CN204882405U - 基于oct复信号的玻璃表面真伪缺陷识别系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于OCT复信号的玻璃表面真伪缺陷识别系统。在OCT系统中，使用线聚焦光照明和并行探测，利用OCT成像获得的复解析信号，分析玻璃界面处沿深度方向的复解析信号与标准单一反射界面所产生的复解析信号的差异大小来划定玻璃表面缺陷核心的边界，利用OCT成像获得的玻璃表面的复解析反射信号的相位重构高精度的玻璃表面形貌图，通过比对玻璃表面缺陷核心边界图与玻璃表面形貌图，实现真缺陷和伪缺陷的识别。本实用新型可以实现高分辨率、高准确率的真伪缺陷识别，可以在有尘生产环境中实时检测玻璃缺陷而不会因灰尘的干扰造成误判。

Description

基于OCT复信号的玻璃表面真伪缺陷识别系统

技术领域

本实用新型属于光学相干测量领域，具体涉及一种基于OCT复信号的玻璃表面真伪缺陷识别系统。

技术背景

质量控制在玻璃制造工业中是一个关键问题，玻璃中存在的缺陷会大大降低玻璃的质量。人工检测速度慢，易受检测人员主观因素的影响而对玻璃缺陷造成漏检或误检，已经不能适应现代玻璃工业生产线。目前，自动玻璃缺陷检测已经成为一种趋势。自动玻璃缺陷检测系统主要有激光扫描检测和摩尔干涉检测两种。激光扫描检测对微小缺陷不敏感，抗干扰能力差。摩尔干涉检测可以根据图像灰度变化识别出点缺陷，如结石、锡点等，也可以通过条纹扭曲变化识别出光学缺陷，如气泡、畸变、砸伤、波筋等。然而，不管使用以上哪种方法，都有可能将灰尘等伪缺陷识别为点缺陷，造成误判，而在玻璃生产线上，通常是没有灰尘防控系统的，因此这种误判将会大大降低自动检测的准确率和生产的效率。为解决这一问题，华中科技大学的余文勇等人在摩尔干涉检测的基础上提出通过检测点缺陷周围区域是否存在光学畸变，即点缺陷周围是否存在扭曲的摩尔条纹的方法来区分真缺陷和伪缺陷，依据是点缺陷同时会造成缺陷核心周围区域的光学畸变从而引起摩尔条纹扭曲，而伪缺陷不会引起摩尔条纹扭曲。在对质量要求不高，缺陷尺寸较大的情况下，这一方法一定程度上解决了真伪缺陷的识别问题，但在质量要求更高的情况下，当尺寸更小的缺陷也要求被检出并与灰尘等伪缺陷区分开时，这一方法则无法达到相应的检测和识别要求。原因有以下两点：一是摩尔条纹的灰度变化与缺陷造成的图像灰度变化是叠加在一起的，影响缺陷核心边界划定的准确性，二是当摩尔条纹的变化对微小的光学畸变并不敏感，而微小尺寸的真伪缺陷识别对边界划定的准确性和光学畸变的检测灵敏度都有很高的要求。

光学相干层析成像(OpticalCoherenceTomography，简称OCT)能够实施非接触、无损伤、高分辨率的三维成像，在生物医学领域已经得到广泛应用，在工业检测领域的应用也正在逐步发展之中。目前的应用于工业检测的OCT技术，主要通过探测样品中的散射物质的背向散射光光强以及样品界面的反射或背向散射光强来获得样品的三维结构信息。由于玻璃是低散射物质，且具有很高的光学均匀性，没有任何缺陷的玻璃在OCT图像中仅有玻璃表面这一界面反射信号；而玻璃中的点缺陷是散射物质，玻璃中的气泡和裂纹等具有反射界面，因此OCT技术可以通过玻璃的三维图像检测到结石、锡点、划痕、气泡、畸变等玻璃缺陷，并且相对于前面提到的几种技术具有高分辨能力的深度分辨能力。然而，仅仅利用OCT的三维成像能力仍然会将灰尘误识为玻璃表面的点缺陷，无法排除灰尘等伪缺陷。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出一种OCT复信号的玻璃表面真伪缺陷识别系统。

一种基于OCT复解析信号的识别玻璃缺陷的系统，包括：光源，光束整形模块，用于接收所述光源发出的光，并输出整形光束，分束器，用于将所述整形光束分成第一光束和第二光束，参考臂模块，用于将所述第一光束聚焦在参考反射镜上，并使所述参考反射镜反射的光返回所述分束器，

样品臂模块，用于将所述第二光束聚焦在玻璃上，并使所述玻璃反射的光返回所述分束器，其中，所述参考反射镜反射的光和所述玻璃反射的光形成干涉光，成像光谱仪模块，用于接收所述干涉光，形成干涉光谱信号并进行光电转换，以及数据采集及处理模块，用于接收所述光电转换的干涉光谱信号；

边界图单元，用于根据玻璃界面处沿深度方向的干涉复解析信号与标准单一反射界面所产生的干涉复解析信号的差异，确定玻璃缺陷的边界图，形貌图单元，用于根据玻璃的干涉复解析信号的相位重构玻璃表面形貌图，识别单元，用于对比玻璃缺陷的边界图和玻璃表面形貌图，从而识别玻璃缺陷是真缺陷或者伪缺陷。

所述光源是宽带光源。

所述光束整形模块包括：光纤准直器，用于接收所述光源发出的光，并输出准直光束，以及第一柱面透镜，用于接收所述准直光束，并输出柱面波光束。

所述参考臂模块包括：第二柱面透镜，用于接收所述第一光束，输出准直光束，以及第一物镜，用于将所述准直光束聚焦在参考反射镜上。

所述样品臂模块包括：第二物镜，用于将所述第二光束聚焦在玻璃上。

所述成像光谱仪模块包括：衍射光栅，用于将所述干涉光分解为干涉谱信号，以及面阵相机，用于探测所述干涉谱信号并对所述干涉谱信号进行光电转换。

与背景技术相比，本实用新型具有的有益效果是：

1、通过使用OCT成像获得具有深度分辨能力的复解析信号，相比于传统的摩尔干涉检测法，缺陷的图像灰度信息与形貌信息是分开且互不影响的，可以更准确地划定缺陷的边界以及测量玻璃表面形貌变化造成的光学畸变，从而更准确地识别真伪缺陷。

2、相比于传统的摩尔干涉检测法，通过OCT的干涉相位测量装置可以实现亚波长量级甚至纳米级的深度分辨能量力，更高灵敏度和更高精度地测量玻璃表面形貌变化造成的光学畸变，从而可以识别更小尺寸的真伪缺陷，具有更高的分辨能力。

附图说明

图1是本实用新型的成像系统示意图；

图2是本实用新型的扫描示意图；

图1中：1、宽带光源，2、光纤准直器，3、第一柱面透镜，4、分束器，5、第二柱面透镜，6、第一物镜，7、参考反射镜，8、第二物镜，9、样品，10、电动载物台，11、第一聚焦透镜，12、第二聚焦透镜，13、衍射光栅，14、第三聚焦透镜，15、面阵相机，16、光束整形模块，17、参考臂模块，18、样品臂模块，19、成像光谱仪模块，20、数据采集及处理模块。

具体实施方式

在下文中，“真缺陷”是指在玻璃表面导致形变的缺陷，例如气泡、畸变、砸伤、锡点、结石等；“伪缺陷”是指不会在玻璃表面导致形变的缺陷，例如灰尘。“标准单一反射界面”是指其上没有“真缺陷”或“伪缺陷”的理想平滑的玻璃界面。“深度方向”是指玻璃的厚度方向。“横向”是指与深度方向垂直的方向。

本实用新型的目的在于提供一种基于OCT复解析信号的玻璃表面真伪缺陷识别系统。本实用新型：利用OCT成像获得的复解析信号，分析玻璃界面处沿深度方向的复解析信号与标准单一反射界面所产生的复解析信号的差异大小，划定玻璃表面缺陷核心(包括锡点、结石等真缺陷和灰尘等伪缺陷)的准确边界；利用OCT成像获得的玻璃表面的复解析反射信号的相位重构高精度的玻璃表面形貌图；比对玻璃表面缺陷核心边界图与玻璃表面形貌图，识别出真缺陷和伪缺陷。

一种基于OCT复解析信号的玻璃表面真伪缺陷识别系统，包括宽带光源、光束整形模块、分束器、参考臂模块、样品臂模块、成像光谱仪模块和采集处理模块；从宽带光源发出的低相干光，经过光束整形模块后入射到分束器，经分束器分光后一路光进入参考臂模块，另一路光进入样品臂模块，从参考臂和样品臂返回的两路光在分束器中干涉形成干涉光，干涉光进入成像光谱仪模块，由成像光谱仪模块将干涉光分解为干涉谱信号，最后转变为电信号传入采集处理模块。

所述的光束整形模块：包括光纤准直器、第一柱面透镜；宽带光源发出的低相干光经过光纤准直器后形成准直光束，准直光经过第一柱面透镜后形成柱面波光束，柱面波光束入射到分束器。

所述的参考臂模块：包括第二柱面透镜、第一物镜、参考反射镜；经分束器分光后的一路柱面波光束经过第二柱面透镜形成准直光束，准直经过第一物镜后聚焦在参考反射镜上，从参考反射镜反射回来的光经由原路返回至分束器。

所述的样品臂模块：包括第二物镜、样品、电动载物台；经分束器分光后的另一路柱面波光束经过第二物镜后形成线聚焦光，聚焦在样品上，样品固定在电动载物台上，电动载物台可以带动样品沿与线聚焦光垂直的方向运动，从样品返回的光经原路返回至分束器。

所述的成像光谱仪模块：包括第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、衍射光栅、第三聚焦透镜、面阵相机；干涉光经过第一聚焦透镜形成线状虚像后继续经过第二聚焦透镜，再入射到衍射光栅上，在垂直于虚像的方向上进行色散分光，分光后的干涉光谱经第三聚焦透镜成像，由面阵相机进行探测和光电转换。

下面结合附图和实施示例对本实用新型作进一步的说明：

如图1所示，一种基于OCT复解析信号的玻璃表面真伪缺陷识别系统，包括宽带光源1、光束整形模块16、分束器4、参考臂模块17、样品臂模块18和成像光谱仪模块19和数据采集及处理模块20。光束整形模块16包括光纤准直器2、第一柱面透镜3；参考臂模块17包括第二柱面透镜5、第一物镜6、参考反射镜7；样品臂模块18包括第二物镜8、样品9、电动载物台10；成像光谱仪模块包括第一聚焦透镜11、第二聚焦透镜12、衍射光栅13、第三聚焦透镜14、面阵相机15。从宽带光源1发出的低相干光，进入光束整形模块16，在光束整形模块16中，宽带光源1发出的低相干光经过光纤准直器2后形成准直光束，准直光经过第一柱面透镜3后形成柱面波光束。从光束整形模块16输出的柱面波光束入射到分束器4，经分束器4分光后一路光进入参考臂模块17，另一路光进入样品臂模块18。进入参考臂模块17的一路柱面波光束经过第二柱面透镜5形成准直光束，准直经过第一物镜6后聚焦在参考反射镜7上，从参考反射镜7反射回来的光经由原路返回至分束器4。进入样品臂模块18的一路柱面波光束经过第二物镜8后形成线聚焦光，聚焦在样品9上，样品9固定在电动载物台10上，电动载物台10可以带动样品沿与线聚焦光垂直的方向运动，从样品9返回的光经原路返回至分束器4。从参考臂模块17和样品臂模块18返回的两路光在分束器4中干涉形成干涉光，干涉光进入成像光谱仪模块19，在成像光谱仪模块19中，干涉光经过第一聚焦透镜11形成线状虚像后继续经过第二聚焦透镜12，再入射到衍射光栅13上，在垂直于虚像的方向上进行色散分光，将干涉光分解为干涉谱信号，干涉光谱信号经第三聚焦透镜14成像，由面阵相机15进行探测和光电转换，最后电信号传入数据采集及处理模块20。

如图2所示，面阵相机15采集的一帧图像为一帧面数据(B-frame)，B-frame由若干条线数据(A-line)构成，A-line记录的到是沿深度方向的复解析信号，深度方向指平行于光束的方向；沿垂直于线聚焦光的方向的扫描称之为C-scan，完成一次C-scan，得到一块体数据(C-volume)，C-volume则由若干帧B-frame构成。

Claims (5)

1.基于OCT复信号的玻璃表面真伪缺陷识别系统，其特征在于：该系统包括：宽带光源，光束整形模块，用于接收所述光源发出的光，并输出整形光束，分束器，用于将所述整形光束分成第一光束和第二光束，参考臂模块，用于将所述第一光束聚焦在参考反射镜上，并使所述参考反射镜反射的光返回所述分束器，样品臂模块，用于将所述第二光束聚焦在玻璃上，并使所述玻璃反射的光返回所述分束器，其中，所述参考反射镜反射的光和所述玻璃反射的光形成干涉光，成像光谱仪模块，用于接收所述干涉光，形成干涉光谱信号并进行光电转换，以及数据采集及处理模块，用于接收所述光电转换的干涉光谱信号；边界图单元，用于根据玻璃界面处沿深度方向的干涉复解析信号与标准单一反射界面所产生的干涉复解析信号的差异，确定玻璃缺陷的边界图，形貌图单元，用于根据玻璃的干涉复解析信号的相位重构玻璃表面形貌图，识别单元，用于对比玻璃缺陷的边界图和玻璃表面形貌图，从而识别玻璃缺陷是真缺陷或者伪缺陷。

2.如权利要求1所述的基于OCT复信号的玻璃表面真伪缺陷识别系统，其特征在于，所述光束整形模块包括：光纤准直器，用于接收所述光源发出的光，并输出准直光束，以及第一柱面透镜，用于接收所述准直光束，并输出柱面波光束。

3.如权利要求1所述的基于OCT复信号的玻璃表面真伪缺陷识别系统，其特征在于，所述参考臂模块包括：第二柱面透镜，用于接收所述第一光束，输出准直光束，以及第一物镜，用于将所述准直光束聚焦在参考反射镜上。

4.如权利要求1所述的基于OCT复信号的玻璃表面真伪缺陷识别系统，其特征在于，所述样品臂模块包括：第二物镜，用于将所述第二光束聚焦在玻璃上。

5.如权利要求1所述的基于OCT复信号的玻璃表面真伪缺陷识别系统，其特征在于，所述成像光谱仪模块包括：衍射光栅，用于将干涉光分解为干涉谱信号，以及面阵相机，用于探测所述干涉谱信号并对所述干涉谱信号进行光电转换。