CN215865744U - 基于相干层析成像的薄膜均匀性检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于相干层析成像的薄膜均匀性检测系统，包括成像单元、采集单元、处理单元、存储单元、控制单元；采集单元的输出端连接处理单元的输入端，处理单元的输出端连接存储单元，控制单元分别与成像单元、采集单元、处理单元相互连接；所述成像单元包括依次设置的光源、偏振片、滤光片、扩束镜、光阑、匀光镜、聚光透镜、分光镜、吸收体和透镜阵列，用于产生均匀照明的平行偏振光经薄膜表面反射后，通过透镜阵列形成干涉条纹在线阵相机干涉成像；所述采集单元包括第一载物台、第二载物台、线阵相机，线阵相机位于透镜阵列的焦点处。本实用新型能够实现薄膜表面或者透明薄膜的表面及内部均匀性检测。

Description

基于相干层析成像的薄膜均匀性检测系统

技术领域

本实用新型涉及薄膜均匀性检测技术领域，特别是涉及一种基于相干层析成像的薄膜均匀性检测系统。

背景技术

薄膜广泛应用于液晶电视、平板电脑、智能手机、车载显示屏等领域，受生产工艺或生产环境等条件的限制，薄膜在生产过程中容易产生质量缺陷，主要表现在厚度不均匀、表面出现划痕、内部产生气泡，或薄膜内部掺入杂质、尘埃等，因此，薄膜均匀性检测成为薄膜类材料生产质量控制的重要一环。

传统的检测一般由有经验的检测人员目测和简单测量来实现，检测结果缺乏可靠性以及精确性，无法量化评价且难以进行长时间的观测。

因此亟需提供一种新型的基于相干层析成像的薄膜均匀性检测系统来解决上述问题。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于相干层析成像的薄膜均匀性检测系统，能够实现透明薄膜的表面及内部均匀性检测。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种基于相干层析成像的薄膜均匀性检测系统，包括成像单元、采集单元、处理单元、存储单元、控制单元；采集单元的输出端连接处理单元的输入端，处理单元的输出端连接存储单元，控制单元分别与成像单元、采集单元、处理单元相互连接；

所述成像单元包括依次设置的光源、偏振片、滤光片、扩束镜、光阑、匀光镜、聚光透镜、分光镜和透镜阵列，所述光源、偏振片、滤光片、扩束镜、光阑、匀光镜、聚光透镜和分光镜的中心均位于同一轴线上，匀光镜位于聚光透镜焦点上，用于产生均匀照明的平行偏振光经薄膜表面反射后，通过透镜阵列形成干涉条纹在线阵相机干涉成像；

所述采集单元包括第一载物台、第二载物台、线阵相机，用于采集所述薄膜干涉图像，第一载物台安装在光源入射至分光镜并经分光镜反射后的光路上，第二载物台安装在光源入射至分光镜并经分光镜透射后的光路上，线阵相机位于透镜阵列的焦点处，接收经透镜阵列透射出的光线进行干涉成像。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述透镜阵列设置在经薄膜上下表面反射后的出射光入射至分光镜并经分光镜反射后的光路上。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述分光镜与水平面的夹角范围为45°±2°。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述光源为可见光光源或激光光源或红外光源。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述线阵相机采用线阵CCD相机或/和CMOS相机。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述第一载物台上安放有作为参考基准的薄膜样本或待检测薄膜或吸收体，且第一载物台和透镜阵列分别位于分光镜的两侧。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述第二载物台上承载有待检测薄膜，配合外置的薄膜传送系统实现待检测薄膜的高精度成像。

在本实用新型一个较佳实施例中，在所述第一载物台和所述第二载物台的对应起始处置和终点位置分别安装有起始位置传感器和终点位置传感器。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述存储单元的输出端还连接有显示单元，所述显示单元采用手机、平板、电脑中的一种或多种。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述存储单元的输出端还连接有执行单元，所述执行单元包括报警器、语音播放器。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型通过设置多个载物台，由第一载物台提供作为参考基准的薄膜样本和吸收体，经过简单安装即可以分别实现透明薄膜的表面及内部均匀性检测和薄膜表面均匀性检测，系统灵活性更高，降低了检测成本；

(2)本实用新型通过对薄膜样本进行不同选取，比如选为指定缺陷类型的典型薄膜、薄膜均匀一致的典型薄膜或者待检测薄膜，可以实现指定缺陷类型快速检测、薄膜均匀性一致与否快速检测或者一次性对两个待检测薄膜进行均匀性检测，检测方式更加灵活。

附图说明

图1是本实用新型基于相干层析成像的薄膜均匀性检测系统一较佳实施例的结构框图；

图2是所述成像单元的光路框图；

图3是所述检测系统的光路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本实用新型实施例包括：

一种基于相干层析成像的薄膜均匀性检测系统，包括成像单元、采集单元、处理单元、存储单元、控制单元、显示单元、执行单元。采集单元的输出端连接处理单元的输入端，处理单元的输出端连接存储单元，存储单元的输出端连接显示单元和执行单元，控制单元分别与成像单元、采集单元、处理单元相互连接。该系统中各单元均为现有市售产品。

结合图2，所述成像单元用于产生均匀照明的平行偏振光经薄膜表面反射后，通过透镜阵列形成干涉条纹在线阵相机成像，包括依次设置的光源、偏振片、滤光片、扩束镜、光阑、匀光镜、聚光透镜、分光镜和透镜阵列。其中，所述光源、偏振片、滤光片、扩束镜、光阑、匀光镜、聚光透镜和分光镜的中心均位于同一轴线上，匀光镜位于聚光透镜焦点上。所述透镜阵列设置在经薄膜上下表面反射后的出射光入射至分光镜并经分光镜反射后的光路上。优选的，所述分光镜与水平面的夹角范围为45°±2°。

进一步的，所述光源为可见光光源或激光光源或红外光源，用于产生低相干的宽带光。

结合图3，所述采集单元用于采集所述薄膜干涉图像，包括第一载物台、第一滑动导轨、第二载物台、第二滑动轨道和线阵相机。所述载物台位于滑动导轨上，可以是滑动导轨的某一区域。外置的薄膜传送系统将待检测薄膜传送至第二滑动导轨上。具体的，第一载物台安装在光源入射至分光镜并经分光镜反射后的光路上，第二载物台安装在光源入射至分光镜并经分光镜透射后的光路上。所述第一载物台上安放有作为参考基准的薄膜样本或待检测薄膜或吸收体，且第一载物台和透镜阵列分别位于分光镜的两侧；所述第二载物台用于承载待检测薄膜，配合外置的薄膜传送系统可以实现待检测薄膜的高精度成像，如同流水线生产环节，待检测薄膜源源不断地在所述载物台经过，不需要停留便能实现图像采集、检测。对于薄膜表面均匀性检测，待检测薄膜源源不断地在第二载物台上经过，并且与第一载物台上的薄膜样本对应位置同步移动。

所述光源依次经过偏振片、滤光片、扩束镜、光阑、匀光镜和聚光透镜产生均匀照明的平行偏振光，再经过分光镜分为两部分，一部分反射到第一载物台上，另一部分透射出后垂直入射到薄膜上，再经所述分光镜汇集至所述透镜阵列，最后进入到所述透镜阵列焦点处的所述线阵相机进行干涉成像。

具体的，所述载物台在起始位置和终点位置分别安装有起始位置传感器和终点位置传感器，在传感器的信号辨别下，以自动开启和关闭图像采集、检测。对于薄膜表面均匀性检测，第一载物台和第二载物台在对应的起始处置和终点位置分别安装有起始位置传感器和终点位置传感器，以对齐第一载物台上的薄膜样本和第二载物台上的待检测薄膜至所述起始位置处。

所述线阵相机可采用线阵CCD相机或/和CMOS相机，以提高成像效率。

为了满足不同薄膜类型的检测需求，所述第一载物台提供了作为参考基准的薄膜样本和吸收体，通过不同光路完成检测，具体为：

(1)当针对不透明薄膜表面进行均匀性检测时，所述第一载物台选择安放作为参考基准的薄膜样本，所述平行偏振光经过分光镜分为两部分，一部分反射到第一载物台的上薄膜样本或者待检测薄膜，另一部分透射出后垂直入射到第二载物台上的待检测薄膜上。再经第一载物台和第二载物台上的薄膜反射至所述分光镜，汇集至所述透镜阵列，最后进入到所述透镜阵列焦点处的所述线阵相机进行干涉成像。需要注意的是，此种成像方式需要保证第一载物台和第二载物台上的薄膜同步移动。且再经第一载物台反射至分光镜的一面选用低反射率材质。

具体的，所述薄膜样本可为指定缺陷类型的典型薄膜，用于指定缺陷类型检测；可为薄膜均匀一致的典型薄膜，用于薄膜均匀性一致与否检测；还可为待检测薄膜，用于实现一次性对两个薄膜进行均匀性检测。

(2)当针对透明薄膜上下表面级内部进行均匀性检测时，所述第一载物台选择安放吸收体，所述平行偏振光经过分光镜分为强度相等的两部分，此处的强度相等需结合光源入射的偏振方向、选用的分光镜材质(包括反射率和透射率)进行调试得到，通过将分光束调整为强度相等的两部分，能够降低两个光路的环境干扰，即尽可能保证对两个光路的干扰相似，使后续处理更加方便。一部分反射到第一载物台的吸收体被完全吸收，另一部分透射出后垂直入射到第二载物台上的待检测薄膜上下表面。再经第二载物台上的薄膜上下表面反射至所述分光镜，汇集至所述透镜阵列，最后进入到所述透镜阵列焦点处的所述线阵相机进行干涉成像。需要注意的是，此种成像方式第一载物台上的吸收体不需要移动，仅通过第二载物台上的薄膜移动即可。

具体的，所述干涉成像需要对所述载物台进行相关参数标定，使其满足预设要求，包括：分析干涉图像中条纹大小是否与预设的识别算法匹配，若不匹配，调节所述载物台的投射距离，直至条纹大小与投射距离和识别算法匹配。

优选的，对于薄膜表面均匀性检测，为了抑制薄膜内部不同深度的反射面之间存在的干涉信号影响成像质量，调节经分光镜反射到第一载物台上的光强，直至成像质量得到明显改善。一般通过偏振片调节偏振方向来实现，特殊情况需要借助滤光片进一步调节。

所述处理单元用于采用预设的薄膜均匀性检测模型对所述薄膜干涉图像进行识别，检测所述薄膜干涉图像是否发生畸变，从而实现薄膜均匀一致性判别。

为了提高检测准确度，所述处理单元还可对薄膜干涉图像信息进行预处理，预处理包括对获取的监控区域图像进行中值滤波、高斯滤波或小波阈值滤波去噪。优选的，所述预处理还包括去除固定噪声、去除直流项、照明归一化、波数重采样、波前畸变校正、光谱重整形等操作，用于将线阵相机获得的原始光谱图像处理为标准的干涉光谱图像。

进一步的，所述处理单元还可对所述薄膜干涉图像发生的畸变类别进行判别，给出薄膜缺陷类型。

所述存储单元用于预存各类滤波算法，包括中值滤波、高斯滤波、小波阈值滤波和新息自适应卡尔曼滤波算法，薄膜均匀性检测模型和所述线阵CCD相机获得的薄膜均匀一致和非一致典型薄膜干涉图像库，还用于预存薄膜缺陷类型、薄膜传送速度与光源、线阵CCD相机的参数关系字典。

优选的，所述存储单元支持内存映射文件技术，即通过映射的方式将磁盘数据直接加载到内存，这样在读写文件时不必再为数据申请并分配缓存，使数据处理速度大大提高。

进一步的，所述薄膜均匀性检测模型提供两种检测模式，包括精准模式和简单模式，用于分别给出更准确但相对耗时的检测结果和较准确但相对快速的检测结果，薄膜均匀性检测更具灵活性。

具体的，所述精准模式使用薄膜均匀性检测模型进行检测，该模型通过标注后的薄膜均匀一致和非一致薄膜干涉图像集进行训练得到。

所述薄膜均匀性检测模型包括使用但不限于CNN、RNN、LSTM等网络模型及其组合或者变体进行训练得到，比如，所述薄膜均匀性检测模型可使用YOLOv3搭建进行缺陷检测，采用darknet-53作为骨干网络对感兴趣区域进行特征提取，通过将提取的特征送入分类器和回归器，获取缺陷的大小及位置，最后将每一个图像通过分类器与回归器得到的结果与真实值进行比较，根据比较结果调整深度学习检测网络的参数来进一步优化模型。对于不同薄膜类型的均匀性检测还可以通过再训练对模型进行完善，适用性强且使用灵活。

优选的，为了降低计算量，还可采用轻量级压缩方法对YOLOv3进行改进，比如使用1×1的卷积滤波器来减少输入特征图的通道数；将3×3卷积分解为非对称卷积，比如使用3×1卷积核的卷积操作后接一个1×3卷积核的卷积操作。

具体的，所述简单模式通过将每个所述线阵相机获得的薄膜被测区域图像与所述典型薄膜干涉图像库中对应线阵相机获得的图像进行相似度比对，按照设定的检测条件给出薄膜均匀一致性与否或者指定缺陷类型的快速简单检测。例如下表1所示的均匀一致性与否检测，对于判断为待定的结果可通过编码标记、界面弹窗、语音提醒相关人员进行人工再次检测。

所述设定的检测条件可通过定量分析相似度，在此基础上进行检测结果评估并分级判别，比如对于薄膜均匀一致性与否检测，为一致、待定、不一致。

表1

相似度	检测结果
		60～100％	一致
30～60％	待定
		0～30％	不一致

所述控制单元用于对成像单元、采集单元和处理单元的各种控制参数进行设定，包括滤光片带宽、光源照射角度、线阵CCD相机明暗域位置及采集行频和检测模式。特别是控制线阵CCD相机的采集行频，使其与薄膜传送速度匹配，并根据采集行频来限制薄膜的最大传送速度，两者关系满足f＝v*b/s，其中f表示采集行频，v表示薄膜传送速度，b表示成像单元放大率，s表示线阵CCD相机的像元尺寸大小。

进一步的，所述控制单元接收外置的薄膜传送系统中的编码器感知的薄膜传送速度信息，并采用新息自适应卡尔曼滤波算法进行高精度测速，根据薄膜缺陷类型、薄膜传送速度与光源、线阵CCD相机的参数关系字典进行查找，得到当前光源、线阵CCD相机的参数值并进行设定。所述薄膜传送速度包括薄膜表面均匀性检测时的第一载物台上的薄膜样本和第二载物台上的待检测薄膜的传送速度，两者需保持同步。

所述显示单元用于将每一个薄膜均匀性检测情况进行大屏可视化展示，包括当前检测薄膜的批次编号、系统编号、检测时间、操作员信息等，以及已检测薄膜数目、待检测薄膜数目、合格薄膜数目等。

进一步的，显示单元支持手机、平板、电脑等终端显示，可以一键给出不合格薄膜的批次编号，并支持数据导出。

所述执行单元用于检测到不合格薄膜后的操作。

进一步的，所述执行单元可以按照客户需求定制，如提供一个告警信息，或者进行语音播放不合格薄膜批次编号等。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于相干层析成像的薄膜均匀性检测系统，其特征在于，包括成像单元、采集单元、处理单元、存储单元、控制单元；采集单元的输出端连接处理单元的输入端，处理单元的输出端连接存储单元，控制单元分别与成像单元、采集单元、处理单元相互连接；

所述成像单元包括依次设置的光源、偏振片、滤光片、扩束镜、光阑、匀光镜、聚光透镜、分光镜和透镜阵列，所述光源、偏振片、滤光片、扩束镜、光阑、匀光镜、聚光透镜和分光镜的中心均位于同一轴线上，匀光镜位于聚光透镜焦点上，用于产生均匀照明的平行偏振光经薄膜表面反射后，通过透镜阵列形成干涉条纹在线阵相机干涉成像；

所述采集单元包括第一载物台、第二载物台、线阵相机，用于采集薄膜干涉图像，第一载物台安装在光源入射至分光镜并经分光镜反射后的光路上，第二载物台安装在光源入射至分光镜并经分光镜透射后的光路上，线阵相机位于透镜阵列的焦点处，接收经透镜阵列透射出的光线进行干涉成像。

2.根据权利要求1所述的基于相干层析成像的薄膜均匀性检测系统，其特征在于，所述透镜阵列设置在经薄膜上下表面反射后的出射光入射至分光镜并经分光镜反射后的光路上。

3.根据权利要求1所述的基于相干层析成像的薄膜均匀性检测系统，其特征在于，所述分光镜与水平面的夹角范围为45°±2°。

4.根据权利要求1所述的基于相干层析成像的薄膜均匀性检测系统，其特征在于，所述光源为可见光光源或激光光源或红外光源。

5.根据权利要求1所述的基于相干层析成像的薄膜均匀性检测系统，其特征在于，所述线阵相机采用线阵CCD相机或/和CMOS相机。

6.根据权利要求1所述的基于相干层析成像的薄膜均匀性检测系统，其特征在于，所述第一载物台上安放有作为参考基准的薄膜样本或待检测薄膜或吸收体，且第一载物台和透镜阵列分别位于分光镜的两侧。

7.根据权利要求1所述的基于相干层析成像的薄膜均匀性检测系统，其特征在于，所述第二载物台上承载有待检测薄膜，配合外置的薄膜传送系统实现待检测薄膜的高精度成像。

8.根据权利要求1所述的基于相干层析成像的薄膜均匀性检测系统，其特征在于，在所述第一载物台和所述第二载物台的对应起始处置和终点位置分别安装有起始位置传感器和终点位置传感器。

9.根据权利要求1所述的基于相干层析成像的薄膜均匀性检测系统，其特征在于，所述存储单元的输出端还连接有显示单元，所述显示单元采用手机、平板、电脑中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的基于相干层析成像的薄膜均匀性检测系统，其特征在于，所述存储单元的输出端还连接有执行单元，所述执行单元包括报警器、语音播放器。

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