CN1908638A - 玻璃缺陷的光学检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种玻璃缺陷的光学检测装置,利用激光束经柱面镜扩展成面光束,从被检玻璃厚度侧面入射玻璃,玻璃中或玻璃表面的缺陷诸如气泡、划痕等成为散射体,摄像头在计算机控制下对放置在载物平台上的被检玻璃进行正面拍摄,得到清晰的缺陷图像由计算机图像处理及识别软件进行判别,给出缺陷标记和提示。若在所述激光器和柱面镜之间增加由转镜及f-θ透镜构成的光学扫描机构,激光束先变换成沿柱面镜轴线方向的扫描光束,再经柱面镜展开成面光束射入玻璃,则可进行缺陷深度位置的检测。本发明装置简单,容易实现,尤其适用于压花玻璃的缺陷检测,还适用于对其它透明材料,如塑料、陶瓷、薄膜及晶体等进行内部缺陷检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种玻璃缺陷的光学检测装置,尤其对于带花纹的玻璃和镀膜玻璃,可以有效的避免玻璃上印压的规则花纹及膜层对缺陷识别造成的干扰,达到好的缺陷成像质量。属于光学缺陷检测领域。
技术背景
在玻璃生产过程中,种种原因会导致缺陷产生和存在,主要缺陷包括划痕、气泡和污点等等,如何自动识别玻璃的缺陷是玻璃生产企业进行生产过程质量控制和产品质量检验急待解决的问题。
目前,国内许多玻璃生产企业还依靠工人通过眼睛来识别玻璃中的缺陷,效率很低。而当前用于光学检测玻璃缺陷的设备大多是进口的,如美国图像自动化设备公司开发的新型平板玻璃自动检测系统FastScan Reflex,其基本原理是用光扫描方式利用激光对玻璃表面进行扫描,用检测器检测透射光或反射光的光强变化来检测玻璃缺陷。德国INNOMESS公司的玻璃缺陷检测系统Floatscan-catcher&optics,基本原理是采用光干涉技术,通过观察莫尔条纹的变化,来判别缺陷。这些国外的设备虽然具有较高的测量精度,但其原理和设备制作工艺较复杂,检修及维护困难,普遍存在玻璃表面成像面积小或视角小的问题,更突出的问题在于价格高昂,使一些中小玻璃生产商对此望而却步,致使由于检测仪器设备的匮乏,严重影响玻璃生产的质量。尽管我国是玻璃生产的大国,存在产量及价格上的优势,但产品质量上处于明显弱势,中低档玻璃供大于求,而优质高档玻璃短缺,国内的一些品牌缺乏竞争力,也迟迟难于走出国门,走向世界。因此,对国内大多数玻璃生产商来说,开发方法简单、精度高、价格低廉的检测仪器设备已经成为一种迫切需求。
在国内由中国新型建筑材料工业杭州设计研究院设计的浮法玻璃缺陷在线自动检测装置,也是采用光扫描方式,光源从被测玻璃表面正上方、斜上方、正下方或斜下方照明,通过对玻璃表面成像,特别是对缺陷进行光学放大,再进行图像处理的方法自动检测缺陷。当被检测的玻璃是带规则花纹的压花玻璃时,该检测装置也难以正确识别出玻璃中的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足,提出一种玻璃缺陷的光学检测装置,能够不受玻璃花纹的背景干扰,准确的识别出被检玻璃的缺陷,装置简单,容易实现。
为实现这一目的,本发明利用激光束经柱面镜扩展成面光束,从被检玻璃厚度侧面入射玻璃,玻璃中或玻璃表面的缺陷诸如气泡、划痕等成为散射体,摄像头在计算机控制下对放置在载物平台上的被检玻璃进行正面拍摄,得到清晰的缺陷图像由计算机图像处理及识别软件进行判别,给出缺陷标记和提示。若在所述激光器和柱面镜之间增加由转镜及f-θ透镜构成的光学扫描机构,激光束先变换成沿柱面镜轴线方向的扫描光束,再经柱面镜展开成面光束射入玻璃,则可进行缺陷深度位置的检测。
本发明提供的玻璃缺陷的光学检测装置其特征在于包括激光器、柱面镜、载物平台、遮光罩、摄像头或数码相机,计算机和图像处理及识别软件,载物平台上放置被检玻璃,摄像头位于载物平台的上方,遮光罩连接着被检玻璃区域四周与摄像头,用于遮挡背景光,摄像头与计算机相连,计算机内置摄像控制和图像处理及识别软件,激光器和柱面镜位于被检玻璃的厚度一侧。激光束经过柱面镜扩展成的面光束与被检玻璃的表面平行,从被检玻璃的厚度侧面入射玻璃,摄像头在计算机控制下对玻璃正面进行拍摄,拍摄所获得的缺陷的图像由计算机采集并由图像处理及识别软件进行判别,给出缺陷标记和提示。
本发明的玻璃缺陷的光学检测装置的检测原理和工作过程是,激光器发出的线激光束经柱面透镜扩展成面光束,面光束从被检测玻璃的厚度侧面入射,在玻璃内部沿着与玻璃表面平行的方向传播,当玻璃内部或玻璃表面存在气泡、划痕和污点等缺陷时,玻璃介质的均匀性被破坏,缺陷成为散射体发出散射光,通过位于玻璃表面上方(或下方)的摄像头或数码相机摄像,即可获得清晰的玻璃缺陷图像。当玻璃无缺陷时,由于无散射源,激光不能从上或下表面出射,所以此时摄像得到暗场。由于玻璃四周采取了遮光措施,避免了背景光的干扰,能够得到清晰的缺陷图像。计算机控制摄像机以一定的频率摄像,所拍摄的图像由图像处理与识别软件进行判别,给出缺陷标记和提示。
若要获得缺陷所在的纵向位置数据,进行缺陷成因分析,指导玻璃生产。可以在上述方案的基础上对光源部分进行改进:在激光器和柱面镜之间增加转镜(或振镜)及f-θ透镜,于是,激光器射出的线激光束,先通过由转镜(或振镜)及f-θ透镜组成的光学扫描机构,变换成沿柱面镜轴线方向扫描的扫描光束,扫描光束再经过柱面镜展开形成带状面激光束,从被检厚玻璃的侧面(厚度面)入射,当转镜转动进行扫描时,带状面激光束从被检厚玻璃的侧面的不同的深度位置入射,由摄像头或数码相机实时同步对被检玻璃的表面进行摄像,随后采集到计算机图像处理系统中,由图像处理与识别软件进行图像处理,通过比较光在不同深度位置入射时的缺陷图像,便可识别缺陷在玻璃中的深度位置,从而可进行缺陷的成因分析,对指导玻璃成型时的压力和温度控制,指导玻璃生产,具有实际意义。
由于本发明是对缺陷造成的与入射光近似垂直方向的散射光的检测,而且入射光在玻璃内传播,避免了表面照射造成的多表面反射的干扰,本发明具有较高的测量精度,缺陷最小识别能力<0.2mm。
当激光从玻璃侧向照射摄像设备从玻璃表面摄像时,几乎看不到因玻璃上压印的规则花纹产生的散射光,而气泡、划痕等缺陷由于折射率及散射特性等与玻璃本身有较大差异,传播介质的均匀性被破坏,用摄像设备从玻璃表面摄像时,很容易看到因缺陷产生的散射光,因而,通过这种方式缺陷能很容易的被识别出来。
本发明还解决了玻璃表面成像面积小或视角小的问题,对整块玻璃板采用侧向照明,这样便能克服成像光束带宽窄的问题,并且在检测带花纹的玻璃的缺陷时能避免花纹的背景干扰,有独特的优势。
本发明装置简单,容易实现,成本低,不仅可用于对玻璃(尤其是压花玻璃)缺陷的检测,还可以适用于对其它透明材料,如塑料,陶瓷,薄膜,及晶体等进行内部缺陷检测。
附图说明
图1为本发明玻璃缺陷的光学检测装置及原理示意图。
图1中,1为激光器,2为柱面镜,3为被检玻璃,4为缺陷,5为散射光,6为摄像头,7为计算机,8为图像处理及识别软件,11为载物平台,12为遮光罩。
图2为本发明实现玻璃缺陷深度位置检测装置的示意图。
图2中,1为激光器,2为柱面镜,3为被检玻璃,4为缺陷,5为散射光,6为摄像头,7为计算机,8为图像处理及识别软件,9为转镜,10为f-θ透镜,11为载物平台,12为遮光罩。
图3为采用表面照明方式所拍摄的玻璃缺陷图。
图3中,(a)为气泡缺陷,(b)为划痕缺陷。
图4为对图3进行图像处理后的结果。
图4中,(a)为经图像处理后的气泡缺陷,(b)为经图像处理后的划痕缺陷。
图5为采用本发明装置从侧面激光照明方式所摄玻璃缺陷图。
图5中,(a)为气泡缺陷,(b)为划痕缺陷。
图6为对图5进行图像处理后的结果。
图6中,(a)为经图像处理后的气泡缺陷,(b)为经图像处理后的划痕缺陷。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的技术方案,以下结合附图作进一步的详细描述。
本发明玻璃缺陷的光学检测装置结构组成及其工作原理如图1所示,检测装置包括激光器1、柱面镜2、载物平台11、遮光罩12、被检玻璃3、摄像头6(或数码相机),计算机7和图像处理及识别软件8。
载物平台11上放置被检玻璃3,摄像头6位于载物平台11的上方,遮光罩12连接着被检玻璃区域四周与摄像头6,用于遮挡背景光,摄像头6与计算机7相连,计算机7内置了摄像控制和图像处理及识别软件8。激光器1和柱面镜2位于被检玻璃3的厚度一侧,具体地,激光束经过柱面镜2扩展成的面光束与被检玻璃3的表面平行,从被检玻璃3的厚度侧面中心高度处入射玻璃。
工作过程是,激光器1发出的线激光束经柱面透镜2扩展成面光束,面光束从被检测玻璃3的厚度侧面入射,在玻璃内部沿着与玻璃表面平行的方向传播,当玻璃内部或玻璃表面存在气泡、划痕和污点等缺陷4时,玻璃介质的均匀性被破坏,缺陷4成为散射体发出散射光5,通过位于玻璃表面上方的摄像头6摄像,即可获得清晰的玻璃缺陷图像。当玻璃无缺陷时,由于无散射源,激光不能从玻璃表面出射,所以此时摄像得到暗场。由于玻璃四周采取了遮光措施,避免了背景光的干扰,因此能够得到清晰的缺陷图像。计算机7控制摄像机6以一定的频率对玻璃正面进行拍摄,拍摄所获得的缺陷的图像由计算机7采集并由图像处理及识别软件8进行判别,给出缺陷标记和提示。
根据本发明的原理,检测装置不仅能够检测出玻璃是否存在缺陷,还能检测出玻璃内部缺陷的深度位置。一种能检测缺陷在玻璃内部的深度位置的装置如图2所示,在上述图1主方案的基础上对光源部分进行改进,在激光器1和柱面镜2之间增加转镜(或振镜)9及f-θ透镜10,于是,激光器1射出的线激光束,先通过由转镜9及f-θ透镜10组成的光学扫描机构,变换成沿柱面镜轴线方向扫描的扫描光束,扫描光束再经过柱面镜2展开形成带状面激光束,从被检玻璃3的侧面(厚度面)入射。当转镜9转动进行扫描时,带状面激光束从被检玻璃3的侧面的不同的深度位置入射,计算机7控制摄像头6实时同步对被检玻璃的表面进行摄像,所拍摄的图像由图像处理与识别软件8进行判别,给出缺陷标记和提示。通过比较光在不同深度位置入射时的缺陷图像,便可识别缺陷在玻璃中的深度位置。
本发明的实施效果:
为了进一步说明本发明装置的检测效果,在两种不同的照明方式下比较拍摄了带缺陷的花纹玻璃的图像。
图3是采取常规的从玻璃表面上方照明方式下得到的缺陷图像,图3中(a)为气泡缺陷,(b)为划痕缺陷。由图3可见,由于玻璃本身带规则花纹,所摄取的图像中既有缺陷也有花纹。图4为对图3进行边缘提取等图像处理后的结果。图4中(a)为经图像处理后的气泡缺陷,(b)为经图像处理后的划痕缺陷。由图4可见,由于玻璃本身带规则花纹,所拍摄的缺陷图像中花纹图案成为背景,要应用图像处理手段从复杂的花纹图案背景中提取并识别出缺陷是很困难的。
图5为采用本发明检测装置从侧面激光照明方式所摄玻璃缺陷图,图5中(a)为气泡缺陷,(b)为划痕缺陷。由图5可见,尽管玻璃本身带规则花纹,但所拍摄的缺陷图像中已没有花纹图案,仅有清晰的缺陷图像。图6为对图5进行图像处理后的结果。图6中(a)为经图像处理后的气泡缺陷,(b)为经图像处理后的划痕缺陷。由图6可见,经过简单的图像处理便能提取并识别出缺陷。
以上实施例中,光源采用波长为632.8nm,功率为5mw的氦氖激光器,摄像头6采用分辨率为640×480的CMOS摄像头。
本实施例中所用激光器功率为5mw,但若检测大尺寸玻璃如玻璃工业生产检测宜采用更大功率的激光器。
Claims (3)
1、一种玻璃缺陷的光学检测装置,其特征在于包括激光器(1)、柱面镜(2)、载物平台(11)、遮光罩(12)、摄像头(6),计算机(7)和图像处理及识别软件(8),载物平台(11)上放置被检玻璃(3),摄像头(6)位于载物平台(11)的上方,遮光罩(12)连接着被检玻璃区域四周与摄像头(6),摄像头(6)与计算机(7)相连,计算机(7)内置摄像控制和图像处理及识别软件(8),激光器(1)和柱面镜(2)位于被检玻璃(3)的厚度一侧,激光束经过柱面镜(2)扩展成的面光束与被检玻璃(3)的表面平行,从被检玻璃(3)的厚度侧面入射玻璃,摄像头(6)在计算机(7)控制下对玻璃正面进行拍摄,拍摄所获得的缺陷的图像由计算机(7)采集并由图像处理及识别软件(8)进行判别,给出缺陷标记和提示。
2、一种权利要求1的玻璃缺陷的光学检测装置,其特征在于在所述激光器(1)和柱面镜(2)之间增加转镜(9)及f-θ透镜(10),激光束通过转镜(9)及f-θ透镜(10)变换成沿柱面镜(2)轴线方向扫描的扫描光束,再经过柱面镜(2)展开形成带状面激光束,从被检玻璃(3)的厚度侧面入射玻璃。
3、一种权利要求1或2的玻璃缺陷的光学检测装置的应用,其特征在于用于对玻璃、塑料、陶瓷、薄膜或晶体进行透明材料内部缺陷检测。
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