CN204064972U - 光学镜片表面缺陷检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光学元件表面质量检测设备的技术领域，尤其是涉及一种光学镜片表面质量检测系统，机台上设有纵向滑轨，纵向滑轨上设有由电机驱动可在纵向滑轨上滑动的纵向滑块，纵向滑块上设有横向滑轨，横向滑轨上设有由电机驱动可在横向滑轨上滑动的横向滑块，横向滑块上设有载物台，载物台的下侧设有可竖直方向位移的顶针；机台上还设置有支架，支架上且位于载物台的上方安装有正面检测工位；载物台的一侧设有分拣下料台；分拣下料台和载物台之间设有反面检测工位；反面检测工位的上方为设有机械传输手臂。优点是：替代人工检测，提高生产效率，降低生产成本，提高产品的品质，系统稳定性好，有效避免二次污染，增加环保性能。

Description

光学镜片表面缺陷检测系统

技术领域

本实用新型涉及一种光学元件表面质量检测设备的技术领域，尤其是涉及一种光学镜片表面质量检测系统。

背景技术

随着工业自动化的发展，现代加工工艺和制造技术不断提高，消费者对产品的质量和一致性的要求越来越高。然而作为高科技产品不可或缺的重要组成部分——光学元件，在生产过程中还是依靠大量工人人眼检测来完成其表面质量的控制，而人工检测存在着生产效率低下、速度慢、精度一般，且易受主观因素影响，以至检测结果一致性差、不能长时间连续工作、人多管理费用大等的缺点。

在目前的传统技术中，也有使用机械代替人工检测的设备，如中国专利公告号为CN101672623A，专利名称为“薄型小尺寸物体的外形尺寸及表面外观的检测系统”，其采用上料吸头将待检测的薄型小尺寸物体吸取到透明载料盘上，然后动力装置驱动透明载料盘带动薄型小尺寸物体随盘转动，先是转动到尺寸检测位，再转动到正反外观检测，然后再转动至下料吸头处下料；在检测的过程中，采用转盘转动送料，将待检测的物体送至检测相机处进行检测，虽然整个检测的过程能够实现替换人工检测的缺陷，但是这种将薄型小尺寸物体吸取到透明载料盘上再进行检测的方式，其透明载料盘本身表面的缺陷和粉灰会对成像造成干扰，影响检测设备的检测精确度，尤其是在表面质量要求较高的光学元件领域应用不合适，这样会影响产品检测的效率，产能也相对较低，成本也就相应的增加。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种应用机器视觉和图像处理技术来实现光学元件表面瑕疵自动化检测，借助机械手执行正次品分拣，进而完成光学元件表面质量检测工艺环节的自动化改造，解决光学镜片生产过程中带来的产品质量一致性差、产能上不去、生产成本高等一系列问题的光学镜片表面缺陷检测系统及其检测方法。

为实现上述的目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种光学镜片表面缺陷检测系统，包括机台，所述机台上设有载物台、光学镜片的正面检测工位、机械传输手臂、光学镜片的反面检测工位以及分拣下料台，所述机台上设有纵向滑轨，纵向滑轨上设有由动力装置驱动可在纵向滑轨上滑动的纵向滑块，纵向滑块上设有横向滑轨，横向滑轨上设有由动力装置驱动可在横向滑轨上滑动的横向滑块，横向滑块上设有载物台，载物台的下侧设有由电机驱动凸轮机构可竖直方向位移的顶针，所述载物台上设置有通孔，通孔位于所述顶针的上方；所述机台上还设置有支架，支架上且位于载物台的上方安装有正面检测工位；载物台的一侧设有分拣下料台；分拣下料台和载物台之间设有反面检测工位；反面检测工位的上方为设有由安装于所述机台上的电机驱动的机械传输手臂。

本实用新型进一步设置为：所述正面检测工位为：载物台上方的支架上安装有两个竖直的安装架，两个安装架的上侧分别设有镜头朝下的正面检测相机、定位相机，两个安装架的下侧分别设有可频闪的LED光源一、LED光源二。

本实用新型进一步设置为：所述正面检测相机位于顶针的正上方。

本实用新型进一步设置为：所述反面检测工位为：机台上位于所述分拣下料台和所述载物台之间设有固定基座，固定基座的下侧设有镜头朝上的反面检测相机、上侧设有可频闪的LED光源三。

本实用新型进一步设置为：所述安装于所述机台上的电机驱动的机械传输手臂的具体结构为：机台上设有机械手支架，机械手支架上设有分别安装有电机的电机架，其中一个电机驱动有转轴，转轴上设有具有一定倾斜角度的环形槽，另一个电机驱动有凸轮，所述转轴和凸轮之间设有连接臂，连接臂的一端设有销轴，销轴滑设于环形槽内，连接臂的另一端的下侧贯穿到机械手架的下侧与机械传输手臂的尾端连接、上侧的端面上与凸轮接触，所述机械传输手臂首端设有吸头。转轴转动可带动连接臂来回位移，以此来带动机械传输手臂在正面检测工位、反面检测工位、分拣下料台之间作90度的圆弧摆动，凸轮转动可以带动机械传输手臂上下位移，进而使吸头随机械传输手臂上下位移。

本实用新型进一步设置为：所述由电机驱动凸轮机构可竖直方向位移的顶针的具体结构为：载物台的下侧设有顶针基座，顶针基座上由电机驱动的凸轮，凸轮与顶针连接并可带动顶针上下位移。

本实用新型进一步设置为：所述分拣下料台为设置于机台上的平行于横向滑轨的横向导向滑轨，横向导向滑轨上设有由动力装置驱动可在横向导向滑轨上滑动的横向滑块，横向滑块上设置有平行于纵向滑轨的纵向导向滑轨，纵向导向滑轨上设有由动力装置驱动可在纵向导向滑轨上动的纵向滑块，纵向滑块上设有下料托盘。分拣下料台可根据下料托盘上光学镜片放置的情况，通过横向纵向模组的运动，使光学镜片有序的放置在对应的下料托盘内。

上述中，所述的动力装置为电机驱动或气缸驱动或液压缸驱动。

本实用新型进一步设置为：所述下料托盘在所述纵向滑块上有两个。

本实用新型进一步设置为：还包括有机壳，所述机台、载物台、光学镜片的正面检测工位、机械传输手臂、光学镜片的反面检测工位以及分拣下料台均设置于机壳内，所述机壳的顶部设有空气净化器。

上述中，所述的光学镜片表面缺陷检测系统的检测方法是：

第一步，将基于钢圈薄膜上若干组光学镜片被放置在载物台，定位相机开始采集视野内的若干个光学镜片，并将采集的图片传送至控制系统，控制系统便规划出载物台的运动路径；

第二步，载物台根据规划的路径通过横向或/和纵向位移与正面检测相机的检测位置进行适配，与此同时，正面检测相机开始逐一检测单个光学镜片的正面，并将采集到的光学镜片的正面图像传送到控制系统，控制系统对检测的图像进行分析处理，判别当前检测的光学镜片是否合格；

第三步，当单个光学镜片的正面检测合格后，顶针在竖直方向向上位移将载物台上的正面检测为合格的当前的光学镜片顶起，同时机械传输手臂向下位移，机械传输手臂首端的吸头将顶针顶起的光学镜片吸起，吸起后机械传输手臂向上位移，恢复到原来位置，然后通过动力装置驱动机械传输手臂作水平方向的圆弧运动至反面检测工位上侧；若光学镜片检测不合格，则该光学镜片被留在载物台上；

第四步，上述正面检测合格的单个光学镜片被机械传输手臂移动至反面检测工位时，工位上的传感器在检测到光学镜片后，触发反面检测相机和LED光源三工作，反面检测相机开始采集光学镜片反面的图像，并将采集到的图像传送到控制系统，控制系统对检测的图像进行分析处理，判别当前检测的光学镜片是否合格；

第五步，反面检测完毕后，光学镜片通过机械传输手臂作水平方向的圆弧运动到分拣下料台，根据检测结果，控制系统控制分拣下料台横向、纵向的位移与机械传输手臂上的吸头相对应，然后机械传输手臂带动吸头向下移动一定距离，将光学镜片分类放置在“合格品”与“不合格品”不同的下料托盘内；

第六步，当上一个光学镜片检测完毕后，载物台根据规划的运动路径进行运动，将下一个待检的光学镜片送到正面检测相机的下方，正面检测相机开始检测下一个光学镜片，同第二步的检测方法；

第七步，当载物台完成规划的路径运动后，定位相机对进入其视野内的未检测的光学镜片再次进行定位，并传送至控制系统，控制系统再次规划出载物台的运动路径，同第一步的检测方法。

通过采用上述技术方案，本实用新型所达到的技术效果为：

1、应用光机电一体化技术、机器视觉技术和图像处理技术来研制的光学镜片表面品质自动化检测、分拣设备，替代人工检测，提高了企业的生产效率，降低了生产成本，提高了产品的品质，产品的检测信息的集成度高，同时可以适用于高要求的检测环境；

2、光学视觉定位准确与效率极高，先通过定位相机将进入到其视觉内的光学镜片进行定位，在定位的过程中，可以对其视觉范围内的光学镜片的表面做到一个较为粗略的检测，能够将其中的有明显缺陷的光学镜片进行识别，并且控制系统在规划检测相机的检测路径时，能够规避定位相机检测到的有明显缺陷的光学镜片；

3、较传统的检测技术来说具有很高的灵活性，检测相机在检测时，可以根据定位相机的辅助作用，能够很好的根据控制系统规划的路径进行检测，载物台可以做到很好的配合作用，去除了传统中的检测死板的过于陈旧的机械化检测技术；

4、系统稳定性好：

(1)本项目在光源的选择上采用LED光源，采用频闪控制，其优势在于：第一，可以延长光源的使用寿命；第二，可以获得高亮的光源，从而减少环境的影响；第三，减少快门时间，从而避免图像采集过程中的拖尾现象；

(2)本系统在对于LED光源安装的夹具做了吸光处理，防止光源工作时由于反射或折射对图像处理过程造成影响；

(3)通过机械结构优化设计、重要部件动力学分析并设置动平衡、润滑等手段来减少检测设备运行过程中所产生的震动，确保光学镜片图像采集系统的稳定，避免出现移位导致成像系统没有对焦或出现模糊的状况；

5、避免二次污染：

(1)将机器视觉技术应用到光学镜片的表面缺陷检测过程中，实现了光学镜片表面品质的自动化检测，不需要人工干涉；

(2)整个光学镜片表面缺陷检测过程，安装空气过滤系统，提高检测环境的洁净度级别。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型的不包含外壳的立体结构原理示意图。

图2为本实用新型的图1的局部放大示意图。

图3为本实用新型的电机驱动的机械传输手臂的结构原理示意图。

图4为本实用新型的电机驱动的顶针的结构原理示意图。

图5为本实用新型的外壳的立体结构原理示意图。

具体实施方式

如图1至图5所示，为本实用新型公开的一种光学镜片表面缺陷检测系统，包括机台10，所述机台10上设有载物台11、光学镜片的正面检测工位、机械传输手臂12、光学镜片的反面检测工位以及分拣下料台，所述机台10上设有纵向滑轨14，纵向滑轨14上设有由动力装置驱动可在纵向滑轨14上滑动的纵向滑块15，纵向滑块15上设有横向滑轨16，横向滑轨16上设有由动力装置驱动可在横向滑轨16上滑动的横向滑块17，横向滑块17上设有载物台11，载物台11的下侧设有由动力装置驱动可竖直方向位移的顶针18，所述载物台11上设置有通孔29，通孔29位于所述顶针的上方；所述机台10上还设置有支架19，支架19上且位于载物台11的上方安装有正面检测工位。

上述中，所述正面检测工位为：载物台11上方的支架19上安装有两个竖直的安装架20，两个安装架20的上侧分别设有镜头朝下的正面检测相机21、定位相机22，两个安装架20的下侧分别设有可频闪的LED光源一23、LED光源二24，所述正面检测相机21位于顶针18的正上方。当然了，也可以采用将光源设置于载物台11的下侧，在光学镜片放置于载物台11上时，光源从下往上照，两个CCD相机同样可以进行工作，不过这种设计方案产生的效果相对较差，容易受到外界光线的干扰。

上述中，载物台11的一侧设有分拣下料台；分拣下料台和载物台11之间设有反面检测工位；反面检测工位的上方为设有由安装于所述机台10上的电机驱动的机械传输手臂12。

上述中，所述分拣下料台为设置于机台10上的平行于横向滑轨16的横向导向滑轨30，横向导向滑轨30上设有由动力装置驱动可在横向导向滑轨30上滑动的横向滑块31，横向滑块31上设置有平行于纵向滑轨的纵向导向滑轨32，纵向导向滑轨32上设有由动力装置驱动可在纵向导向滑轨32上动的纵向滑块33，纵向滑块33上设有下料托盘34，所述下料托盘34在所述纵向滑块33上有两个。

上述中，所述反面检测工位为：机台10上位于所述分拣下料台和所述载物台11之间设有固定基座25，固定基座25的下侧设有镜头朝上的反面检测相机26、上侧设有可频闪的LED光源三27。同样，也可以采用将光源设置于CCD相机的对面，这样在反面检测，光源可以从光学镜片的正面照射，CCD相机从反面拍照检测，随着这样同样可以进行工作，不过这种设计方案产生的效果相对较差，容易受到外界光线的干扰，光源也会对相机的拍照造成一定程度的影响。

上述中，所述安装于所述机台10上的电机驱动的机械传输手臂12的具体结构为：机台10上设有机械手支架37，机械手支架37上设有分别安装有电机38、39的电机架40，其中一个电机38驱动有转轴41，转轴41上设有具有一定倾斜角度的环形槽42，另一个电机39驱动有凸轮43，所述转轴41和凸轮43之间设有连接臂44，连接臂44的一端设有销轴45，销轴45滑设于环形槽42内，连接臂44的另一端的下侧贯穿到机械手架37的下侧与机械传输手臂12的尾端连接、上侧的端面上与凸轮43接触，所述机械传输手臂12首端设有吸头28。转轴41转动可带动连接臂44来回位移，以此来带动机械传输手臂12在正面检测工位、反面检测工位、分拣下料台之间作90度的圆弧摆动，凸轮43转动可以带动机械传输手臂12上下位移，进而使吸头28随机械传输手臂12上下位移。这里的连接臂44其结构为：一横板的上端面的一端设有销轴45，下端面的另一端上设有连接杆，连接杆与机械传输手臂12连接。

上述中，所述由电机驱动凸轮机构可竖直方向位移的顶针的具体结构为：载物台11的下侧设有顶针基座46，顶针基座46上由电机驱动的凸轮47，凸轮47与顶针18连接并可带动顶针18上下位移。这里可以在顶针基座46上设置导向槽，让顶部安装有顶针18的导杆在导向槽内平稳滑动，这里的凸轮机构以及上述中所有的凸轮机构，可以采用电机直接驱动，也可以采用通过齿轮啮合传动带动的方式，也可以采用链传动或带传动带动的方式。

上述中，本实施例还包括有机壳35，所述机台10、载物台11、光学镜片的正面检测工位、机械传输手臂12、光学镜片的反面检测工位以及分拣下料台均设置于机壳35内，所述机壳35的顶部设有空气净化器36。

综上，本实施例中所述的动力装置，可以是电机驱动，也可以是气缸驱动，也可以是液压缸驱动。

本实施例中，所述的光学镜片表面缺陷检测系统的检测方法是：

第一步，将基于钢圈薄膜上若干组光学镜片被放置在载物台，定位相机开始采集视野内的若干个光学镜片，并将采集的图片传送至控制系统，控制系统便规划出载物台的运动路径；

第二步，载物台根据规划的路径通过横向或/和纵向位移与正面检测相机的检测位置进行适配，与此同时，正面检测相机开始逐一检测单个光学镜片的正面，并将采集到的光学镜片的正面图像传送到控制系统，控制系统对检测的图像进行分析处理，判别当前检测的光学镜片是否合格；

第三步，当单个光学镜片的正面检测合格后，顶针在竖直方向向上位移将载物台上的正面检测为合格的当前的光学镜片顶起，同时机械传输手臂向下位移，机械传输手臂首端的吸头将顶针顶起的光学镜片吸起，吸起后机械传输手臂向上位移，恢复到原来位置，然后通过动力装置驱动机械传输手臂作水平方向的圆弧运动至反面检测工位上侧；若光学镜片检测不合格，则该光学镜片被留在载物台上；

第四步，上述正面检测合格的单个光学镜片被机械传输手臂移动至反面检测工位时，工位上的传感器在检测到光学镜片后，触发反面检测相机和LED光源三工作，反面检测相机开始采集光学镜片反面的图像，并将采集到的图像传送到控制系统，控制系统对检测的图像进行分析处理，判别当前检测的光学镜片是否合格；

第五步，反面检测完毕后，光学镜片通过机械传输手臂作水平方向的圆弧运动到分拣下料台，根据检测结果，控制系统控制分拣下料台横向和/或纵向的位移与机械传输手臂上的吸头相对应，然后机械传输手臂带动吸头向下移动一定距离，将光学镜片分类放置在“合格品”与“不合格品”不同的下料托盘内；

第六步，当上一个光学镜片检测完毕后，载物台根据规划的运动路径进行运动，将下一个待检的光学镜片送到正面检测相机的下方，正面检测相机开始检测下一个光学镜片，同第二步的检测方法；

第七步，当载物台完成规划的路径运动后，定位相机对进入其视野内的未检测的光学镜片再次进行定位，并传送至控制系统，控制系统再次规划出载物台的运动路径，同第一步的检测方法。

上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光学镜片表面缺陷检测系统，包括机台，其特征在于：所述机台上设有载物台、光学镜片的正面检测工位、机械传输手臂、光学镜片的反面检测工位以及分拣下料台，所述机台上设有纵向滑轨，纵向滑轨上设有由动力装置驱动可在纵向滑轨上滑动的纵向滑块，纵向滑块上设有横向滑轨，横向滑轨上设有由动力装置驱动可在横向滑轨上滑动的横向滑块，横向滑块上设有载物台，载物台的下侧设有由电机驱动凸轮机构可竖直方向位移的顶针，所述载物台上设置有通孔，通孔位于所述顶针的上方；所述机台上还设置有支架，支架上且位于载物台的上方安装有正面检测工位；载物台的一侧设有分拣下料台；分拣下料台和载物台之间设有反面检测工位；反面检测工位的上方为设有由安装于所述机台上的电机驱动的机械传输手臂。

2.根据权利要求1所述的光学镜片表面缺陷检测系统，其特征在于：所述正面检测工位为：载物台上方的支架上安装有两个竖直的安装架，两个安装架的上侧分别设有镜头朝下的正面检测相机、定位相机，两个安装架的下侧分别设有可频闪的LED光源一、LED光源二。

3.根据权利要求2所述的光学镜片表面缺陷检测系统，其特征在于：所述正面检测相机位于顶针的正上方。

4.根据权利要求2所述的光学镜片表面缺陷检测系统，其特征在于：所述反面检测工位为：机台上位于所述分拣下料台和所述载物台之间设有固定基座，固定基座的下侧设有镜头朝上的反面检测相机、上侧设有可频闪的LED光源三。

5.根据权利要求4所述的光学镜片表面缺陷检测系统，其特征在于：所述安装于所述机台上的电机驱动的机械传输手臂的具体结构为：机台上设有机械手支架，机械手支架上设有分别安装有电机的电机架，其中一个电机驱动有转轴，转轴上设有具有一定倾斜角度的环形槽，另一个电机驱动有凸轮，所述转轴和凸轮之间设有连接臂，连接臂的一端设有销轴，销轴滑设于环形槽内，连接臂的另一端的下侧贯穿到机械手架的下侧与机械传输手臂的尾端连接、上侧的端面上与凸轮接触，所述机械传输手臂首端设有吸头。

6.根据权利要求1所述的光学镜片表面缺陷检测系统，其特征在于：所述由电机驱动凸轮机构可竖直方向位移的顶针的具体结构为：载物台的下侧设有顶针基座，顶针基座上由电机驱动的凸轮，凸轮与顶针连接并可带动顶针上下位移。

7.根据权利要求4所述的光学镜片表面缺陷检测系统，其特征在于：所述分拣下料台为设置于机台上的平行于横向滑轨的横向导向滑轨，横向导向滑轨上设有由动力装置驱动可在横向导向滑轨上滑动的横向滑块，横向滑块上设置有平行于纵向滑轨的纵向导向滑轨，纵向导向滑轨上设有由动力装置驱动可在纵向导向滑轨上动的纵向滑块，纵向滑块上设有下料托盘。

8.根据权利要求7所述的光学镜片表面缺陷检测系统，其特征在于：所述下料托盘在所述纵向滑块上有两个。

9.根据权利要求1所述的光学镜片表面缺陷检测系统，其特征在于：还包括有机壳，所述机台、载物台、光学镜片的正面检测工位、机械传输手臂、光学镜片的反面检测工位以及分拣下料台均设置于机壳内，所述机壳的顶部设有空气净化器。