CN116879316B - 基于光纤光源的膜材表面缺陷检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开基于光纤光源的膜材表面缺陷检测系统及方法。基于光纤光源的膜材表面缺陷检测系统包括：机器视觉相机和机器视觉光源。所述机器视觉光源是光纤光源。所述光纤光源包括：光纤阵列。所述光纤阵列具有第一光纤行和相邻于所述第一光纤行的第二光纤行。所述第一光纤行与所述第二光纤行在行方向上呈夹角设置，使得两者照明重叠区域内具有交叉打光的特性。本发明的有益效果在于：基于所述光纤光源具有高指向性、高照度性及交叉打光的结构特性，以此提高所述机器视觉相机对所述膜材表面的缺陷检测精度，特别是针对于MD划伤缺陷、凹凸点缺陷等缺陷类型。
Description
技术领域
本发明涉及膜材表面缺陷检测，特别地是，基于光纤光源的膜材表面缺陷检测系统及方法。
背景技术
请参见图1，目前现有膜材表面缺陷检测系统，包括：机器视觉光源1、机器视觉相机2。机器视觉光源1通常是一个或多个发光源。机器视觉相机2通常是包含CCD或CMOS的相机，工作方式是面阵或线扫方式。膜材表面3是检测对象，由于其材质特性、表面纹理（粗糙程度）和空间摆放等因素，膜材表面3在机器视觉相机2中的成像效果不同。机器视觉光源1提供的光线到达膜材表面3后，转为散射、反射、透射等形式的光线。这些光线是机器视觉相机2成像的基础，光线传播导致的亮暗分布经过机器视觉相机2的感光芯片转换成灰度数据，这些灰度数据即描述了膜材表面3在该处的成像特征：如表面纹理，瑕疵形态等。需要注意的是，机器视觉相机2受其视场角的限制，导致这些光线并不能完全被感光芯片所接收参与成像，故机器视觉相机2与机器视觉光源1的配合尤为重要。
MD划伤缺陷一直是膜材表面缺陷视觉检测的技术难题。在目前现有机器视觉光源照明下，MD划伤缺陷几乎不可见。MD划伤缺陷指的是沿着膜材表面运动方向延伸的划伤缺陷。
发明内容
本发明的发明目的是为了解决现有技术中膜材表面的MD划伤缺陷较难检测的问题，而提供一种新型的基于光纤光源的膜材表面缺陷检测系统及方法。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：基于光纤光源的膜材表面缺陷检测系统，包括：机器视觉相机和机器视觉光源。所述机器视觉相机与所述机器视觉光源配合使用。所述机器视觉光源是光纤光源，所述光纤光源包括：光纤阵列，所述光纤阵列具有第一光纤行和相邻于所述第一光纤行的第二光纤行，所述第一光纤行与所述第二光纤行在行方向上呈夹角设置，使得两者照明重叠区域内具有交叉打光的特性。
作为基于光纤光源的膜材表面缺陷检测系统的优选方案，所述机器视觉相机与所述机器视觉光源在所述膜材表面的同一侧。
作为基于光纤光源的膜材表面缺陷检测系统的优选方案，所述机器视觉相机与所述机器视觉光源分别在所述膜材表面的不同侧。
作为基于光纤光源的膜材表面缺陷检测系统的优选方案，所述照明重叠区域覆盖所述膜材表面的整宽。
作为基于光纤光源的膜材表面缺陷检测系统的优选方案，所述光纤光源进一步包括：发光源和光纤线缆，所述发光源对应于所述光纤线缆的入射端，所述光纤线缆的出射端配置有出光扁平头，所述出光扁平头将所述光纤线缆的内部线芯重新布局，形成所述光纤阵列。
作为基于光纤光源的膜材表面缺陷检测系统的优选方案，所述发光源采用COBLED光源。
作为基于光纤光源的膜材表面缺陷检测系统的优选方案，所述光纤光源再进一步包括：反射镜和聚光透镜，所述发光源和所述反射镜均在所述聚光透镜的入射侧，所述光纤线缆在所述聚光透镜的出射侧，所述发光源的出光光线依序经过所述反射镜、所述聚光透镜，汇聚到所述光纤线缆的入射端。
此外，本发明还提供基于光纤光源的膜材表面缺陷检测方法，包括：
步骤S1，提供所述的基于光纤光源的膜材表面缺陷检测系统；以及，
步骤S2，所述机器视觉相机对所述膜材表面进行检测作业，所述机器视觉光源对所述膜材表面进行照明作业。
作为基于光纤光源的膜材表面缺陷检测方法的优选方案，步骤S2中，所述机器视觉相机与所述机器视觉光源是同步触发。
作为基于光纤光源的膜材表面缺陷检测方法的优选方案，步骤S2中，所述机器视觉光源的发光模式设定为频闪模式。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：基于所述光纤光源具有高指向性、高照度性及交叉打光的结构特性，以此提高所述机器视觉相机对所述膜材表面的缺陷检测精度，特别是针对于MD划伤缺陷、凹凸点缺陷等缺陷类型。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果之外，本发明所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将连接附图作出进一步详细的说明。
附图说明
图1是现有技术的结构示意图。
图2是本发明光纤光源的结构示意图。
图3是本发明光纤线缆的结构示意图。
图4是本发明出光扁平头的结构示意图。
图5是本发明光纤光源的照明效果示意图。
图6是本发明膜材表面缺陷检测系统的结构示意图。
图7是本发明膜材表面缺陷检测系统的原理示意图。
图8是本发明中机器视觉光源与机器视觉相机第一种配合使用形式的结构示意图。
图9是本发明中机器视觉光源与机器视觉相机第一种配合使用形式的结构示意图。
图10是本发明中机器视觉光源与机器视觉相机第一种配合使用形式的结构示意图。
图11是本发明中机器视觉光源在常亮模式和频闪模式的对比说明图。其中，左边的是常亮模式，右边的是频闪模式。
图12是本发明中机器视觉光源频闪方案的同步触发的示意图。其中，上面的矩形波是所述机器视觉光源的波形，下面的矩形波是所述机器视觉相机的波形。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参见图2，图中示出的是一种光纤光源。所述光纤光源可作为膜材表面缺陷检测系统的机器视觉光源1。所述光纤光源包括：发光源11和光纤线缆12。所述光纤线缆12具有入射端和出射端。所述光纤线缆12的入射端对应于所述发光源11。所述光纤线缆12的出射端有出光扁平头13。所述发光源11的出光光线通过所述光纤线缆12传递，从所述出光扁平头13出光。
请参见图3，所述光纤线缆12内部有数量为百位数级别、千位数级别或万位数级别的内部线芯。其中，所述内部线芯可视作点光源，受制于所述内部线芯的数值孔径，所述内部线芯以极小的发散角进行出光。
请参见图4，所述出光扁平头13呈具有长度和宽度的矩形结构。其中，所述长度远大于所述宽度。所述出光扁平头13将所述光纤线缆12的所述内部线芯重新布局，形成光纤阵列。所述光纤阵列的行方向沿着所述出光扁平头13的长度方向延伸。所述光纤阵列的列方向沿着所述出光扁平头13的宽度方向延伸。所述光纤阵列的列数可以是百位数级别、千位数级别或万位数级别。
所述光纤阵列具有第一光纤行131和相邻于所述第一光纤行131的第二光纤行132。所述第一光纤行131与所述第二光纤行132在行方向上呈夹角设置，即交错形式。请参见图5，所述第一光纤行131的照明区域1310与所述第二光纤行132的照明区域1320重叠，形成所述照明重叠区域130。所述照明重叠区域130具有交叉打光的特性，并且还具有高指向性、高亮度。本实施例中，所述光纤阵列仅有两行，其中一行即所述第一光纤行131，另一行即所述第二光纤行132。在其他实施例中，所述光纤阵列的行数大于两行，可包括数量不唯一的所述第一光纤行131和所述第二光纤行132。
较佳地，所述发光源11可采用大功率的COB（Chip on Board） LED光源。
较佳地，所述光纤光源进一步包括：反射镜14和聚光透镜15。所述发光源11和所述反射镜14均在所述聚光透镜15的入射侧，所述光纤线缆12在所述聚光透镜15的出射侧。所述发光源11的出光光线依序经过所述反射镜14、所述聚光透镜15，汇聚到所述光纤线缆12的入射端。所述聚光透镜15用于将所述发光源11的出光光线耦合至所述光纤线缆12的入射端。所述发光源11的出光光线在所述光纤线缆12中进行全反射传播并且匀光，使得所述出光扁平头13的内部线芯达到或基本达到均匀出光状态。其中，所述反射镜14可采用CPC结构，其面型为圆锥曲面、非球面或自由曲面。
请参见图6，图中示出的是膜材表面缺陷检测系统。所述膜材表面缺陷检测系统用于检测所述膜材表面3的缺陷。所述膜材表面3包括：透明膜（诸如，BOPET基膜、PET膜、Tac膜等）、半透明膜（诸如，偏光片、AG膜等）、不透明膜（诸如，铜箔、铝箔等）、液晶面板等。
所述膜材表面缺陷检测系统具有机器视觉光源1和机器视觉相机2。所述机器视觉相机2与所述机器视觉光源1配合使用。所述机器视觉相机2对所述膜材表面3进行检测作业。所述机器视觉光源1对所述膜材表面3进行照明作业。所述机器视觉相机2在所述膜材表面3的检测区域与所述机器视觉光源1在所述膜材表面3的照明区域位置重合。所述机器视觉光源1选用所述光纤光源。所述照明重叠区域覆盖所述膜材表面3的整宽。
请参见图7，所述光纤光源对所述膜材表面3的照明方式为交叉打光。所述膜材表面3的缺陷30在交叉打光后会产生强烈的散射光线。所述散射光线被所述机器视觉相机2接收，成像后表现为图像的高亮。而所述缺陷30以外的区域被所述机器视觉相机2接收，成像后的图像表现为暗背景。通过高亮与暗背景的对比度差异，以检出所述缺陷。特别是对于目前视觉检测中不易检出的MD划伤缺陷（沿MD方向的特征）、凹凸点缺陷。
其中，所述机器视觉光源1与所述机器视觉相机2的配合使用形式可有多种。第一种：请参见图8，所述机器视觉光源1和所述机器视觉相机2分别在所述膜材表面3相对两侧。所述机器视觉光源1的出光方向非垂直于所述膜材表面3，而所述机器视觉相机2的检测方向垂直于所述膜材表面3。第二种：请参见图9，所述机器视觉光源1和所述机器视觉相机2分别在所述膜材表面3相对两侧。所述机器视觉光源1的出光方向垂直于所述膜材表面3，而所述机器视觉相机2的检测方向非垂直于所述膜材表面3。第三种：请参见图10，所述机器视觉光源1和所述机器视觉相机2在所述膜材表面3同一侧。所述机器视觉光源1的出光方向非垂直于所述膜材表面3，而所述机器视觉相机2的检测方向垂直于所述膜材表面3。
为了更好地检测所述膜材表面3的缺陷，可对所述机器视觉光源1的亮度作进一步改进。具体地说，将所述机器视觉光源1的发光模式设定为频闪模式。一般而言，同一光源在频闪模式下的瞬间亮度通常能达到常亮模式下的3倍。请参见图11，左边的是常亮模式，右边的是频闪模式。为方便描述，常亮模式也以脉冲的形式表示。不难看出，频闪模式相对于常亮模式，光源每个脉冲的持续时间明显减少，但瞬间亮度要求明显增加。
请参见图12，图中示出的是机机器视觉光源1频闪方案的同步触发的示意图。上面的矩形波是所述机器视觉光源1的波形。下面的矩形波是所述机器视觉相机2的波形。所述机器视觉相机2的曝光时间通常要小于所述机器视觉光源1的脉冲持续时间。一个周期的实际时间，其中，为所述机器视觉光源1的熄灭时间，为所述机器视觉相机2的延时触发时间。所述机器视觉光源1的频闪方案在具体实施时，通常使用采集卡同时输出两个信号分别给到所述机器视觉光源1和所述机器视觉相机2来进行同步触发。在同一个周期内，所述机器视觉相机2和所述机器视觉光源1均只触发一次。
以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.基于光纤光源的膜材表面缺陷检测系统，包括：机器视觉相机和机器视觉光源，所述机器视觉相机用于对所述膜材表面进行检测作业，所述机器视觉光源用于对所述膜材表面进行照明作业，其特征在于，所述机器视觉光源是光纤光源，所述光纤光源包括：光纤阵列，所述光纤阵列具有第一光纤行和相邻于所述第一光纤行的第二光纤行，所述第一光纤行与所述第二光纤行在行方向上呈夹角设置，使得两者照明重叠区域内具有交叉打光的特性。
2.根据权利要求1所述的基于光纤光源的膜材表面缺陷检测系统，其特征在于，所述机器视觉相机与所述机器视觉光源在所述膜材表面的同一侧。
3.根据权利要求1所述的基于光纤光源的膜材表面缺陷检测系统，其特征在于，所述机器视觉相机与所述机器视觉光源分别在所述膜材表面的不同侧。
4.根据权利要求1所述的基于光纤光源的膜材表面缺陷检测系统，其特征在于，所述照明重叠区域覆盖所述膜材表面的整宽。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的基于光纤光源的膜材表面缺陷检测系统，其特征在于，所述光纤光源进一步包括：发光源和光纤线缆，所述发光源对应于所述光纤线缆的入射端，所述光纤线缆的出射端配置有出光扁平头，所述出光扁平头将所述光纤线缆的内部线芯重新布局，形成所述光纤阵列。
6.根据权利要求5所述的基于光纤光源的膜材表面缺陷检测系统，其特征在于，所述发光源采用COB LED光源。
7.根据权利要求5所述的基于光纤光源的膜材表面缺陷检测系统，其特征在于，所述光纤光源再进一步包括：反射镜和聚光透镜，所述发光源和所述反射镜均在所述聚光透镜的入射侧，所述光纤线缆在所述聚光透镜的出射侧，所述发光源的出光光线依序经过所述反射镜、所述聚光透镜，汇聚到所述光纤线缆的入射端。
8.基于光纤光源的膜材表面缺陷检测方法，其特征在于，包括：
步骤S1，提供权利要求1至4中任意一项所述的基于光纤光源的膜材表面缺陷检测系统；以及，
步骤S2，所述机器视觉相机对所述膜材表面进行检测作业，所述机器视觉光源对所述膜材表面进行照明作业。
9.根据权利要求8所述的基于光纤光源的膜材表面缺陷检测方法，其特征在于，步骤S2中，所述机器视觉相机与所述机器视觉光源是同步触发。
10.根据权利要求8所述的基于光纤光源的膜材表面缺陷检测方法，其特征在于，步骤S2中，所述机器视觉光源的发光模式设定为频闪模式。
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