CN1633582A - 用于眼镜片检查的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种成像眼镜片边缘和表面的自动镜片检查系统(10)通过眼镜片将光(114)透射到照相机(118)以生成镜片表面或镜片边缘的完整数字影像。数字化影像被分析以检测眼镜片的缺陷或异常。检查眼镜片的方法亦被公开。

Description

用于眼镜片检查的系统和方法

相关申请的交叉参考

本申请要求于2002年2月15日提交的U.S.临时申请序列号60/357,610的优先权，其内容在此全部引入作为参考。

技术领域

本发明涉及镜片检查系统，更具体而言，本发明涉及用于通过采集和分析正被检查的镜片的多个影像来检查眼镜片的自动系统和方法。

背景技术

制造诸如接触镜片的眼镜片的精确度和准确度对于病人中的这种镜片的使用是至关重要的。由于对接触镜片的增加的需求，接触镜片的制造过程已被自动化以减小制造时间并增加产品周转。然而，接触镜片对将使镜片不适合在病人中使用的损坏、异常或玷污是敏感的。固此，理想的是提供一种对所制造的镜片的检查过程，用来减少并优选地消除缺陷镜片的生产。

接触镜片检查系统的实例被公开于U.S.专利No.5,500,732；5,574,554；5,748,300；5,818,573和5,828,446中。

U.S.专利No.5,574,554公开了一种自动接触镜片检查系统，其在镜片仍在透明镜片模子上的原地时检查接触镜片。该系统使用白光源，该光源通过透明镜片模子和正被检查的镜片而将经准直的白光发射到照相机。该照相机利用具有以下这样的观察角的透镜：其对于2/3英寸CCD阵列照相机在0.5°内并且对1/2英寸照相机在0.4°内是恒定的，这在用于对接触镜片边缘的光学检测的所述系统中是重要的。所述照相机采集接触镜片的单个影像并将该影像转换成镜片的数字表示以便于计算机的进一步处理以检测镜片的异常。

U.S.专利No.5,818,573公开了一种眼镜片检查系统，其使用扩散的白光来照明所检查的镜片。镜片检查系统利用多个照相机来采集所检查的镜片的影像，并且每个照相机都被提供有光源。成像镜片边缘的照相机仅成像镜片边缘的一部分。因此，为了获得眼镜片边缘的完整影像，使用了绕眼镜片在外围被放置的八个照相机。每个照相机都被置于相对于镜片支持平面的锐角处。由八个照相机的每个采集的每个影像被单独处理以使计算处理功率最小。’573专利的系统并不对镜片检查缺陷，相反，’573专利的系统检查镜片以确定该镜片是否被适当地集中于检查系统上。

U.S.专利No.5,500,732公开了一种眼镜片检查系统，其利用非红外光来成像水合镜片(hydrated lens)。光必须经过毛玻璃扩散体、空气隔开的双重聚光透镜和场镜。检查系统中所需要的诸多部件必然需要各种光学部件的精确对准和隔开以实现所需结果。影像处理器从照相机采集单个影像并分析眼镜片的中心或眼镜片的边缘。

U.S.专利No.5,748,300和5,828,446公开了一种自动镜片检查系统，其使用暗场照明来检查水合镜片。镜片被成像于单个步骤中，由此有助于在此所公开的连续镜片检查循环。镜片的每个暗场影像可揭示镜片边缘以及镜片中的任何缺陷或异常，其足以导致光的散射，从而使该光由照相机来成像。

仅采集眼镜片的单个影像的以上所公开的镜片检查系统对于可由系统内或镜片上的碎片导致的或由系统内的“噪声”，如光学噪声导致的高误拒绝率是敏感的。例如，这些系统不能容易地确定镜片边缘的潜在缺陷是否实际上是镜片的缺陷，或者它是否是镜片所位于的窗口上的碎片。因此，这些系统可具有高误拒绝率(例如对被置于被玷污的窗口上的镜片的拒绝)，或者可接受具有镜片边缘的小但明显的缺陷的镜片。

发明内容

依照本发明的自动眼镜片检查系统包括：镜片成像系统，其采集正被检查的每个镜片的多个影像；以及镜片影像分析系统，其分析镜片的每个影像以确定正被检查的镜片是否具有一个或多个缺陷或异常。自动镜片检查系统采集镜片边缘的一个或多个影像以及镜片表面的一个或多个影像。在本发明的某些实施例中，镜片检查系统对镜片检查镜片的前表面、镜片的后表面、或者镜片的前后表面两者的组合上的缺陷。另外，镜片检查系统被配置成对镜片检查镜片的中心处(例如镜片的视区中)或者位于镜片的视区和边缘之间的镜片的一部分中的缺陷。

在优选实施例中，由检查系统采集的影像是处于其非水合或“干燥”状态下的镜片。典型地，镜片在该镜片被置于透明或对近红外(NIR)电磁能量透明的支持表面上的同时被成像。如在此所使用的，NIR电磁能量被限定为具有大约780nm到大约2,500nm之间的波长范围的光。在所说明的实施例中，镜片检查系统将两个照相机用于正被检查的每个镜片。在另外的实施例中，一个照相机可被用于采集镜片的两个或多个影像，如在此所使用的。在更进一步的实施例中，多于两个照相机可被用于检查镜片。检查系统被构造成提供对多个镜片的几乎同时的检查。所说明的检查系统的照相机具有定焦物镜，其接收来自检查系统的光源的NIR光。

眼镜片的边缘和表面影像可被单独和/或组合检查。在在此所公开的所说明的实施例中，影像是通过执行一个或多个计算机程序来检查的，该计算机程序分析镜片的数字化影像的像素亮度或对比度的变化。来自对透镜影像的分析的组合结果试图提供对镜片缺陷的较准确的检测，并且试图减少对所检查的镜片的误拒绝。例如，通过组合来自镜片的每个影像的结果，可能看起来为否则可接受的镜片中的镜片缺陷的“噪声”被减少或消除以使该镜片不被拒绝。另外，通过借助具有相对窄的场深的照相机来采集镜片的多个影像，每个影像是镜片边缘或镜片表面的高分辨率影像，因此，包括镜片边缘和/或镜片中心的镜片中的细微缺陷以及镜片边缘附近的检查窗口上的玷污可被检测。被提供给检查系统的软件亦可基于这种缺陷的预定准则来分类在镜片中或镜片上检测的缺陷。例如，可基于响应于缺陷的影像的亮度、形状或尺寸来分类。被提供给检查系统的软件亦能以高分辨率准确地跟踪镜片边缘，从而能在可能处于镜片边缘附近的检查窗口上但实际上不接触镜片边缘的碎片与镜片边缘上或镜片边缘中的实际缺陷之间进行区别。换句话说，系统的软件可允许处于检查系统的光路径中并且接近镜片边缘但不邻接镜片边缘的碎片被检测。在另外的实施例中，系统亦能检测接触镜片边缘的碎片和镜片边缘缺陷上的差异。

在本发明的一个实施例中，眼镜片检查系统包括：眼镜片成像子系统，其包括光源和数字照相机；眼镜片支持，其允许来自光源的光从中经过。以及影像分析子系统，其包括分析镜片的数字化影像的一个或多个计算机。镜片影像包括一个或多个分离的边缘影像以及一个或多个分离的表面影像，如镜片中心的表面影像。眼镜片的边缘影像可由一个照相机来获得，并且眼镜片的表面影像可由另一个照相机来获得。检查系统的照相机垂直于与眼镜片支持结构平行的平面而取向。

在一个实施例中，检查眼镜片的方法包括以下步骤：获得眼镜片边缘的完整影像，并且获得与镜片边缘隔开的眼镜片表面的影像，以及将这些影像传递给计算机以便于分析。在某些实施例中，眼镜片是非水合状态下的接触镜片。影像由一个或多个计算机来分析以检测镜片的缺陷或其它不理想的特征。例如，可通过对边缘影像执行一个或多个边缘跟踪算法来分析影像。一种镜片跟踪算法跟踪被成像的眼镜片边缘的内边缘和外边缘两者。根据由软件检测的异常的特征，尤其比如所述异常的亮度、直径或长度，异常亦可被分类成一个或多个缺陷类别。

检查眼镜片的方法亦可包括以下步骤：(a)将眼镜片定位于支持窗口上；(b)通过使从光源发射的光经过支持窗口和眼镜片来单独成像镜片边缘和镜片表面，并用照相机来捕获镜片影像；(c)数字化在步骤(b)中捕获的镜片影像，并将数字化影像传送给一个或多个计算机；以及(d)用一个或多个算法来分析数字化镜片影像以确定眼镜片是否具有缺陷。该方法亦可包括组合镜片影像以减少光学噪声的步骤。镜片亦可被定位于作为旋转台的一部分的支持窗口上，该旋转台旋转以使镜片被置于光源和照相机之间。依照以上方法而使用的照相机可以是数字照相机。

在此所述的任何特征和特征组合被包括在本发明的范围内，假定被包括在任何这种组合中的特征并不相互矛盾，如从上下文、本说明书和本领域普通技术人员的知识来看将显而易见的。

本发明另外的优点和方面在以下详述中是显而易见的。

附图说明

图1描述了眼镜片检查系统，其包括照明子系统和影像分析子系统。

图2是图1的照明子系统的检查头的透视图。

图3是图2的检查头的光源、照明传递系统和照相机的侧视图。

图4是图3中所示的光源和照明传递系统的放大侧视图。

图5说明了图1的镜片检查系统的检查头和照相机单元的接线。

图6说明了镜片检查系统的硬件和软件部件。

图7是眼镜片完整边缘的影像的顶部平面图。

图8是具有镜片中的眼泪的眼镜片表面的影像的顶部平面图。

具体实施方式

图1说明了镜片检查系统10，其被用于自动检查镜片，如接触镜片或其它眼镜片。镜片检查系统10被构造成检查处于其干燥或非水合状态下的镜片。在本发明的所说明的实施例中，镜片检查系统10在镜片已从镜片模子被去除之后检查每个镜片。检查系统10通过以下来检查镜片：成像镜片边缘并成像镜片表面，并且使用一个或多个计算机算法来处理边缘和表面影像以检测镜片缺陷或异常。

镜片检查系统10通常包括影像采集子系统100和影像分析子系统200。根据在此的公开内容，影像采集子系统100可以是眼镜片脱模机，并且影像分析子系统200可被称为检查平台。

1.影像采集子系统100。

影像采集子系统100包括一个或多个检查头110。在本发明的所说明的实施例中，影像采集子系统100包括两个检查头110。检查头110的每个都具有一个或多个照明/影像采集系统112，其通常包括光源114、用于接触镜片的支持116(见图2)和照相机118。如在图1和2中所说明的，每个检查头110包括六个照明/影像采集系统112。每个照明/影像采集系统112都被构造成使每个照相机118与其相应的光源114处于光学对准。换句话说，从光源114发射的光投影到照相机118的透镜。接触镜片支持116被构造成支撑待由检查头110检查的一个或多个镜片。在所说明的实施例中，脱模台116是弯曲的台，其旋转以使待检查的每个镜片经过照相机118和光源114之间以允许照相机获得待检查的镜片的影像。由于脱模机100的所说明的实施例包括两组六个照明/影像采集系统112，自动检查系统10可一次成像十二个不同的镜片。自动镜片检查系统10可每分钟检查180个镜片(例如每2秒6个镜片)。

1A.照明源114。

如图3和图4中所说明的，照明源114包括框架或外壳115，其具有球形腔122，该腔被装备有一个或多个NIR发光二极管(LED)128(见图4)以提供均匀或近乎均匀的NIR照明源。照明源114提供具有空间均匀性的照明以减少镜片影像中的服明假象；使用NIR通过(和可视块)过滤器来提供用于环境拒绝的NIR谱照明；提供高的峰值发光度以在短持续时间内提供对正被检查的镜片的足够曝光；并且具有外部亮度控制以允许独立于成像照相机118的透镜孔径而进行的曝光控制。

LED 128可被提供于LED板130(图4)上，该板可以是小印刷电路板(PCB)，具有四个IR LED(例如Siemens SFH421)。LED被用于照明正被检查的镜片。LED在工作上被连接于光控制器240(见图5)以使LED接收来自光控制器(在此所述的)的信号，如电流脉冲，从而使LED可发光。例如，LED可发射处于近似880nm的峰值波长的NIR光。在本发明的所说明的实施例中，每个照明源114有一个照明PCB。然而，根据检查系统，多于一个的照明PCB可被提供于每个照明源中。LED PCB可从Cambridge Consultants，Ltd.(Cambridge，U.K.)公开获得。

照明源114亦可被提供有反射涂层以使从LED 128发射的光被有效地发射通过照明源114的开口，如端口126。反射涂层可以以球形形状被提供。该球可以是具有高反射率的空薄壁金属球。这与在其它系统中使用的常规空厚壁球形成对比。

在本发明的所说明的实施例中，照明源114是具有球形腔122的立方体形状结构。球形腔122被提供有反射涂层。在所说明的实施例中，涂层是Spectaflect^TM涂层。照明源114可被称为积分球。积分球114至少部分地类似于可公开获得的Labsphere IS-020-SF(Labsphere，Inc.，North Sutton，NH，U.S.)。依照此处的描述的积分球114已从LabsphereIS-020-SF被修改以使球腔122的宽度被减小到54.5mm以允许用于脱模器机器上的镜片的55mm间距；使积分球具有一个15mm端口和两个0.5”端口而不是四个0.5”端口；并且使内部挡板已被省略。一个0.5”端口124被用于NIR LED光源130。15mm端口126可以是提供均匀NIR照明的源的输出端口。该孔径的尺寸贡献于照明的角度特性。在所说明的实施例中，15mm端口提供相对全方向的照明以得到具有相对均匀的对比度的镜片影像(没有缺陷)。尽管参考本发明的所说明的实施例而公开了特定的尺度，该尺度可被调节以满足检查系统的特定需要。例如，较小孔径(例如小于15mm)的使用可提供定向的光照并可增加例如镜片外围的对比度。

保护窗口142可被提供于积分球114上以进一步减小对反射涂层的损坏或玷污的可能性。保护窗口142可由允许诸如NIR光的光从中透射的任何适当的材料制成。例如，保护窗口142可以是BK7玻璃窗口。本发明的所说明的实施例中所示的保护窗口可具有16mm的直径和3mm的厚度。一个适当的实例是由Comar(Buena，NJ，U.S.；零件号16GQ00)出售的。保护窗口142的顶部表面应被保持没有任何明显的镜片碎片以使适当的照明不被削弱。为进一步减小在保护镜片上积累碎片的可能性，歧管(manifold)(未示出)可被提供检查系统。歧管允许空气的小射流被引导到每个窗口上以去除任何潜在积累的碎片。可依照碎片积累的所观察的速率以适当的间隔在脱模器可编程逻辑控制器250的控制下将空气的吹送施加给歧管。

1B.照明传递系统116。

照明传递系统116包括用于支持待检查的一个或多个眼镜片的台132。照明传递系统116提供了从积分球114经过输出端口126经过正被检查的镜片136到照相机118的物镜138的光的有效传递。照明传递系统116亦可包括照明透镜134和窗口140。照明透镜134和窗口140可被提供于照明插入物(insert)中，其被构造成保留透镜134和窗口140，并且在台132内配合。台132具有支持镜片136的平面表面。如所说明的，镜片136包括前凸表面136a和后凹表面136b。镜片边缘136c位于前表面136a和后表面136b的接合处。如在图7中更清楚地说明的，镜片边缘136c包括外边缘136d和内边缘136e，外和内边缘之间的距离限定镜片的厚度。台132被配置成支持处于其干燥状态下的镜片136(例如，镜片136不被包含在一个体积的液体，如盐水或水中)。如所说明的，镜片136被置于台132上以使镜片边缘136c靠着(lie against)台132的平面表面，并由此使前凸表面136a位于比后凹表面136b近的与照相机118的物镜138的距离处。

台132被放置在照相机118和积分球114之间，并且旋转以使正被检查的镜片可在积分球和照相机之间被对准。如图3和4中所示并且如以上所述，镜片136被边缘向下放置(即，镜片的凸表面面向照相机物镜138)于窗口140上。因此，窗口140应由允许诸如NIR光的光透射经过该窗口到达镜片136的材料来制造。照明传递窗口140被提供以生成相对平的或平面的表面，其允许眼镜片的不受妨碍的成像和照明。适当窗口的一个实例是这样的窗口，其具有至少19mm的通光孔径，NIR(大于或等于780nm)中大于80％的外部透射；用于在脱模器中使用而不破裂的足够强度；没有造成对镜片的误拒绝的缺陷；以及足够的抗划性以使可导致对镜片的误拒绝的缺陷不随时间而发展。适合的窗口可包括一个或多个以上属性。一个适合的窗口是3mm厚的蓝宝石窗口，但玻璃窗口亦是可接受的。另外，玻璃窗口可被提供有硬涂层，如钻石类涂层(DLC)。

在本发明的所说明的实施例中使用的照明透镜134的实例是40mm焦距和25mm直径的平凸透镜。该透镜可从COMAR(Buena，NJ，U.S.)零件号40PQ25公开获得。该透镜典型地被取向成使透镜的凸侧面向正被检查的镜片。

1C.照相机118。

成像和采集子系统100的照相机应能使镜片136的影像数字化以使影像可由计算机来分析。在本发明的所说明的实施例中，每个照相机118都是数字照相机，其被装配有诸如宏物镜的物镜138和能透射NIR光的过滤器。可接受的照相机的一个实例是可从Sony公开获得的XCD-SX900数字单色照相机。照相机可具有正方形4.65um像素的1280×960的分辨率。在成像和采集子系统中使用的物镜可被用于获得处于从C座基准到焦平面测量的161.5mm的额定固定工作距离的13mm的视场。为考虑镜片容差，每个镜片必须被设置有隔离(例如在12和14mm之间)。该隔离被选择成使照相机的正确聚焦最优(例如处于士2mm的聚焦调节范围内)。在检查系统中使用的镜片的一个实例是SILL Optics(Wendelstein，Germany)生产的S5 LPJ 3038。过滤器应减小并且优选地防止可见光的透射，例如可干扰由NIR照明提供的镜片成像的可见光的透射。在本发明的所说明的实施例中使用的过滤器的一个实例是3mm厚的Schott RG780玻璃(可从Phoenix Optical Glass，Ltd，Wales，U.K.公开获得)。

检查头110的部件在电荷耦合器件(CCD)影像传感器阵列的平面中形成镜片136的高质量影像，并且将影像传递给检查系统以便于通过一个或多个算法来评估，如在此所讨论的。数字影像数据和控制数据可通过任何适合的通信协议和计算机连接，包括火线连接，传送给计算机。卡口配合连接器(BNC)可提供用于触发器输入的通信信号。

检查头110的各种部件被附着于框架120，其被构造成与脱模机一起工作。可通过任何常规方式，如紧固方式，包括螺钉、销子或铆钉，或者通过压力密接啮合(pressure fit engagement)，将部件附着于框架。包括照相机的部件被提供于可调座上，如垂直可调座，其提供用于初始调节和聚焦的位置校正和对准。

如在此所讨论的，对照相机正在检查镜片边缘或镜片表面的确定取决于照相机的焦点(即，边缘成像是通过采集在检查窗口的水平处或附近聚焦的镜片影像来获得的(例如见图7)，并且表面影像是通过在检查窗口略微以上或与镜片边缘隔开而采集镜片影像来获得的(例如见图8))。换句话说，照相机被定位于与镜片表面或边缘的预定距离处以获得镜片边缘的一个完整、聚焦的影像和镜片表面的一个完整、聚焦的影像。在此情况下，术语“完整”指的是不被划分成部分的镜片的影像。例如，镜片的完整聚焦影像将基本上是圆形的(图7和8)。在完整边缘影像的情况下，所述形状将是环形的，或者换句话说，影像将具有焦点对准的环的形状(图7)，并且将具有焦点没有对准的中心部分。在表面影像的情况下，影像将具有中心部分(图8)。由于照相机被固定在原地，由特定照相机采集的影像的特定类型可通过相对于照相机的物镜而垂直定位安装盘或旋转台来确定。

在本发明的所说明的实施例中，并且如图5中所示，照相机118被交错排列以使各个照相机被聚焦于镜片边缘或镜片表面上。例如，检查头110包括两个站13和14。每个站都包括六个照相机(13-1，13-2，...，13-6；和14-1，...，14-6)。照相机13-1被定位成聚焦于镜片1的边缘上(1E；E表示边缘)，而照相机14-1被定位成聚焦于镜片1的表面上(1S；S表示表面)。类似地，照相机13-2被定位成聚焦于镜片2的表面上(2S)，而照相机14-2被定位成聚焦于镜片2的边缘上(2E)。因此，一组六个眼镜片可通过站13而传给一个台，其中三个镜片被成像于边缘视图中，而三个镜片被成像于表面视图中。六个眼镜片然后可被传递给站14，其中已使其边缘被成像的镜片可使其表面被成像，而已使其表面被成像的镜片可使其边缘被成像。这样，在一个完整的循环中，每个眼镜片都已使两个完整的影像被获取，其然后被检查缺陷。尽管这里的公开内容涉及利用两个单独的照相机来采集镜片的完整边缘影像和完整表面影像的检查系统，本发明的其它实施例可采用获取两个不同焦平面处的两个影像的单个照相机，或者可使用一个检查头中的两个照相机来采集影像，假定调节支持镜片的台的旋转和增量是理想的。为两个分离的视图提供两个分离的照相机尤其具有坚固性和稳定性的优点。在本发明更进一步的实施例中，附加的照相机可被提供以采集镜片的附加视图。

这样，在本发明的所说明的实施例中，影像采集系统100的检查头110负责采集经过脱模器的镜片的电子影像。每个检查头110都能在一个机器索引周期(例如大约2秒)内在其站处检查所有六个镜片。两个检查头提供了这样的能力：能采集经过脱模器的六个轨迹能力(trackcapacity)的每个镜片的两个影像。

所述两个检查头被构造成生成每个镜片的两个部分的两个截然不同的视图，如边缘视图和表面视图。这两个视图将对应于单个镜片的影像。在边缘视图中，聚焦的平面与镜片的边缘重合或近乎重合，从而使边缘缺陷或异常是可检测的。镜片边缘的所获得的影像是整个镜片边缘的影像。或者换句话说，所述影像是镜片边缘的单个、完整的影像，这与获得镜片边缘的多个分离影像的一些现有系统形成对比。另外，不在镜片上的检查窗口上的任何碎片可被检测。用单个照相机分别成像镜片边缘改进了常规检查系统，这是因为可以以比先前系统精细的分辨率来成像边缘，所述先前系统仅采集镜片表面和镜片边缘两者的单个影像。较精细的分辨率提供了检测镜片边缘中的缺陷或异常的增加的灵敏度。场系统的大深度不能在检查窗口上的碎片和镜片边缘缺陷之间进行区分，由此促使了可接受镜片的增加的拒绝率。

在所说明的实施例中，镜片是在其边缘向下于诸如蓝宝石窗口的窗口上时被检查的。在表面视图中，照相机的焦平面被升高以相交镜片于其边缘以上，从而使表面缺陷是可检测的。镜片的表面视图提供了镜片表面的单个、完整的视图。在一个实施例中，照相机透镜和眼镜片之间的距离被设置成使镜片的整个表面(例如与镜片边缘隔开的镜片部分)形成单个影像。在其它实施例中，焦平面可被更加局限以检查镜片表面的部分，如视区或外围区(即视区和镜片边缘之间的区)。聚焦的深度亦可被限制以使在检查窗口上聚集的任何碎片不在表面视图中以锐聚焦出现。该途径(即获得镜片的表面和边缘视图)克服了在采集镜片影像的过程中利用场视图的单个高深度的检查系统中存在的高误拒绝率。在不可控制的量的碎片积累的情况下，在此所述的检查系统的脱模器亦可包括清洁站。另外，检查系统可包括这样的装置，其将离子化空气递送给镜片以帮助减小镜片上的玷污的可能性。

2.影像分析子系统200。

影像分析子系统200或检查平台包括一个或多个计算机210，其与影像采集子系统100通信以使计算机可接收和分析由照相机118捕获的镜片影像数据(见图5-7)。

更具体而言，检查平台200包括一个或多个照相机单元220；以及一个或多个自动检查系统服务器230。附加的计算机部件可被提供以允许数据输入，如键盘或鼠标，数据显示，如监视器、网络开关、调制解调器和电源。检查平台200的元件可被提供于一个或多个箱体中。如图5中所说明的，检查平台200的元件可被接线在一起。

在本发明的所说明的实施例中，检查平台200包括三个照相机单元220。每个照相机单元220都是运行照相机单元软件的计算机。每个照相机单元都负责分析镜片的六个轨迹中的两个(例如，如图5中所示，轨迹1和2中的镜片)。每个照相机单元220都可包括一个或多个通信卡，如火线卡，其被构造成从照相机118接收影像数据并控制照相机118的设置。适合的火线卡的一个实例是可公开获得的Unibrain FireBoard400(The 1394 Store，San Ramon，CA，U.S.)。计算机220亦可包括数字输入/输出(I/O)卡，其通过光绝缘体222而连接于脱模机可编程逻辑控制器250以便于进行数字通信。适合的I/O卡的一个实例是来自NationalInstruments(Newbury，Berkshire，U.K.)的PCI-6503.

检查系统10的自动检查系统(AIS)服务器230负责运行AIS服务器软件。AIS服务器被网络连接于监督控制和数据应用(SCADA)以便于过程监督。

检查平台200的光照控制器240提供了对照相机触发器和LED闪光灯的可编程控制。可通过RS232接口来提供所述控制。在本发明的所说明的实施例中，每个照相机单元220都将控制光照控制器240并使用四个光照控制器的LED输出以用限定的电流和持续时间使积分球114的照明LED 128闪光，并且使用开关输出来触发四个所附着的照相机(通过照相机触发板(CTB))。适当光照控制器的一个实例是可从GardasoftVision(Ben Drayton，U.K.)获得的PP101光照控制器。照相机触发板可以是允许光照控制器发送电压信号(如5伏触发信号)给照相机的任何适当的板。自动检查系统被接线成当照相机触发板被触发时，照相机单元的光绝缘体之一亦被触发，从而使照相机单元可确定或检测已发生光照控制器触发。

光绝缘体被用于使计算机的触发信号与可编程逻辑控制器的电压信号绝缘。光绝缘体的适合实例是具有Crydom输入/输出模块(6321和6101A，其分别是DC输出和DC输入模块)的Grayhill 70RCK24(NorvellElectronics，Inc.，Irvine，CA，U.S.)。

位置传感器可被接线到检查平台200中。位置传感器可以是WenglorLD86PCV3。在所说明的实施例中，所述传感器被设置成通过以下而正常开启：旋转最接近传感器红透镜的电位计以使它完全顺时针。较低的电位计调节灵敏度并且典型地在安装期间被设置。位置传感器用来指示眼镜片支持台的径向位置。

3.镜片检查。

自动检查系统提供了眼镜片制造过程中的单个检查点。干燥或相反非水合的镜片在该镜片已被脱模之后在单个状态下被检查。在单个状态下，如在干燥状态下检查镜片在自动系统中是有利的，这是因为检查镜片的步骤数被减小。自动检查系统采集镜片边缘的完整影像，并且采集与镜片边缘隔开的镜片表面的完整影像。每个影像单独和/或一起被检查。如果两种检查均不得到可检测的缺陷，则镜片被接受并且传递给下一级的处理。如果需要，可为每个镜片重复该过程以提高检查的可靠性。如将从这里的公开内容所理解的，应执行对镜片的任何附加处理以使镜片在经过检查系统之后不被损坏或相反玷污。

作为一个实例，使用镜片检查系统10而执行的检查循环可包括旋转脱模机的台132以将经脱模的眼镜片置于在影像采集子系统100中使用的每个照相机以下。眼镜片可被集中在脱模机台上以使当台旋转时，镜片将处于从光源发出到达照相机的光路径中。脱模器机器产生信号以触发影像采集子系统100从而采集镜片的影像。影像采集子系统将采集镜片边缘的影像和镜片表面的影像。可使用一个或多个计算机算法来分析镜片的影像以确定所检查的镜片通过或未通过系统所需要的标准。分析结果然后可被传递给脱模器机器以决定整个镜片已通过或未通过检查。在将可接受的镜片传递给下一站以便于包装或进一步的处理之前，脱模机可拒绝有缺陷的镜片。影像分析子系统亦可产生有关检查进程或结果的详细报告。

当镜片边缘影像被采集时，照相机基本上被聚焦于镜片所放置的窗口上。当镜片表面影像被采集时，照相机被聚焦于检查窗口的表面以上(例如，与镜片边缘隔开)。举例来说，当正被检查的镜片是近似4mm高(例如，从窗口到镜片的中心的垂直距离是近似4mm)时，照相机可被聚焦于距离检查窗口的2mm处。

如以上所讨论的，每个照相机单元220都是计算机。计算机220通过软件使用一个或多个镜片检查算法来提供对镜片影像的影像捕获、分析和分类。所述软件亦可提供与自动检查系统的其它计算机或部件的通信，并且可提供对正被检查的镜片的照明的自动控制。

对边缘和表面影像的分析和分类发生在脱模器的两个索引上。因此，“AND”功能被实施以确定镜片最终通过或未通过检查(例如，边缘检查通过AND表面检查通过)，其可能不由照相机单元来实施，而相反可由可编程逻辑控制器250来确定。所述控制器的一个实例是由Rockwell Automation(Milwaukee，WI)制造的SLC 5/05。

有关照相机单元220所获得的影像的数据然后可被传送给影像服务器230，其存储有关影像的数据结果，核对检查数据，与SCADA系统进行通信，分析影像数据以帮助过程最优化和理解，并且与一个或多个远程计算机通信。

自动检查系统的概观被说明于图6中。为了说明的目的，该图仅示出照相机单元220之一的配置。如以上所示，每个照相机单元220都负责采集正被检查的镜片的至少一个表面影像和至少一个边缘影像。这些影像被分析，并且通过/未通过决策被给予(render for)每个视图。因此，每个照相机单元都将多个通过/未通过决策报告给可编程逻辑控制器250，并且通过自动检查服务器230将更详细的结果报告给SCADA。

照相机单元220的平台软件是用于检查系统的中心模块。该平台软件协调正被检查的镜片的影像捕获、影像的处理以及对检查系统各个其它部件的结果传送。该平台软件可提供有关其状态的操作信息，并且可显示或报告任何错误消息。由平台软件提供的信息可被显示在系统的监视器上，并且/或者可被传递给服务器230。

照相机单元的检查库包含影像处理算法。检查库可被传递镜片影像。该库检查被成像的镜片有故障或具有这样的特性，如不理想的物理或光学特性，并且它返回有关镜片的通过/未通过决策以及有关通过/未通过的原因的更详细信息。可根据镜片影像是边缘影像或表面影像来使用算法的不同配置。

照相机单元220亦包括检查库配置文件，其限定用于检查库的关键配置参数。参数的实例包括但不局限于算法内的各种检查测试(test)的阈，并因此限定用于通过或未通过镜片的检查库的总体准则。所述文件可以以可扩展置标语言格式(XML格式)而被存储。

诸如NIDAQ库和火线库的其它库可被提供给照相机单元220。这些库可被用于驱动检查系统的各种其它部件并与这些部件通信。

照相机单元亦可包括一个或多个程序以存储包括数字化影像的影像数据，并且自动和周期性地去除不想要的或不使用的数字文件。

自动检查系统服务器230的自动检查系统服务器应用提供了SCADA和照相机单元之间的接口。例如，在SCADA处发出的命令可被传递给照相机单元以便于执行，并且由照相机单元产生的报告可被传递给SCADA。

自动检查系统服务器的网服务器部件提供允许操作者在检查结果被照相机单元报告时看到它们的界面。用户可具有检查诊断结果、批量(lot)结果和近期影像以及显示AIS系统的事件日志的能力。

自动检查服务器结果数据库包含表以容纳：从照相机单元接收的状态消息的事件日志；详细结果，其可根据批量和脱模器轨迹索引来索引；运行诊断模式的结果；以及近期批量结果的概述。所述数据库亦可维持一组所存进程，其允许产生用于当前批量的镜片类别的概述，并且允许从数据库中去除与特定批量关联的结果。

照相机单元220的检查库的边缘检查算法处理正被检查的镜片的边缘影像。边缘算法负责检测镜片边缘缺陷、奇形镜片和遗漏的镜片。所述算法将能检测是否没有镜片存在于检测窗口上；检测镜片影像是否照明不足、照明过度、焦点没有对准、以及未被集中；检测具有过小或过大直径的镜片；检测过于非圆形的镜片；并且检测由与完美椭圆的镜片边缘轮廓中的显著偏差或沿镜片边缘的影像亮度的显著变化指示的边缘缺陷。边缘检查算法亦可被用于测量镜片边缘厚度以确定镜片是否具有所需边缘厚度，如尤其是恒定边缘厚度，并且/或者确定镜片边缘是否具有所需结构形状，如例如低边缘顶点上的斜角(bevel)形状。

照相机单元220的检查库的表面检查方法负责检测镜片表面上的缺陷或者镜片表面上的外来体。亦可借助与边缘缺陷检测方法类似的方式来检测粗糙的或总的边缘缺陷。然而，如以上所讨论的，对边缘缺陷的灵敏度低于专用的边缘缺陷检测算法。表面检查算法应当能检测是否没有镜片存在；检测照明不足的、照明过度的、焦点没有对准的和/或未被集中的镜片影像；检测具有过小或过大直径的镜片；检测过于非圆形的镜片；检测由与完美椭圆的镜片边缘轮廓中的显著偏差或沿镜片边缘的影像亮度的显著变化指示的边缘缺陷。可理解的是，表面检查算法中提供的边缘缺陷检测技术比在边缘缺陷检测算法中所使用的不敏感。表面缺陷检测算法亦可检测如由与本地背景水平相比的镜片影像的对比度的变化指示的镜片表面上的缺陷。如在此所讨论的，表面缺陷检测算法可被用于检查整个镜片表面或者镜片表面的部分。例如，表面缺陷检测算法可被用于检查镜片的视区、镜片的外围区或视区和外围区的组合。典型地，表面缺陷检测算法至少以高分辨率检查如与镜片边缘相对的镜片的中心。该算法亦能将缺陷分类成诸如颗粒、划痕、污点、气泡、纤维和未知的类别。该算法亦能施加对所检测的缺陷类型特定的镜片拒绝准则。例如，该准则可基于所检测的缺陷的面积、长度、对比度和位置(半径)。另外，该算法亦能输出使镜片被拒绝的信息。

检查库配置文件可包含被应用于检查算法的规则。该规则由此可作为参数被传递给软件以便于程序的执行。因此，检查系统的操作者可改变规则而无需修改或重新编译调用这些参数的软件。

如在本领域所理解的，依照本发明而使用的特定算法和软件程序可使用任何常规的编程语言和规则来实施。在实际上被缩减以实施的本发明实施例中，检查算法是以C或C++来编程的。尽管所使用的特定参数或算法可在本发明的精神范围内变化，一些参数可包括并且不局限于包围镜片的影像面积，用于跟踪镜片边缘的准则，用于拒绝遗漏镜片的准则，用于拒绝坏镜片影像的准则，用于拒绝奇形或未对准的影像的准则，以及用于拒绝镜片边缘缺陷的准则。

包围镜片的影像面积可被选择成允许处理较小比例的照相机CCD阵列，这帮助减少计算并提高处理速度。边缘跟踪准则被用于识别和跟踪潜在的镜片边缘。该准则包括用于检测镜片边缘上的候选象元(pel)的最小对比度水平，以及用于跟踪候选镜片边缘的最小对比度。该准则亦可包括这样的参数，其区分镜片的周长和诸如镜片上的特征的另一个物体的周长。该准则亦可包括限定镜片边缘的内外轨迹(例如内外边缘)之间的距离或间隙的参数。用于检查的准则亦可包括确定镜片是否遗漏的参数，如最小周长或半径。确定有关对镜片影像的聚焦和光照的限制的参数可包括最小和最大亮度值(例如影像的给定区域内的平均像素亮度)，以及便于检测不足聚焦的最小边缘对比度值。针对镜片椭圆与圆形形状的最大容许偏差的准则亦可被提供。准则亦可包括缺陷的最小幅度和最小长度。缺陷典型地将其本身表示为CCD像素阵列的照明的变化，因此设置特定阈值可允许所述算法确定特定镜片的镜片影像是否超过这些阈。

检测和跟踪算法利用了缺陷和相邻背景之间的对比度水平和像素亮度。可根据镜片检查所需的灵敏度来限定不同的检测和跟踪阈。例如，较高的阈可被提供于具有高曲率的镜片区域中，在其中对比度水平可较迅速地变化。较高的阈通常被用于缺陷检测而不是跟踪。被用于检查算法的特定阈值可从经验上被确定，并且被最优化以实现所需的镜片通过和未通过率。

通过使用边缘检查算法，有可能基于镜片边缘和背景之间的对比度的差异来跟踪镜片边缘。通过向算法提供用户定义的参数，如对比度阈，检查系统提供了具有减小的对比度差的对镜片的精确检查。换句话说，该检查系统比需要高对比度影像的常规系统灵敏。边缘跟踪算法亦提供对镜片边缘的精确跟踪。在边缘被跟踪时，其它系统经历跳跃，例如，其它系统可不理想地且周期性地跟踪镜片边缘的外边缘，然后“跳跃”到镜片边缘的内边缘。跟踪上的变化可被感觉为镜片中的缺陷。相反，本发明的软件包括这样的参数，其减小对镜片边缘的跟踪将被这种跳跃折中的可能性。

被提供有检查系统的软件亦可包括用于诊断功能的一个或多个程序。例如，检查系统亦能在镜片检查窗口被加载镜片之前对其检查损坏，并且能监视已针对周期性错误而被记录的缺陷。周期性错误可表示脱模过程中或检查或制造过程中的某个其它点处的错误。

在此所公开的检查系统由此具有以下优点：扫描眼镜片边缘的提高的分辨率，由此减小误拒绝率并减小通过有缺陷镜片的比率；通过对镜片检查两个或多个影像中的缺陷而改进的缺陷检查；以及基于检查结果而提供有关镜片缺陷的增加的诊断的能力。

尽管已参照各种特定实例和实施例描述了本发明，应理解本发明并不局限于此，并且其它实施例处于本发明的范围内。

许多专利和其它文档在此已被标识。在此标识的每个专利和文档由此整体引入作为参考。

Claims (29)

1.一种自动眼镜片检查系统，包括：

(a)影像采集系统，包括第一和第二数字照相机以及眼镜片支持，该影像采集系统被构造成将处于非水合状态下的眼镜片置于眼镜片支持上以允许第一照相机和第二照相机在不同时间处聚焦于眼镜片上，第一照相机被定位于与眼镜片的一个距离处以使第一照相机的透镜聚焦于眼镜片的边缘上以获得眼镜片整个边缘的单个影像，并且第二照相机被定位于与眼镜片的一个距离处以使第二照相机的透镜聚焦于与眼镜片边缘隔开的眼镜片表面上以获得与眼镜片边缘隔开的眼镜片表面的单个影像；以及

(b)影像分析系统，包括至少一个计算机，其具有一个或多个程序以检查分别通过第一和第二照相机获得的眼镜片边缘和与眼镜片边缘隔开的眼镜片表面的影像。

2.权利要求1的系统，其中第一和第二照相机的每个都被定位成聚焦于镜片的一部分上以相对于仅借助被定位于单个焦平面处的单个照相机所获得的影像的清晰度而获得镜片边缘或与眼镜片边缘隔开的镜片表面的较清晰的影像。

3.权利要求1的系统，其中第一和第二照相机被配置成接收通过眼镜片的近红外光。

4.权利要求1的系统，其中所述至少一个计算机与第一和第二照相机通信以接收借助照相机而获得的影像。

5.权利要求1的系统，其中所述至少一个计算机包括边缘跟踪程序，其被配置成通过检查眼镜片边缘和与眼镜片边缘相邻的背景之间的对比度的变化来跟踪眼镜片的外边缘和内边缘。

6.权利要求1的系统，其中所述至少一个计算机包括边缘跟踪程序，其被配置成分类在眼镜片边缘和与眼镜片边缘隔开的眼镜片表面的影像中检测的缺陷。

7.权利要求1的系统，其中由所述至少一个计算机检查的影像是接触镜片边缘的影像和与接触镜片边缘隔开的接触镜片表面的影像。

8.一种自动眼镜片检查系统，包括：

(a)影像采集系统，包括：

(i)光源，

(ii)眼镜片支持，其被构造成将眼镜片支撑于与光源的预定距离处并且经过来自光源的光，以及

(iii)照相机，其具有物镜，被定位以接收由光源提供并经过眼镜片支持的光，假定照相机不同时聚焦于眼镜片的边缘和与眼镜片边缘隔开的眼镜片的表面两者上，则照相机的物镜被定位于与眼镜片支持上放置的眼镜片的预定距离处以使照相机聚焦于眼镜片的边缘或与眼镜片边缘隔开的眼镜片的表面上，从而获得眼镜片整个边缘或与眼镜片边缘隔开的眼镜片整个表面的单个数字影像；以及

(b)影像分析系统，包括至少一个计算机，其与影像采集系统的照相机通信以接收眼镜片的数字影像，该计算机包括指令以分析眼镜片的数字影像。

9.权利要求8的系统，其中光源被构造成提供处于近似880nm的光。

10.权利要求8的系统，其中光源包括位于外壳中的发光二极管，其被构造成提供对眼镜片的空间上均匀的照明。

11.权利要求8的系统，其中眼镜片支持包括平面表面，其被配置成支持处于非水合状态下的眼镜片。

12.权利要求11的系统，其中眼镜片是具有凸前表面和凹后表面的接触镜片，并且眼镜片支持被配置成支持接触镜片以使凸前表面被放置的比凹后表面接近于照相机的物镜。

13.权利要求8的系统，其中眼镜片支持是旋转支持，其将眼镜片移动得与光源和照相机对准和不对准。

14.权利要求8的系统，其中照相机包括过滤器以减小除了近红外光以外的光的透射。

15.权利要求8的系统，包括多个光源和照相机，该照相机被定位成采集多个眼镜片的完整镜片边缘和与眼镜片隔开的镜片表面的影像。

16.权利要求15的系统，包括第一组照相机和第二组照相机，第一组照相机被定位成使照相机的物镜聚焦于正被检查的眼镜片的边缘上，并且第二组照相机被定位成使照相机的物镜聚焦于与正被检查的眼镜片边缘隔开的表面上。

17.一种用于自动检查眼镜片的方法，包括：

(a)将眼镜片提供于眼镜片支持上以使眼镜片位于光源和具有被聚焦于眼镜片的部分上的物镜的照相机之间的光路径中，所述部分是眼镜片的边缘或与镜片边缘隔开的眼镜片的表面，而不是被聚焦于眼镜片的边缘和表面两者上；

(b)获得焦点对准的眼镜片部分的数字影像；

(c)将眼镜片定位于照相机之下以使在步骤(a)中焦点没有对准的眼镜片的部分焦点对准；

(d)获得在步骤(c)中焦点对准的眼镜片部分的数字影像；以及

(e)对眼镜片的数字影像检查缺陷。

18.权利要求17的方法，其中眼镜片是具有凸前表面和凹后表面的接触镜片，并且接触镜片位于眼镜片支持上以使凸前表面比凹后表面接近于照相机的物镜。

19.权利要求17的方法，其中定位步骤包括移动眼镜片支持以使眼镜片被定位于第二照相机之下，该照相机具有聚焦于在步骤(a)中焦点没有对准的镜片部分上的物镜。

20.权利要求17的方法，其中步骤(c)包括移动在步骤(b)中使用的照相机以使该照相机的物镜聚焦于在步骤(a)中焦点没有对准的眼镜片部分上。

21.权利要求17的方法，其中数字影像包括像素，并且步骤(e)包括通过测量数字影像边缘周围的像素的亮度来跟踪镜片的数字影像的边缘。

22.权利要求21的方法，其中步骤(e)包括跟踪眼镜片边缘的外边缘和内边缘。

23.权利要求21的方法，其中步骤(e)包括检测表示镜片边缘的像素和相邻像素之间的对比度变化，其中超过预定阈的对比度的变化被分类成缺陷。

24.权利要求21的方法，进一步包括：

(f)分类在步骤(e)中检测的缺陷。

25.权利要求21的方法，其中步骤(b)包括接收从光源发射并透射经过眼镜片的近红外光。

26.一种用于自动检查眼镜片的方法，包括：

(a)借助聚焦于眼镜片边缘上的照相机来获得眼镜片边缘的完整影像；

(b)借助远离眼镜片边缘而被聚焦的照相机来获得眼镜片表面的影像；以及

(c)将步骤(a)和(b)的影像传递给至少一个计算机以便于对影像的分析。

27.权利要求26的方法，其中眼镜片是接触镜片，并且其中接触镜片的影像是处于非水合状态下的接触镜片的影像。

28.权利要求26的方法，其中眼镜片边缘的影像具有内边缘和外边缘，并且进一步包括借助被提供给所述至少一个计算机的软件来跟踪内边缘和外边缘。

29.权利要求26的方法，进一步包括分类由所述至少一个计算机检测的缺陷。

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