CN117546008A - 检查半透明物体的系统和方法 - Google Patents

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穆扎米尔·阿姆兰
黄可为
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Abstract

本发明涉及一种检查半透明物体(107)的系统(101)，包括至少一个图像捕获设备，至少一个透镜(105)；其中所述系统(101)还包括至少一个结构光(113)，其有利于精确地检查所述半透明物体(107)内的至少一个空隙或气泡。本发明还涉及使用所述系统(101)执行半透明物体(107)的所述检查的过程。

Description

检查半透明物体的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种检查半透明物体的系统，该系统包括至少一个图像捕获设备，至少一个透镜；其中所述系统还包括至少一个结构光，该结构光有利于精确地检查所述半透明物体内的至少一个空隙或气泡。本发明还涉及使用所述系统执行半透明物体的所述检查的过程。
背景技术
半透明物体是由半透明材料制成的物体，由此只有一部分光可以穿过所述材料。这与允许所有光通过而不透明物体不允许光通过的透明物体不同。在物体上使用半透明材料的一个优点是，当光击中半透明材料如彩色玻璃时，存在发光效应。因此，半透明材料最有效地用于如LED等产品中。
在制造半透明物体的过程中，通常热的液体树脂在硬化之前被转移到模具。在该过程中，由于制造过程中的一些误差，有可能在半透明材料内出现气泡或空隙。这些气泡或空隙会损害产品的效率。例如，如果半透明物体是LED，那么由LED的半导体管芯发射的光将不会均匀地发射到周围。这是因为，典型地，当光线遇到气泡或空隙时，它们将被进一步反射或吸收，因此导致从LED的斑点发出暗斑。
过去，照相机用于在普通照明系统的帮助下拍摄半透明物体的图像，以帮助照亮所述半透明物体。然而，通过使用普通照明系统，在由照相机捕获的图像中没有清楚地示出缺陷。因此，为了确定所述半透明物体的半透明材料内部缺陷的存在，需要执行许多图像处理步骤。此外，由于相机拍摄的图像的不准确性，缺陷的错误检测或缺陷检测的缺失经常发生。
图1A示出了半透明物体(107)的示例的俯视图，其中所述示例是LED，其包括在由至少一个壳体(121)形成的空腔内的半透明材料(117)，所述LED还包括在所述半透明材料(117)内的半导体管芯(115)。壳体(121)包括至少一个内表面，该内表面用作与所述半透明材料(117)接触的侧壁(129)。如图1B所示，图1B是LED的半透明物体(107)的示例的截面图，半导体管芯(115)放置在引线框(123)上并通过至少一个引线接合(125)电连接到所述引线框(123)。图2还示出了具有诸如气泡或空隙之类的缺陷的半透明物体(107)(诸如LED)的截面图。
图3示出了由图像捕获设备使用常规光源拍摄的图像，其中所述光源的发光设备，该发光设备诸如是LED灯，其将光束直接发射到物体而没有任何形式的改变或遮蔽。如图3所示，在图像中的半透明材料(117)中没有清楚地示出缺陷(127)，因为围绕缺陷(127)的像素具有与缺陷(127)的像素类似的强度值，导致需要更多的时间和图像处理来确定缺陷(127)在所述图像中的位置。
因此，通过具有一种检查半透明物体的系统和方法来减轻这些缺点将是有利的，该系统和方法包括至少一个具有透镜的图像捕获设备；所述系统还包括至少一个发光系统，该发光系统发射至少一种结构光，使得图像捕获设备能够在检测所述半透明物体的半透明材料(117)内部的缺陷时捕获高精度图像。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种检查半透明物体的系统和方法，其能够使图像捕获设备获得至少一个图像，该图像具有比使用典型照明时更小的噪声，因此需要更少的时间和努力来执行图像处理。
本发明的又一目的是提供一种检查半透明物体的系统和方法，其提高半透明物体的半透明材料内的缺陷检测的精度。
在理解了本发明的以下详细描述或在实际实践中采用本发明时，本发明的其它目的将变得显而易见。
根据本发明的优选实施方式提供以下内容：
一种检查半透明物体(107)的系统(101)，包括：
至少一个图像捕获设备(103)，该图像捕获设备具有至少一个透镜(105)，该透镜面朝所述半透明物体(107)的方向；
其特征在于,
所述系统(101)还包括至少一个发光系统(111)，该发光系统能够向所述半透明物体(107)发射至少一个结构光(113)；
所述半透明物体(107)包括在由至少一个壳体(121)形成的至少一个空腔内的半透明材料(117)。
在本发明的另一个实施方式中，提供了：
一种检查半透明物体(701)的方法，包括以下步骤：
(i)至少一个图像捕获设备(103)通过至少一个透镜(105)捕获至少一个半透明物体(107)的至少一个图像(801)，同时至少一个发光系统(111)向所述半透明物体(107)的半透明材料(117)部分发射至少一个结构光(113)；其中所述半透明物体(107)包括在由至少一个壳体形成的至少一个空腔内的半透明材料(117)；
(ii)图像处理装置对所述图像(801)执行至少一个阈值算法，以识别所述图像(801)中的缺陷。
附图说明
本发明的其它方面和它们的优点将在结合附图研究详细描述之后得以识别，其中：
图1A和图1B是半透明物体的示例的俯视图和横截面图。
图2是具有缺陷的半透明物体的示例的截面图。
图3是由图像捕获设备使用常规光源拍摄的图像。
图4是本发明的用于检查半透明物体的缺陷的系统的截面图。
图5是本发明的检查半透明物体的系统的横截面图，该横截面图示出了在被反射到图像捕获设备之前，从发光系统到半透明物体的结构光的光路。
图6A至图6H是可用于半透明物体的检查的结构光的示例的俯视图。
图7是示出本发明的检查半透明物体的方法的流程图。
图8示出了在本发明的检查半透明物体的方法中使用的图像流。
具体实施方式
在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其它情况下，没有详细描述公知的方法、过程和/或组件，以免模糊本发明。
通过以下仅通过示例并参考附图给出的实施方式的描述，将更清楚地理解本发明，附图未按比例绘制。
图4是本发明的检查半透明物体(107)的系统(101)的横截面图，目的是检测半透明材料(117)内的缺陷。如在图4中所示，检查半透明物体(107)的系统(101)包括具有至少一个透镜(105)的至少一个图像捕获设备(103)，和至少一个发光系统(111)；全部用于检查至少一个半透明物体(107)。
在某些情况下，半透明物体(107)可以由至少一个物体保持器(未示出)保持在预定位置，以确保所述半透明物体(107)和所述图像捕获设备(103)之间的相对位置以及发光系统(111)根据需要保持或保持在适当位置。半透明物体(107)可以在引线框、编带槽(tapeand reel pocket)上，或者甚至当在所述半透明物体(107)上进行视觉检查时没有保持器。
具有至少一个透镜(105)的图像捕获设备(103)被定位成使得所述透镜(105)面朝所述半透明物体(107)的方向。该发光系统(111)被定位成使得所述发光系统(111)能够朝向所述半透明物体(107)发射至少一个结构光(113)。作为检查目标的半透明物体(107)包括在由至少一个壳体(121)形成的至少一个空腔内的半透明材料(117)。
在LED的半透明物体(107)的示例中，如图1至图3所示，半透明物体(107)还包括由所述半透明材料(117)封装的至少一个半导体管芯(115)，其中所述半导体管芯(115)放置在至少一个引线框(123)上并通过至少一个引线接合(125)电连接到所述引线框(123)。
即使图像捕获设备(103)被定位成面向半透明物体(107)，重要的是注意到图像捕获设备(103)的透镜(105)应该面向从半透明物体(107)暴露的半透明材料(117)。换句话说，半透明物体(107)包括由壳体(121)组成的表面和暴露半透明材料(117)的表面。图像捕获设备(103)的透镜(105)应定位在暴露半透明材料(117)的表面的方向上，使得图像捕获设备(103)能够捕获半透明物体(107)的半透明材料(117)的图像(801)。如果暴露半透明材料(117)的半透明物体(107)的表面基本上是平的，则推荐将图像捕获设备(103)定位成使得透镜(105)与所述半透明材料(117)的表面成直接角度(direct angle)，以便捕获所述半透明材料(117)的清晰图像。
通常需要遵守的另一规则是，具有透镜(105)的所述图像捕获设备(103)被定位成使得所述图像捕获设备(103)能够拍摄所述半透明物体(107)的所述半透明材料(117)的至少一个图像(801)而不被所述壳体(121)遮挡。这使得由所述图像捕获设备(103)捕获的图像(801)的覆盖范围(coverage)如果不是从半透明物体(107)暴露的半透明材料(117)的整个表面，则应当达到最大覆盖范围。具有这种大覆盖范围的目的是确保无论缺陷在所述半透明材料(117)内的位置如何，都可以检测所述半透明材料(117)内的缺陷。
如图4所示，发光系统(111)被定位成使得所述发光系统(111)能够向所述半透明物体(107)的半透明材料(117)发射至少一个结构光(113)。发光系统(111)被定位成相对于所述半透明物体(107)以预定角度(α)远离所述图像捕获设备(103)，使得所述发光系统(111)能够将所述结构光(113)投射到所述半透明物体(107)的所述半透明材料(117)而不被所述壳体(121)遮挡。
可以使结构光(113)从所述发光系统(111)发射，方法是使发光设备通过至少一个掩光设备(如掩光板或投影图案板(projection pattern plate))发射光，其中通过所述滤光系统的光将具有预定的形状和尺寸。所述掩光板可以是具有光刻的玻璃，以允许光仅通过没有进行光刻的板的部分，由此所述部分可以具有如图6A至图6H所示的特定图案。结构光(113)甚至可以由光源本身发射。重要的是要注意，只要特定图案或结构的光撞击所述半透明物体(107)的所述半透明材料(117)，任何发光机制都是可能的。图6A至图6H示出了可以从所述发光系统(111)发射的结构光的所有可能的形状和尺寸。
通常，被投射到半透明物体(107)的半透明材料(117)的结构光(113)的尺寸是使得所述尺寸能够覆盖所述半透明材料(117))的尽可能多的表面，该表面暴露半透明材料(117)。在半透明物体(107)是LED的情况的示例中，如图1所示，被暴露的半透明材料(117)是圆形的。因此，待使用的结构光(113)的最佳形状是投射圆形结构光(113)，由此圆的直径尽可能接近暴露的半透明材料(117)的圆的直径。通过具有结构光(113)的这种形状和尺寸，所述结构光(113)也将尽可能远离半导体管芯(115)，例如半透明物体(107)是LED。结构光(113)需要尽可能远离半导体管芯(115)，以避免光直接击中所述半导体管芯(115)并引起直接光反射。这是因为当光照射到诸如半导体管芯(115)的发光或反射表面(shiny orreflective surface)上时，更多的光将被反射，从而导致对由图像捕获设备拍摄的图像(801)的过度曝光或过度噪声。相反，引线框或半透明材料上所示的光被漫射，并且不会导致对图像捕获设备所拍摄的图像(801)的过度曝光或过度噪声。因此，投射在所述半透明物体(107)上的结构光(113)的周长小于并且尽可能接近所述半透明物体(107)的面向所述发光系统(111)的表面的周长。
然而，重要的是要注意，投射到暴露的半透明材料(117)的表面的结构光(113)的形状不一定与暴露的半透明材料(117)的形状相同。例如，在半透明物体(107)是LED的情况下，即使半透明材料(117)的暴露表面是圆形的，投射的结构光(113)也可以是正方形、矩形、五边形的形状或任何其它可能的形状，只要投射的结构光(113)的尺寸应当较小但尽可能接近半透明物体(107)的暴露的半透明材料(117)的尺寸。
从所述发光系统(111)发射的结构光(113)优选地应当具有从紫外(UV)到近红外(IR)的光带宽。为了促进这一点，所述发光系统(111)可以使用任何光带宽，只要所述光可以被所述图像捕获设备(103)拾取。
如图5所示，当从发光系统(111)发射的结构光(113)向半透明物体(107)的暴露的半透明材料(117)投射时，光路将穿过半透明材料(117)的表面，将穿过半透明材料(117)，并且当所述光到达半透明物体(107)(例如LED)内的不透明材料(例如引线框(123))时将被反射。光路将被反射或散射到多个方向，其将在到达另一不透明表面(例如壳体(121)的侧壁(129))时被进一步反射，所述不透明表面由于不透明特性而可充当反射器。最终，光将被反射到图像捕获设备(103)的透镜(105)。
在半透明材料(117)内部存在诸如气泡/空隙的缺陷的情况下，当到达气泡/空隙时光路也将被反射。当半透明材料(117)不具有气泡或空隙(127)时反射到图像捕获设备(103)的光路不同于当半透明材料(117)具有气泡或空隙(127)时反射回的光路。因此，由图像捕获设备(103)捕获的图像(801)将指示诸如气泡/空隙(127)的缺陷的存在。
如图7所示，其示出了本发明的检查半透明物体(107)的方法(701)的流程图，包括以下步骤。在步骤(i)中，至少一个图像捕获设备(103)通过至少一个透镜(105)捕获至少一个半透明物体(107)的至少一个图像(801)，同时至少一个发光系统(111)向所述半透明物体(107)的半透明材料(117)部分发射至少一个结构光(113)。半透明物体(107)包括在由至少一个壳体(121)形成的至少一个空腔内的半透明材料(117)。在半透明物体(107)是LED的示例中，所述半透明物体(107)还包括由所述半透明材料(117)封装的至少一个半导体管芯(115)，其中所述半导体管芯(115)放置在至少一个引线框(123)上，并通过至少一个引线接合(125)电连接到所述引线框(123)。所述半透明材料(117)内部的缺陷是半透明物体(107)中的空隙、气泡或任何其它可能的缺陷。
投射在所述半透明物体(107)上的结构光(113)的尺寸小于并且尽可能接近所述半透明物体(107)的面向所述发光系统(111)的表面的尺寸。
在步骤(ii)中，图像处理装置对所述图像(801)执行至少一个阈值算法，以识别所述图像(801)中的缺陷。可以使用任何合适的阈值算法，例如全局阈值，只要适于识别所述图像(801)中的缺陷。
所述检查半透明物体(107)的方法(701)的所述步骤(ii)可以包括几个可能流程中的子步骤。在第一可能的流程中，阈值算法包括以下子步骤。在第一流程的第一子步骤中，用户在所述图像(801)内限定至少一个第一区域(803)，其中所述第一区域(803)包括覆盖半透明材料(117)的区域，并且所述第一区域(803)包括其中在所述半透明材料(117)内可能存在至少一个缺陷(127)的区域。在第一流程的第二子步骤中，用户设置待在所述第一区域(803)上使用的第一阈值强度值，由此在所述第一区域(803)中具有比所述第二阈值强度值更高的强度值(807)的至少一个像素由至少一个处理装置绘制，并认为是所述半透明材料(117)中的缺陷(127)。
在第二种可能的流程中，阈值算法包括以下子步骤。在第二流程的第一子步骤中，用户限定至少一个第二区域(809)，其小于由结构光的像素覆盖的区域，并且所述第二区域(809)包括其中在所述第二区域(809)内可能存在至少一个缺陷(127)的区域，由此减小搜索区域。在第二流程的第二子步骤中，用户设置待在所述第二区域(809)上使用的第二阈值强度值，由此在所述第二区域(809)中具有比所述第二阈值强度值更高的强度值(807)的至少一个像素由至少一个处理装置绘制，并认为是所述半透明材料(117)中的缺陷(127)。
在第三种可能的流程中，阈值算法包括以下子步骤。在第三流程的第一子步骤中，用户在所述图像(801)内限定至少一个第一区域(803)，其中所述第一区域(803)包括覆盖半透明材料(117)的区域，并且所述第一区域(803)包括其中在所述半透明材料(117)内可能存在至少一个缺陷(127)的区域。在第三流程的第二子步骤中，用户设置将在所述第一区域(803)上使用的第一阈值强度值，由此将所述第一区域(803)中的至少一个像素分类为低于(805)或高于(807)所述阈值强度值，以滤除环绕噪声。在第三流程的第三子步骤中，用户在所述第一区域(803)内限定至少一个第二区域(809)，其中所述第二区域(809)小于由结构光的像素覆盖的区域，并且所述第二区域(809)包括其中在所述第二区域(809)内可能存在至少一个缺陷(127)的区域，由此减小搜索区域。在第三流程的第四子步骤中，用户设置待在所述第二区域(809)上使用的第二阈值强度值，由此在所述第二区域(809)中具有比所述第二阈值强度值更高的强度值(807)的至少一个像素由至少一个处理装置绘制，并认为是所述半透明材料(117)中的缺陷(127)。
当确定第一区域(803)和/或第二区域(809)时，所述区域由用户基于用户的经验或基于关于所述缺陷(127)的位置的概率的过去数据来选择。作为选项，用户能够限定比被限定为缺陷(127)的所述第二阈值强度值更高的强度值(807)的像素区域的至少一个合适的最小尺寸。这个选项对于用户消除较小的缺陷(127)是有用的，这些缺陷在某些情况下将不影响半透明物体(107)的功能性并且在执行检查半透明物体(107)的方法时不应该被检测到。
图8示出了在经过本发明的检查半透明物体(107)的方法中的步骤之后的图像样本(801)。在作为示例使用中，第一阈值强度值应该是大约100－150强度值，而第二阈值应该是大约200－255强度值。重要的是要注意，也可以使用所有合适的第一阈值强度值和第二阈值强度值。
虽然在这里已经以被认为是其优选实施方式的方式示出和描述了本发明，说明了通过本发明获得的优于现有技术的结果和优点，但是本发明不限于这些特定实施方式。因此，在此示出和描述的本发明的形式仅被认为是说明性的，并且在不脱离本发明的范围的情况下可以选择其他实施方式，如在所附权利要求中阐述的。

Claims (15)

1.一种检查半透明物体(107)的系统(101)，包括：
至少一个图像捕获设备(103)，该图像捕获设备(103)具有至少一个透镜(105)，该透镜(105)面朝所述半透明物体(107)的方向；
其特征在于，
所述系统(101)还包括至少一个发光系统(111)，该发光系统(111)能够向所述半透明物体(107)发射至少一个结构光(113)；
所述半透明物体(107)包括在由至少一个壳体(121)形成的至少一个空腔内的半透明材料(117)。
2.根据权利要求1所述的检查半透明物体(107)的系统(101)，其中，所述系统还包括至少一个物体保持器，该物体保持器能够保持待检查的所述半透明物体(107)。
3.根据权利要求1所述的检查半透明物体(107)的系统(101)，其中，投射在所述半透明物体(107)上的所述结构光(113)的尺寸小于并且尽可能接近面向所述发光系统(111)的所述半透明材料(117)的表面的尺寸。
4.根据权利要求1所述的检查半透明物体(107)的系统(101)，其中，具有透镜(105)的所述图像捕获设备(103)被定位成使得所述图像捕获设备(103)能够拍摄所述半透明物体(107)的所述半透明材料(117)的至少一个图像(801)而不被所述壳体遮挡。
5.根据权利要求1或3所述的检查半透明物体(107)的系统(101)，其中，所述发光系统(111)被定位成相对于所述半透明物体(107)以预定角度(α)远离所述图像捕获所述(103)，使得所述发光系统(111)能够将所述结构光(113)投射到所述半透明物体(107)的所述半透明材料(117)而不被所述壳体(121)遮挡。
6.根据权利要求1所述的检查半透明物体(107)的系统(101)，其中，所述结构光(113)具有从紫外(UV)到近红外(IR)的光带宽。
7.根据权利要求1所述的检查半透明物体(107)的系统(101)，其中，所述半透明物体(107)还包括由所述半透明材料(117)封装的至少一个半导体管芯(115)，其中，所述半导体管芯(115)放置在至少一个引线框(123)上并通过至少一个引线接合(125)电连接到所述引线框(123)。
8.一种检查半透明物体(701)的方法，包括以下步骤：
(i)至少一个图像捕获设备(103)通过至少一个透镜(105)捕获至少一个半透明物体(107)的至少一个图像(801)，同时至少一个发光系统(111)向所述半透明物体(107)的半透明材料(117)部分发射至少一个结构光(113)；其中，所述半透明物体(107)包括在由至少一个壳体形成的至少一个空腔内的半透明材料(117)；
(ii)图像处理装置对所述图像(801)执行至少一个阈值算法，以识别所述图像(801)中的缺陷。
9.根据权利要求8所述的检查半透明物体(701)的方法，其中，所述阈值算法包括以下子步骤：
(a)用户在所述图像(801)内限定至少一个第一区域(803)，其中，所述第一区域(803)包括覆盖半透明材料的区域，并且所述第一区域(803)包括其中在所述半透明材料(117)内可能存在至少一个缺陷的区域；
(b)用户设置待在所述第一区域(803)上使用的第一阈值强度值，由此所述第一区域(803)中具有比所述第二阈值强度值更高的强度值(807)的至少一个像素由至少一个处理装置绘制，认为是所述半透明材料(117)中的缺陷(127)。
10.根据权利要求8所述的检查半透明物体(701)的方法，其中，所述阈值算法包括以下子步骤：
(a)用户限定至少一个第二区域(809)，该第二区域(809)小于所述结构光的像素所覆盖的区域，并且所述第二区域(809)包括其中在所述第二区域(809)内可能存在至少一个缺陷(127)的区域；
(b)用户设置待在所述第二区域(809)上使用的第二阈值强度值，由此所述第二区域(809)中具有比所述第二阈值强度值更高的强度值(807)的至少一个像素由至少一个处理装置绘制，认为是所述半透明材料(117)中的缺陷(127)。
11.根据权利要求8所述的检查半透明物体(701)的方法，其中，所述阈值算法包括以下子步骤：
(a)用户在所述图像(801)内限定至少一个第一区域(803)，其中，所述第一区域(803)包括覆盖半透明材料(117)的区域，并且所述第一区域(803)包括其中在所述半透明材料(117)内可能存在至少一个缺陷(127)的区域；
(b)用户设置待在所述第一区域(803)上使用的第一阈值强度值，由此将所述第一区域(803)中的至少一个像素分类为低于(805)或高于(807)所述阈值强度值，以滤除环绕噪声；
(c)用户在所述第一区域(803)内限定至少一个第二区域(809)，其中，所述第二区域(809)小于被所述结构光的像素覆盖的区域，并且所述第二区域(809)包括其中在所述第二区域(809)内可能存在至少一个缺陷(127)的区域；
(d)用户设置待在所述第二区域(809)上使用的第二阈值强度值，由此所述第二区域(809)中具有比所述第二阈值强度值更高的强度值(807)的至少一个像素由至少一个处理装置绘制，并被认为是所述半透明材料(117)中的缺陷(127)。
12.根据权利要求9、10或11所述的检查半透明物体(701)的方法，其中，用户具有限定缺陷的至少一个合适的最小尺寸的能力。
13.根据权利要求8所述的检查半透明物体(701)的方法，其中，投射在所述半透明物体(107)上的所述结构光(113)的尺寸小于并且尽可能接近所述半透明物体(107)面向所述发光系统(111)的表面的尺寸。
14.根据权利要求8所述的检查半透明物体(701)的方法，其中，所述半透明物体还包括由所述半透明材料(117)封装的至少一个半导体管芯(115)，其中，所述半导体管芯(115)放置在至少一个引线框(123)上并通过至少一个引线接合(125)电连接到所述引线框(123)。
15.根据权利要求8所述的检查半透明物体(701)的方法，其中，所述缺陷是半透明物体(107)中的空隙、气泡或任何其它可能的缺陷。
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