线到第二道反射光线的距离△H1，则盖板玻璃的玻璃厚度H1计算为：

式中：△H1为光电位敏传感器上两点的间距，n为盖板玻璃的折射率，θ为激光入射角，β为成像透镜的放大率；

S3：根据S2的测量结果，盖板玻璃油墨层HO的厚度计算为：H0＝[L1-(L2+L3)]-H1。

优选地，所述步骤S1中激光测厚仪的激光按照特定的入射角照射盖板玻璃表面，受到盖板玻璃表面特性的影响，激光在盖板玻璃表面将会发生漫反射和镜面反射从而产生光斑，光斑通过成像透镜将会在光电位敏传感器的光敏面成像，且位置唯一；

当盖板玻璃的厚度发生变化，光斑在空间中的位置随之变化，光斑的成像位置将发生变化，且位置依旧唯一，前后两个成像光斑的相对位移视为成像光斑位移，通过几何证明得到成像光斑位移和盖板玻璃厚度变化之间的关系式。

优选地，所述步骤S1中，盖板玻璃上方激光测厚仪的工作过程：

激光器以一定倾斜角度发射一道激光，斜射至盖板玻璃油墨层，在照射到上方油墨层时，由于油墨不透光且会阻挡光线向下传递至盖板玻璃，在油墨层生成一个光斑，同时产生一个镜面反射光线，经成像透镜汇聚反射光在光电位敏传感器上。

优选地，所述步骤S1中，盖板玻璃上方激光测厚仪的工作过程：

激光器以一定倾斜角度发射一道激光，斜射至盖板玻璃表面，并在盖板玻璃表面生成一个光斑，同时产生一个镜面反射光线，经成像透镜汇聚反射光在光电位敏传感器上。

优选地，所述步骤S2中，盖板玻璃的玻璃厚度H1计算的原理如下：

入射光P0的入射角为T0，反射角T1与入射角T0相等，盖板玻璃上表面反射光线为P1，同时入射光在盖板玻璃上表面发生折射之后在下表面发生反射，再通过上表面折射光线P3，得到上表面反射光线P1和上表面折射光线P3平行，令平行P1和P3的间距为h，根据折射定律，计算得到盖板玻璃玻璃厚度H1。

本发明的技术方案为：

一种用于盖板玻璃油墨厚度在线检测设备，包括两台激光测厚仪、盖板玻璃、操作台、中控电脑，其中：

两台激光测厚仪，位于传送装置的两侧，两台激光测厚仪分为位于盖板玻璃上方的激光测厚仪Ⅰ、位于盖板玻璃下方的激光测厚仪Ⅱ；

盖板玻璃，其上印刷有油墨层，盖板玻璃由伺服电机驱动传送装置，逐渐移动到两台激光测厚仪之间；

操作台，用于控制设备的开关和运行动作，下方布置有导轨，导轨由两侧的拖链带动，用于控制拖链动作从而改变两台激光测厚仪的距离，使激光能够照射在盖板玻璃的油墨区域；

中控电脑，用于设定油墨层厚度的检测范围并接收位于激光测厚仪前方的接近开关的电信号，控制激光测厚仪发射激光到盖板玻璃的上下两面，然后接收反射到光电位敏传感器上的反射信号，通过算法公式计算出油墨层的厚度，显示在屏幕中。

优选地，所述操作台通过拖链控制两台激光测厚仪的距离，使自动测厚仪的激光正好照射在盖板玻璃的油墨区域，以适用不同尺寸的产品。拖链控制两台测厚仪的前后移动不影响测厚的数据是为了适应不同尺寸的盖板玻璃)

优选地，所述操作台通过拖链控制两台激光测厚仪的距离，从而改变两个激光发射器的固定间距为L1，进而控制上下两个激光发射器与盖板玻璃的垂直距离分别为L2和L3。

优选地，所述中控电脑控制激光测厚仪下方的激光器发射一道激光，以一定角度照射在盖板玻璃的玻璃面，并获取光电位敏传感器上两点的间距△H1，根据已知的盖板玻璃的折射率n、成像透镜的放大率β，中控电脑根据公式分别计算出盖板玻璃的整体厚度、玻璃的厚度以及最终油墨层的厚度结果，并将结果显示在中控电脑的屏幕上。

优选地，所述中控电脑扫描测量油墨层厚度结束时，盖板玻璃由伺服电机驱动传送装置，逐渐离开两台激光测厚仪，随后中控电脑停止测试和记录等待下一个盖板玻璃传送过来重新开启。

本发明的与现有技术相比，具有以下有益效果：

不仅解决了盖板玻璃油墨厚度非接触式在线全检的问题，并且设备成本低廉、操作简洁、结果可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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是激光三角测量结构的原理图。

图2是本发明的结构示意图。

图3是激光盖板玻璃测厚的原理图。

图4是在线检测设备结构的结构示意图。

图5是图4的局部放大图。

图中：1、激光测厚仪Ⅰ；2、激光测厚仪Ⅱ；3、盖板玻璃；4、拖链；5、传送装置；6、操作台；7、伺服电机；8、中控电脑；9、滑动导轨；10、接近开关；11、光电位敏传感器；12、激光发射器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1和图2所示，本发明根据光学三角厚度测量原理和结构为基础，提出一种可以直接测量出盖板玻璃油墨厚度的检测原理和设备。

激光三角法是非接触式测量中常用的光电检测方法。激光三角法测量原理主要涉及了光学反射规律和相似三角形原理，如图1所示，本发明所述的用于盖板玻璃油墨厚度在线检测设备，由光电位敏传感器、成像透镜、激光器为主要组成装置。

工作原理：

激光按照特定的入射角照射盖板玻璃表面，受到盖板玻璃表面特性的影响，激光在盖板玻璃表面将会发生漫反射和镜面反射从而产生光斑，光斑通过成像透镜将会在光电位敏传感器的光敏面成像，且位置唯一。当盖板玻璃的厚度发生变化，例如增加时，光斑在空间中的位置上升，光斑的成像位置将发生变化，且位置依旧唯一，前后两个成像光斑的相对位移视为成像光斑位移。通过几何证明得到成像光斑位移和盖板玻璃厚度变化之间的关系式。

经过设计使位于盖板玻璃上下两侧的激光发射器的激光，分别发出一束光。经过折射、反射后在光电位敏传感器的接收面上形成反射光斑。光斑位置与被测盖板玻璃存在一定的对应关系，经过光学公式计算标定以后可以计算出各个层面的厚度。同时测量出丝印有油墨区域的整体厚度，再测量出油墨层下方盖板玻璃的厚度，然后利用算法自动计算出，油墨区域整体的厚度减去油墨下方盖板玻璃的厚度，即可得出盖板玻璃油墨涂层的真实厚度。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明所述的用于盖板玻璃油墨厚度在线检测方法，包括如下步骤：

如图3所示，先测量出油墨区域的整体厚度，原理过程如下：

采用斜射法原理，激光测厚仪由上下两个激光发射器光电位敏传感器对射的方式组成，且上下两个激光器的固定间距为L1。

盖板玻璃的油墨区域，置于上下两个测量工装中，并使丝印有油墨的位置朝上；

由激光测厚仪Ⅰ的激光器以一定倾斜角度发射一道激光，在空气中传播至盖板玻璃油墨层，在照射到上方油墨层时，由于油墨不透光，且会阻挡光线向下传递至盖板玻璃，并在油墨层产生一个亮的光斑，并产生一个镜面反射光线，经成像透镜汇聚反射光在光电位敏传感器上。同理下方激光测厚仪Ⅱ的激光器发射一束激光，首先斜射至盖板玻璃表面，并在盖板玻璃表面，形成第一个光斑并产生镜面反射，形成第一个激光至光电位敏传感器上，再根据光学三角厚度计算公式出盖板玻璃被侧两面与上下激光侧头的垂直距离L2和L3。

光学三角厚度测量计算公式如下：

式中：x为被侧面垂直方向的位移距离，y为光敏面上位移的距离，θ₁为激光入射角，θ₂为出射角，r为接收成像透镜出射光与光电位敏传感器接受面的夹角，a为成像物距，b为成像像距.

S14：根据以上步骤盖板玻璃油墨区域的整体厚度计算为：

A＝L1-(L2+L3)

式中：A为盖板玻璃油墨区域整体厚度，L1为上下两个激光器的固定间距，L3为上方激光器到上方油墨表面的距离，L2为下方激光器到下方盖板玻璃表面的距离。

盖板玻璃测厚的原理如图2所示：

入射光P0的入射角为T0，反射角T1与入射角T0相等，盖板玻璃上表面反射光线为P1。，同时入射光在盖板玻璃上表面发生折射之后在下表面发生反射，再通过上表面折射光线P3，得到光线P1和P3平行，则可以根据令平行光线的间距h得出盖板玻璃板的厚度d。根据折射定律，计算得到盖板玻璃厚度。

测量出油墨下方盖板玻璃厚度的测量过程如图1所示：由激光测厚仪Ⅱ的激光器发射一束激光照射至上方的盖板玻璃表面形成第一块光斑，并产生第一道反射光线，反射至光电位敏传感器上，而另一部分光线照射到盖板玻璃表面之后，进入盖板玻璃内部，由于盖板玻璃与空气之间的折射率不同，光线在进入盖板玻璃内部后发生折射，到达盖板玻璃的油墨底面后，由于油墨不透光。所以又会在油墨的底面形成光斑发生反射，反射后的光线又回到光线进入的一侧。从盖板玻璃表面出来形成第二道反射光线，光电位敏传感器接收到折射回来的第二道反射光线。得出第一道反射光线到第二道反射光线的距离△H1。可以根据△H1的距离，利用公式乘以一定的系数，便可计算出盖板玻璃的玻璃厚度H1。公式如下：

式中：△H1为光电位敏传感器上两点的间距，n为盖板玻璃的折射率，θ为激光入射角，β为成像透镜的放大率；

根据上述过程的测量结果，便可以根据公式计算出盖板玻璃油墨层HO的厚度：

H0＝[L1-(L2+L3)]-H1

式中：H0为油墨层的厚度，L1为上下两个激光器的固定间距，L3为上方激光器到上方油墨表面的距离，L2为下方激光器到下方盖板玻璃表面的距离，H1盖板玻璃的厚度。

实施例3

在实施例2的基础上，如图4和图5所示，激光测厚仪Ⅰ1、激光测厚仪Ⅱ2位于中间传送装置5的两侧，当盖板玻璃3由伺服电机7驱动传送装置5，逐渐移动到激光测厚仪下方时，会被激光测厚仪前方的接近开关10检测到，通过电信号传递给中控电脑8，然后中控电脑8会控制打开两个激光测厚仪，激光测厚仪将激光器12打开发射一束激光，照射到盖板玻璃3油墨的上下两面，再将光线反射到11位光电位敏传感器11上。开始扫描测量油墨厚度，直到盖板玻璃3离开激光测厚仪后，中控电脑8停止测试和记录。

测试前通过中控电脑8的设备操作程序，提前设置油墨厚度的合格误差范围。如果测量过程中检测到油墨厚度不合格，中控电脑8会通过电信号控制报警系统报警，提醒工作人员。中控电脑8下方布置有导轨9，由两侧的拖链4带动，可以改变两个激光测厚仪的距离，当测量不同尺寸的盖板玻璃3时，能够通过操作台6，控制拖链4的行动，改变两个激光测厚仪的距离，使激光测厚仪上的激光能够照射在盖板玻璃3的油墨区域。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于盖板玻璃油墨厚度在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将盖板玻璃(3)放置在上下两台激光测厚仪之间，每台激光测厚仪均由激光发射器(12)、光电位敏传感器(11)和成像透镜构成；

假设上下两个激光发射器(12)的固定间距为L1，上下两个激光发射器(12)与盖板玻璃(3)的垂直距离分别为L2和L3，将盖板玻璃(3)的油墨层朝上设置，根据光学三角厚度计算公式，则被侧面垂直方向的L2和L3位移距离x分别计算为：

式中：x为被侧面垂直方向的位移距离，y为光敏面上位移的距离，θ₁为激光入射角，θ₂为出射角，r为接收成像透镜出射光与光电位敏传感器接受面的夹角，a为成像物距，b为成像像距；

则盖板玻璃油墨区域的整体厚度A计算为：A＝L1-(L2+L3)；

S2：由激光器发射一束激光照射至上方的盖板玻璃(3)表面形成第一块光斑，并产生第一道反射光线，反射至光电位敏传感器(11)上，而另一部分光线照射到盖板玻璃(3)表面之后，进入盖板玻璃(3)内部，由于盖板玻璃(3)与空气之间的折射率不同，光线在进入盖板玻璃(3)内部后发生折射，到达盖板玻璃(3)的油墨底面后，由于油墨不透光，所以又会在油墨的底面形成光斑发生反射，反射光线又回到光线进入的一侧，从盖板玻璃(3)表面出来形成第二道反射光线，光电位敏传感器(11)接收到折射回来的第二道反射光线；假设第一道反射光线到第二道反射光线的距离△H1，则盖板玻璃的玻璃厚度H1计算为：

式中：△H1为光电位敏传感器上两点的间距，n为盖板玻璃的折射率，θ为激光入射角，β为成像透镜的放大率；

S3：根据S2的测量结果，盖板玻璃(3)油墨层HO的厚度计算为：H0＝[L1-(L2+L3)]-H1。

2.如权利要求1所述的用于盖板玻璃油墨厚度在线检测方法，其特征在于，所述步骤S1中激光测厚仪的激光按照特定的入射角照射盖板玻璃(3)表面，受到盖板玻璃(3)表面特性的影响，激光在盖板玻璃(3)表面将会发生漫反射和镜面反射从而产生光斑，光斑通过成像透镜将会在光电位敏传感器(11)的光敏面成像，且位置唯一；

当盖板玻璃(3)的厚度发生变化，光斑在空间中的位置随之变化，光斑的成像位置将发生变化，且位置依旧唯一，前后两个成像光斑的相对位移视为成像光斑位移，通过几何证明得到成像光斑位移和盖板玻璃厚度变化之间的关系式。

3.如权利要求2所述的用于盖板玻璃油墨厚度在线检测方法，其特征在于，所述步骤S1中，盖板玻璃(3)上方激光测厚仪的工作过程：

激光器以一定倾斜角度发射一道激光，斜射至盖板玻璃(3)油墨层，在照射到上方油墨层时，由于油墨不透光且会阻挡光线向下传递至盖板玻璃(3)，在油墨层生成一个光斑，同时产生一个镜面反射光线，经成像透镜汇聚反射光在光电位敏传感器(11)上。

4.如权利要求2所述的用于盖板玻璃油墨厚度在线检测方法，其特征在于，所述步骤S1中，盖板玻璃(3)上方激光测厚仪的工作过程：

激光器以一定倾斜角度发射一道激光，斜射至盖板玻璃(3)表面，并在盖板玻璃(3)表面生成一个光斑，同时产生一个镜面反射光线，经成像透镜汇聚反射光在光电位敏传感器(11)上。

5.如权利要求1所述的用于盖板玻璃油墨厚度在线检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，盖板玻璃(3)的玻璃厚度H1计算的原理如下：

入射光P0的入射角为T0，反射角T1与入射角T0相等，盖板玻璃(3)上表面反射光线为P1，同时入射光在盖板玻璃(3)上表面发生折射之后在下表面发生反射，再通过上表面折射光线P3，得到上表面反射光线P1和上表面折射光线P3平行，令平行P1和P3的间距为h，根据折射定律，计算得到盖板玻璃厚度H1。

6.一种用于盖板玻璃油墨厚度在线检测设备，运用如权利要求1-5任意一项所述的用于盖板玻璃油墨厚度在线检测方法，其特征在于，包括两台激光测厚仪、盖板玻璃(3)、操作台(6)、中控电脑(8)，其中：

两台激光测厚仪，位于传送装置(5)的两侧，两台激光测厚仪分为位于盖板玻璃(3)上方的激光测厚仪Ⅰ(1)、位于盖板玻璃(3)下方的激光测厚仪Ⅱ(2)；

盖板玻璃(3)，其上印刷有油墨层，盖板玻璃(3)由伺服电机(7)驱动传送装置(5)，逐渐移动到两台激光测厚仪之间；

操作台(6)，用于控制设备的开关和运行动作，下方布置有导轨，导轨由两侧的拖链(4)带动，用于控制拖链(4)动作从而改变两台激光测厚仪的距离，使激光能够照射在盖板玻璃(3)的油墨区域；

中控电脑(8)，用于设定油墨层厚度的检测范围并接收位于激光测厚仪前方的接近开关(10)的电信号，控制激光测厚仪发射激光到盖板玻璃(3)的上下两面，然后接收反射到光电位敏传感器(11)上的反射信号，通过算法公式计算出油墨层的厚度，显示在屏幕中。

7.如权利要求6所述的用于盖板玻璃油墨厚度在线检测设备，其特征在于，所述操作台(6)通过拖链(4)控制两台激光测厚仪的距离，从而改变两个激光发射器(12)的固定间距为L1，进而控制上下两个激光发射器(12)与盖板玻璃(3)的垂直距离分别为L2和L3。

8.如权利要求6所述的用于盖板玻璃油墨厚度在线检测设备，其特征在于，所述中控电脑(8)控制激光测厚仪下方的激光器发射一道激光，以一定角度照射在盖板玻璃的玻璃面，并获取光电位敏传感器(11)上两点的间距△H1，根据已知的盖板玻璃(3)的折射率n、成像透镜的放大率β，中控电脑(8)根据公式分别计算出盖板玻璃的整体厚度、玻璃的厚度以及最终油墨层的厚度结果，并将结果显示在中控电脑的屏幕上。

9.如权利要求6所述的用于盖板玻璃油墨厚度在线检测设备，其特征在于，所述中控电脑(8)扫描测量油墨层厚度结束时，盖板玻璃(3)由伺服电机(7)驱动传送装置(5)，逐渐离开两台激光测厚仪，随后中控电脑停止测试和记录等待下一个盖板玻璃传送过来重新开启等待下一个盖板玻璃传送过来重新开启。

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