CN218766574U

CN218766574U - 一种图像检测装置

Info

Publication number: CN218766574U
Application number: CN202222558444.XU
Authority: CN
Inventors: 曲涛; 戚务昌; 刘振翔
Original assignee: Weihai Hualing Opto Electronics Co Ltd
Current assignee: Weihai Hualing Opto Electronics Co Ltd
Priority date: 2022-09-27
Filing date: 2022-09-27
Publication date: 2023-03-28
Anticipated expiration: 2032-09-27

Abstract

本申请提供了一种图像检测装置，包括成像模块、数据转换模块和数据处理模块。成像模块包括沿其光轴依次排列光阑、放大透镜与成像芯片，放大透镜将位于其检测区域内的待检测图像放大地成像于其成像区域内，成像芯片位于成像区域内，并且其成像面垂直于光轴，用于获取待检测图像的放大图像并转换为模拟信号；数据转换模块将成像芯片获取的模拟信号转换为数字信号；数据处理模块对数字信号进行处理并生成待检测图像的数字化放大图像。其中，成像区域到检测区域的距离较近，可满足近距离成像及设备小型化的需求；放大透镜的结构改进，更加有利于设备小型化的实现；通过放大透镜的放大作用，可满足低分辨率的芯片识别高分辨率微小颗粒的需求。

Description

一种图像检测装置

技术领域

本申请涉及图像传感识别技术领域，具体涉及一种图像检测装置。

背景技术

随着我国新能源汽车市场的扩大，动力性锂电池需求量正在大幅提升，同时，手机、电动车、电动工具、数码相机等行业的快速发展，对锂电池的需求也在不断增长。锂电产业的迅速发展，已成为制造领域新的投资焦点。然而与此同时，各种有关锂电池起火、爆炸的新闻却不时见诸于媒体报道中，让消费者在选择时犹豫不决。

对于业内人士而言，锂电池正负极片和隔膜之间的那些在显微镜下才能看清楚的微米级毛刺，是导致锂电池爆炸起火的主要元凶之一。无论是五金模切还是激光切，都难以避免毛刺的产生。在传统工序中，解决方式就是人工定期对极片毛刺进行二次元下抽检。由于技术上的限制，难以实现全检的后果就是必然会有毛刺成为漏网之鱼，为锂电安全埋下了很大的隐患。

如今的图像检测方式主要有两种：

(1)线性扫描相机(CCD或者COMS相机)检测，但是由于线性相机的体积一般都比较大，而且扫描距离远，往往受限于设备空间无法进行安装，无法满足设备小型化的需求。

(2)采用接触式图像传感器(CIS)检测，但是现有的CIS的芯片分辨率比较低，很难分辨高分辨率即微小的颗粒。

基于以上安全问题及图像检测方式现状，亟需一种图像检测装置既可满足设备小型化的需求，又可以实现高分辨率识别微小颗粒的需求。

发明内容

本申请的目的在于提供一种图像检测装置，以解决现有技术中的图像检测装置无法同时满足小型化和高分辨率的需求，可识别电池膜表面的微米级毛刺，解决电池膜存在的安全隐患问题。

本申请的实施例可以通过以下技术方案实现：

一种图像检测装置，包括成像模块、数据转换模块及数据处理模块，所述成像模块包括沿光轴依次排列的光阑、放大透镜与成像芯片，所述放大透镜将位于其检测区域内的待检测图像放大地成像于其成像区域内，所述成像芯片位于所述成像区域内，并且其成像面垂直于所述光轴，用于获取所述待检测图像的放大图像并转换为模拟信号；

数据转换模块，所述数据转换模块将所述成像芯片获取的模拟信号转换为数字信号；

数据处理模块，所述数据处理模块对所述数字信号进行处理并生成所述待检测图像的数字化放大图像。

进一步地，所述成像芯片包括芯片基板及搭载于所述芯片基板表面的线性光电转换芯片。

进一步地，所述放大透镜为弯月透镜，其入光面为凹面，出光面为凸面；

所述凹面的半径小于等于15mm，所述凸面的半径小于等于8mm；

所述凹面、凸面与所述光轴的交点之间的距离小于等于3mm。

进一步地，所述放大透镜还经过以所述光轴为轴心的切割处理，其在垂直于所述光轴的平面上的投影为矩形，所述矩形的长度范围为9-11mm，宽度范围为2-6mm。

进一步地，所述成像模块的检测区域到成像区域的距离小于等于90mm。

进一步地，所述光阑的孔径为1.4mm至1.6mm；

所述光阑与所述检测区域的最大距离为25mm。

进一步地，所述图像检测装置还包括固定地容置所述成像模块、数据转换模块及数据处理模块的中空外框。

进一步地，所述图像检测装置还包括光源模块，用于产生指向所述检测区域的光线。

进一步地，所述数据处理模块包括FPGA芯片及串口输出电路；

所述FPGA芯片读取并处理所述数字信号以生成所述待检测图像的数字放大图像；

所述串口输出电路串行地输出所述数字放大图像。

进一步地，所述FPGA芯片还用于控制所述光源模块的发射频率与所述成像芯片的扫描频率。

本申请的实施例提供的一种图像检测装置至少具有以下有益效果：

(1)成像区域到检测区域的工作距离较近，可满足近距离成像以及设备小型化的需求，也解决了设备安装空间过大的问题。

(2)放大透镜的结构改进，更加有利于设备小型化的实现。

(3)通过放大透镜的放大作用，可满足低分辨率的线性光电转换芯片扫描高分辨率的微小颗粒的需求。

通过以上设置，既可满足设备小型化的需求，又可以满足高分辨率识别微小颗粒的需求。本申请可识别电池膜表面的微米级毛刺，解决电池膜存在的安全隐患问题。

附图说明

图1为现有的接触式图像传感器(CIS)的成像示意图；

图2为锂电池的电池膜结构示意图；

图3为本申请之较佳实施例的侧面剖视图；

图4为本申请中放大透镜一种形态的立体图；

图4a为本申请中放大透镜另一种形态的立体图；

图4b为本申请中放大透镜另一种形态的侧面透视图；

图4c为本申请中放大透镜另一种形态的俯视图；

图5为本申请中放大透镜的半视场的光路图。

图中标号

1、中空外框，2、光阑，3、放大透镜，31、入光面，32、出光面，4、光源模块，41、光源基板，42、光源芯片，43、散光膜，5、线性光电转换芯片，6、芯片基板，7、中继基板，8、芯材，81、涂层，82、毛刺，9、基板，10、FPGA芯片，11、检测区域，12、散热板，13、第一中空外框，14、第二中空外框。

具体实施方式

以下，基于优选地实施方式并参照附图对本申请进行进一步说明。

此外，为了方便理解，放大(厚)或者缩小(薄)了图纸上的各种构件，但这种做法不是为了限制本申请的保护范围。

单数形式的词汇也包括复数含义，反之亦然。

在本申请实施例中的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本申请实施例的产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中，为了区分不同的单元，本说明书上用了第一、第二等词汇，但这些不会受到制造的顺序限制，也不能理解为指示或暗示相对重要性，其在本申请的详细说明与权利要求书上，其名称可能会不同。

本说明书中词汇是为了说明本申请的实施例而使用的，但不是试图要限制本申请。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以具体理解上述术语在本申请中的具体含义。

图1示出了一种现有的接触式图像传感器(CIS)的成像示意图，如图1所示，该接触式图像传感器包括芯片基板6以及搭载于芯片基板6上的线性光电转换芯片5，其中线性光电转换芯片5包括按照预定的扫描方向(图中Z轴方向)间隔排列的多个光敏元件，能够按照一定的分辨率(该分辨率由单位尺寸内容纳的光敏元件的数量决定)将待检测物体表面发出的光线转换为模拟的电信号。一般地，上述线性光电转换芯片5还包括图中未示出的信号连接线及输出接口电路等。

具体地，待检测物体沿扫描副方向(图中X轴方向)连续地运动时，上述线性光电转换芯片5连续地对其进行扫描以获得物体不同位置处表面图像的模拟信号，上述模拟信号经过模数转换以及后续的位置校准、图像拼接等操作后，即可得到待检测物体表面的数字图像。

虽然上述现有的CIS传感器已经在工业生产中作为产品质量检测的手段得到广泛应用，但是，由于其线性光电转换芯片5一般按照1:1成像，当需要检测的图像其细节特征的分辨率高于CIS传感器时，即无法准确地获取上述图像细节特征。

例如，图2示出了一种锂电池的电池膜结构示意图，如图2所示，该电池膜包括由铜或铝等材料制成的芯材8以及在其两侧涂布的涂层81。一般地，芯材8以及涂层81的厚度在几十um左右。在电池膜的制造及切割过程中，芯材8及涂层81表面往往出现各种毛刺82，这些毛刺82使得电池膜的表面存在细微的瑕疵，并大大增加了锂电池出现泄露、爆炸等危险的几率。因此，在电池膜的生产过程中，对其存在的毛刺82进行检测是必不可少的工序。

上述毛刺82的大小一般在20um左右，然而，常规的CIS传感器的成像分辨率较低，以分辨率为1200DPI的CIS传感器为例，其像素点大小为25.4mm/1200≈21um，即其成像面的最小分辨率是21um。显然，对于20um左右的毛刺82，单独使用上述规格的接触式图像传感器无法进行清晰地成像及识别，需要对其结构进行改进，以满足高分辨率的图像识别要求。

为解决上述现有技术中存在的问题，本申请通过实施例提供一种图像检测装置，图3示出了本申请之较佳实施例的侧面剖视图，如图3所示，该图像检测装置包括成像模块、数据转换模块和数据处理模块。

具体地，成像模块包括沿光轴依次排列的光阑2、放大透镜3与成像芯片。其中，放大透镜3将位于其检测区域11内的待检测图像放大地成像于其成像区域内，所述成像芯片位于所述成像区域内，并且其成像面垂直于所述光轴，用于获取所述待检测图像的放大图像并转换为模拟信号；通过在成像模块中增加放大透镜3及光阑2，使得待检测图像经过放大后再被成像芯片获取，从而实现了使用低分辨率的成像芯片对待检测图像中高分辨率的图像细节的获取。

如图3所示，成像模块的光轴平行于Y轴方向，检测区域11与成像区域均垂直于Y轴方向。在图像检测过程中，待检测物体沿与Y轴垂直的X轴方向(即扫描副方向)连续地运动，使得其表面的待检测图像连续地通过检测区域11，上述待检测图像经过放大透镜3放大后，被位于成像区域内的成像芯片以一定的扫描频率获取并转换为对应的模拟信号。

如图3所示，成像芯片包括芯片基板6及搭载于芯片基板6表面的线性光电转换芯片5。优选地，线性光电转换芯片5包括由多个光敏元件沿扫描方向(垂直于图中纸面方向)间隔排列所构成的线性阵列。上述成像芯片的结构及工作原理已在前文对现有技术的描述中进行了说明，在此不再赘述。

如图3所示，为获取理想的成像效果，上述芯片基板6的表面被设置为垂直于光轴，进而使得上述线性光电转换芯片5的成像面垂直于光轴。

图4a至图4c分别示出成像模块中放大透镜3的立体图、侧向剖视图及俯视图，图5进一步示出了成像模块的半视场的光路图。如图4至图5所示，优选地，放大透镜3为弯月透镜，其入光面31为凹面，出光面32为凸面，即，放大透镜3朝向检测区域11的一面为凹面，能够对沿光轴入射的光线起到汇聚作用；朝向成像区域的一面为凸面，能够将沿光轴出射的光线起到发散作用。

优选地，放大透镜3采用光学性能较好且加工性能高的玻璃等材质制成。进一步地，在其表面采用镀膜等工艺以减少镜片表面的反射光，增加透光率。

优选地，放大透镜3凹面的半径小于等于15mm，所述凸面的半径小于等于8mm；所述凹面、凸面与所述光轴的交点之间的距离L1小于等于3mm；通过设置上述优选地结构参数，能够使得检测区域11与成像区域的距离小于等于90mm的条件下实现1～6倍的放大倍率。

在本申请的一个优选地实施例中，放大透镜3的放大倍率为1.67倍，能够实现使用分辨率为1200DPI的成像芯片获取分辨率为2000DPI的图像细节特征的获取，即成像芯片的最小像素为21um，图像细节特征的最小像素为12.7um，即图像细节特征的最小像素*放大倍率＝成像芯片的最小像素，以此实现低分辨率的成像芯片获取高分辨率的图像细节特征。

需要说明的是，如图5所示，经过放大的待检测图像为经过反转的实像，在后续的图像处理过程中还要进行信号的反转操作等。

进一步地，为便于透镜的安装及实现设备的小型化，如图4a所示，放大透镜3还经过以光轴为轴心的切割处理，其在垂直于所述光轴的平面上的投影为矩形。优选地，该矩形的长度范围为9-11mm，宽度范围为2-6mm。

进一步地，如图3及图5所示，光阑2位于成像模块的检测区域11与放大透镜3之间，用于遮掉光束中偏离近轴光线较大的光线，可提高成像的清晰度、正确性、亮度和景深等。优选地，光阑2可以采用遮光纸材料制成，以提高遮光效果。

优选地，光阑2为孔径光阑，其孔径为1.4mm至1.6mm。

进一步地，数据转换模块包括中继基板7及中继基板7上搭载的模数转换单元，中继基板7与成像芯片的数据传输是通过对应的信号接口实现的。具体地，中继基板7的焊盘与芯片基板6的背面焊盘通过插针或者回流焊等工艺焊接到一起，从而实现成像模块与数据转换模块的数据传输，无论中继基板7和芯片基板6采用何种方式连接，只要可以实现成像芯片与数据转换模块的数据传输即可。成像芯片完成了光信号到模拟信号的转换，模数转换单元将成像芯片传输的模拟信号转换为数字信号。

进一步地，数据处理模块包括基板9及基板9上搭载的FPGA芯片10，基板9与数据转换模块的数据传输是通过对应的信号接口实现的。具体地，基板9通过大插座和中继基板7的插座连接，从而实现数据转换模块与数据处理模块的数据传输，无论基板9与中继基板7采用何种方式连接，只要可以实现数据转换模块与数据处理模块的数据传输即可。具体地，FPGA芯片10用于对模数转换单元传输的数字信号进行读取、反转、数字图像合成等操作，最终形成待检测图像的放大数字图像，并通过数据处理模块通过与外部显示模块之间的串口协议串行地将上述数字图像信号输出显示。

优选地，FPGA芯片10还用于控制光源模块4的发射频率与成像芯片的扫描频率。具体地，FPGA芯片10通过内部寄存器的设置，控制时序的周期，实现对光源信号的控制，以此达到在扫描周期内，光源模块4的发光频率和芯片帧率同步的拍摄目的。

进一步地，如图3所示，图像检测装置还包括中空外框1，中空外框1用于固定容置成像模块、数据转换模块及数据处理模块，成像模块的光路位于中空外框1内。具体地，中空外框1包括第一中空外框13和第二中空外框14，第一中空外框13用于固定容置成像模块和数据转换模块，第二中空外框14用于固定容置数据处理模块。优选地，中空外框1采用金属铝制材料，能够在减轻整体重量的同时，增强结构的稳定性。

优选地，如图3所示，在第二中空外框14背向第一中空外框13一侧还设置有散热板12，，散热板12可将FPGA芯片10运行过程中产生的热量进行散热处理。优选地，散热板12优选散热性能优良的金属等材质。

优选地，中空外框1采用黑色氧化涂层，可使得进入中空外框1内的光线，可有效消除杂散光对图像的影响。

优选地，如图3所示，光阑2也可以通过在中空外框1上与光轴的交点位置处进行开孔的方式形成。

优选地，图3所示，该图像检测装置还包括光源模块4，用于产生指向所述检测区域11的光线，通过采用光源模块4对检测区域11进行照射，能够有效地提升待检测图像的亮度及图像检测的效果。优选地，光源模块4的发光尺寸沿扫描方向大于检测区域11，同时，为了增强光照效果，可采用两侧或多侧照明的方式。

具体地，光源模块4包括光源基板41以及光源基板41上搭载的光源芯片42。

优选地，光源基板41采用铝制基板以增强散热效果。优选地，为起到匀光的效果，光源模块4还包括散光膜43。

以上对本申请的具体实施方式作了详细介绍，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也属于本申请权利要求的保护范围。

Claims

1.一种图像检测装置，包括成像模块、数据转换模块及数据处理模块，其特征在于：

所述成像模块包括沿光轴依次排列的光阑、放大透镜与成像芯片，所述放大透镜将位于其检测区域内的待检测图像放大地成像于其成像区域内，所述成像芯片位于所述成像区域内，并且其成像面垂直于所述光轴，用于获取所述待检测图像的放大图像并转换为模拟信号；

2.根据权利要求1所述的一种图像检测装置，其特征在于：

所述成像芯片包括芯片基板及搭载于所述芯片基板表面的线性光电转换芯片。

3.根据权利要求1所述的一种图像检测装置，其特征在于：

所述放大透镜为弯月透镜，其入光面为凹面，出光面为凸面；

所述凹面的半径小于等于15mm，所述凸面的半径小于等于8mm；

所述凹面、凸面与所述光轴的交点之间的距离小于等于3mm。

4.根据权利要求3所述的一种图像检测装置，其特征在于：

所述放大透镜还经过以所述光轴为轴心的切割处理，其在垂直于所述光轴的平面上的投影为矩形，所述矩形的长度范围为9-11mm，宽度范围为2-6mm。

5.根据权利要求1所述的一种图像检测装置，其特征在于：

所述成像模块的检测区域到成像区域的距离小于等于90mm。

6.根据权利要求1所述的一种图像检测装置，其特征在于：

所述光阑的孔径为1.4mm至1.6mm；

所述光阑与所述检测区域的最大距离为25mm。

7.根据权利要求1所述的一种图像检测装置，其特征在于：

所述图像检测装置还包括固定地容置所述成像模块、数据转换模块及数据处理模块的中空外框。

8.根据权利要求1所述的一种图像检测装置，其特征在于：

所述图像检测装置还包括光源模块，用于产生指向所述检测区域的光线。

9.根据权利要求8所述一种图像检测装置，其特征在于：

所述数据处理模块包括FPGA芯片及串口输出电路；

所述串口输出电路串行地输出所述数字放大图像。

10.根据权利要求9所述的一种图像检测装置，其特征在于：

所述FPGA芯片还用于控制所述光源模块的发射频率与所述成像芯片的扫描频率。