RU69634U1 - DEVICE FOR DETECTION AND CLASSIFICATION OF DEFECTS OF OPTICAL OBJECTS (OPTIONS) - Google Patents
DEVICE FOR DETECTION AND CLASSIFICATION OF DEFECTS OF OPTICAL OBJECTS (OPTIONS) Download PDFInfo
- Publication number
- RU69634U1 RU69634U1 RU2007121896/22U RU2007121896U RU69634U1 RU 69634 U1 RU69634 U1 RU 69634U1 RU 2007121896/22 U RU2007121896/22 U RU 2007121896/22U RU 2007121896 U RU2007121896 U RU 2007121896U RU 69634 U1 RU69634 U1 RU 69634U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation source
- lens
- optical
- diameter
- photographing
- Prior art date
Links
Abstract
Предлагаемая полезная модель относится к оптике, в частности к области автоматического и объективного контроля качества различных оптических элементов, заключающегося в обнаружении и классификации так называемых «косметических» дефектов производства, таких, например, как царапины, трещины, выколки, пузырьки, инородные включения и им подобные и может быть использована в оптическом приборостроении, в оптической промышленности и, в особенности, в массовом производстве оптических элементов, таких как, например, линзы. Прибор содержит осветительное устройство и устройство обработки изображений и управления, при этом осветительное устройство создает расходящийся световой пучок, проекционный экран, фотографирующее устройство, светоделительный элемент, расположенный на оптической оси прибора под углом к ней, равным 1/2 угла между осями прибора и источника излучения, при этом исследуемый оптический объект помещен на оптической оси прибора после осветительного устройства, проекционный экран расположен на оптической оси прибора по другую сторону от исследуемого оптического объекта на расстоянии от него, превышающем 0,1 диагонали поля зрения фотографирующего устройства, фотографирующее устройство выполнено в виде расположенной на оптической оси прибора цифровой видео- или фотокамеры с объективом, при этом источник излучения и входная апертура объектива фотографирующего устройства равноудалены от светоделительного элемента и размещены таким образом, чтобы центр мнимого изображения источника излучения в светоделительном элементе совпадал с центром входной апертуры объектива фотографирующего устройства, устройство обработки изображения и управления выполнено в виде компьютера, содержащего устройство сопряжения с фотографирующим устройством, устройство ввода-вывода и программное обеспечение, предназначенное для анализа полученных изображений и управления прибором в целом и его компонентами, фотографирующее устройство содержит непрозрачную мишень, диаметр The proposed utility model relates to optics, in particular, to the field of automatic and objective quality control of various optical elements, which consists in the detection and classification of so-called “cosmetic” manufacturing defects, such as scratches, cracks, punctures, bubbles, foreign inclusions and them similar and can be used in optical instrumentation, in the optical industry and, in particular, in the mass production of optical elements, such as, for example, lenses. The device contains a lighting device and an image processing and control device, while the lighting device creates a diverging light beam, a projection screen, a photographing device, a beam splitter located on the optical axis of the device at an angle to it equal to 1/2 the angle between the axes of the device and the radiation source while the studied optical object is placed on the optical axis of the device after the lighting device, the projection screen is located on the optical axis of the device on the other side of the study of a blown optical object at a distance greater than 0.1 diagonal of the field of view of the photographic device, the photographic device is made in the form of a digital video or camera with a lens located on the optical axis of the device, while the radiation source and the input aperture of the lens of the photographic device are equidistant from the beam splitter and placed so that the center of the imaginary image of the radiation source in the beam splitter element coincides with the center of the input aperture of the photo lens a forming device, an image processing and control device made in the form of a computer containing a device for interfacing with a photographing device, an input-output device and software for analyzing the images and controlling the device as a whole and its components, the photographing device contains an opaque target, diameter
которой 2ROB меньше диаметра входной апертуры объектива фотографирующего устройства, помещенную в центр входной апертуры объектива и придающую ей форму кольца, источник излучения осветительного устройства имеет диаметр DИ<2RОВ, а проекционный экран выполнен в виде множества, плотно расположенных на плоскости ретрорефлекторов, диаметр которых DP меньше диаметра непрозрачной мишени, при этом размеры источника излучения, непрозрачной мишени и ретрорефлекторов должны удовлетворять соотношению 2ROВ>DИ+2·DP, а положения источника излучения и фотографирующего устройства взаимозаменяемы. Во втором варианте полезной модели источник излучения осветительного устройства выполнен в виде источника диффузнного излучения с выходной апертурой, имеющей форму кольца с диаметром 2RИВ внутренней неизлучающей части, превышающим диаметр DO входной апертуры объектива фотографирующего устройства, а проекционный экран выполнен в виде множества плотно расположенных на плоскости ретрорефлекторов, диаметр которых DP менее диаметра входной апертуры фотографического устройства, при этом размеры внутренней неизлучающей части источника излучения, входной апертуры объектива и ретрорефлекторов должны удовлетворять соотношению 2RИB>DO+2·DP, а положения источника излучения и фотографирующего устройства взаимозаменяемы.of which 2R OB is smaller than the diameter of the input aperture of the lens of the photographing device, placed in the center of the input aperture of the lens and giving it a ring shape, the radiation source of the lighting device has a diameter D AND <2R OB , and the projection screen is made in the form of a set densely located on the plane of the retroreflectors, diameter which is smaller than the diameter D P of the target opaque, the dimensions of the radiation source and the target opaque retroreflectors must satisfy the relation 2R RH> D R + 2 · D P, and the positions of the radiation source and interchangeable photographing device. In the second embodiment of the utility model, the radiation source of the lighting device is made in the form of a diffuse radiation source with an output aperture having the form of a ring with a diameter 2R ИВ of the internal non-radiating part exceeding the diameter D O of the input aperture of the lens of the photographing device, and the projection screen is made in the form of a plurality of densely arranged plane of retroreflectors whose diameter D P of less than the diameter of the entrance aperture of the photographic device, the internal dimensions of the source and nonradiating radiation, the input aperture of the lens retroreflectors and must satisfy the relation and b 2R> D O + 2 · D P, and the radiation source position and the photographing device are interchangeable.
Description
Предлагаемая полезная модель относится к оптике, в частности к области автоматического и объективного контроля качества различных оптических элементов, заключающегося в обнаружении и классификации так называемых «косметических» дефектов производства, таких, например, как царапины, трещины, выколки, пузырьки, инородные включения и им подобные и может быть использована в оптическом приборостроении, в оптической промышленности и, в особенности, в массовом производстве оптических элементов, таких как, например, линзы.The proposed utility model relates to optics, in particular, to the field of automatic and objective quality control of various optical elements, which consists in the detection and classification of so-called “cosmetic” manufacturing defects, such as scratches, cracks, punctures, bubbles, foreign inclusions and them similar and can be used in optical instrumentation, in the optical industry and, in particular, in the mass production of optical elements, such as, for example, lenses.
Известны различные приборы для автоматизированного и объективного контроля качества оптических объектов, заключающегося в обнаружении и классификации «косметических» дефектов производства, таких как царапины, трещины, выколки, пузырьки, инородные включения и им подобные. Одни приборы, как например, описанные в патентах США US 4,841,139; US 4,822,165; US 4,815,844; US 3,988,068; US 3,892,494, являются очень сложными, медленными и экономически невыгодными для их применения в массовом производстве. Системы, использующие сложные сканирующие устройства, являются слишком медленными, чтобы контролировать тысячи линз в час, как то требуется для современных производственных линий. Другая группа патентов, относящихся к предмету данного изобретения (US 6,075,591; US 5,627,638; US 5,438,405) предлагает более экономичные и быстродействующие устройства, однако все они либо недостаточно чувствительные, либо имеют недостаточное пространственное разрешение и, кроме того их чувствительность зависит от ориентации дефекта на поверхности или в объеме оптического элемента.There are various devices for automated and objective quality control of optical objects, which consists in the detection and classification of “cosmetic” production defects, such as scratches, cracks, punctures, bubbles, foreign inclusions and the like. Some devices, such as those described in US patents US 4,841,139; US 4,822,165; US 4,815,844; US 3,988,068; US 3,892,494, are very complex, slow and economically disadvantageous for their use in mass production. Systems using sophisticated scanning devices are too slow to control thousands of lenses per hour, as is required for modern production lines. Another group of patents related to the subject of this invention (US 6,075,591; US 5,627,638; US 5,438,405) offers more economical and faster devices, but all of them are either not sensitive enough or have insufficient spatial resolution and, moreover, their sensitivity depends on the orientation of the defect on the surface or in the volume of the optical element.
Существенным недостатком приборов, предложенных в обеих группах патентов является их неуниверсальность, т.е. зависимость результатов контроля качества от различных параметров контролируемых линз. Линзы могут быть положительными, отрицательными, сферическими, цилиндрическими, асферическими, бифокальными, прогрессивными и т.д. Большинство A significant drawback of the devices proposed in both groups of patents is their non-universality, i.e. dependence of quality control results on various parameters of controlled lenses. Lenses can be positive, negative, spherical, cylindrical, aspherical, bifocal, progressive, etc. Most
предлагаемых решений встречается с трудностями при адаптировании осветительных систем к параметрам линз, которые имеют различные геометрические и оптические характеристики, вынуждает изменять геометрию осветительной системы для каждой партии линз отдельно, затрачивая время на перенастройку при переходе от одной партии линз к другой.the proposed solutions encounters difficulties in adapting lighting systems to lens parameters that have different geometric and optical characteristics, forcing to change the geometry of the lighting system for each batch of lenses separately, spending time on reconfiguration when moving from one batch of lenses to another.
Другой серьезный недостаток проистекает из самой методологии освещения оптических объектов. Источники света, предлагаемые к использованию в патентуемых приборах, и взаимное расположение источника, объекта и наблюдателя, т.е. видеокамеры, отличны от рекомендуемых различными стандартами оптической промышленности, что ведет к различию в проявлении и яркости дефектов, вызывающему серьезные трудности с точки зрения достоверности и однозначности методов, обнаруживая дефекты, необнаружимые при стандартной процедуре контроля качества и наоборот. Главной проблемой существующих приборов для автоматизированного контроля качества оптических объектов при их массовом производстве является невозможность надежной регистрации света, рассеянного дефектами на малые углы, как того требуют рекомендации стандартов оптической промышленности. Более того некоторые из предложенных приборов чувствительны к местоположению дефектов и их ориентации, вызывая трудности при одновременном обнаружении дефектов на обеих поверхностях и в объеме линзы, что ведет к неоднородной чувствительности приборов и неоднозначным результатам контроля.Another serious drawback stems from the methodology of lighting optical objects. Light sources proposed for use in patented devices, and the relative position of the source, object and observer, i.e. video cameras that are different from those recommended by various standards of the optical industry, which leads to a difference in the manifestation and brightness of defects, causing serious difficulties in terms of the reliability and uniqueness of the methods, detecting defects that are not detectable during the standard quality control procedure and vice versa. The main problem of existing devices for automated quality control of optical objects during their mass production is the impossibility of reliable registration of light scattered by defects at small angles, as required by the recommendations of the standards of the optical industry. Moreover, some of the proposed devices are sensitive to the location of defects and their orientation, causing difficulties in the simultaneous detection of defects on both surfaces and in the volume of the lens, which leads to heterogeneous sensitivity of the devices and ambiguous monitoring results.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является прибор, описанный в патенте США №6075591 (Р.Vokhmin "Optical Method and Apparatus for Detecting Low Frequency Defects" Patent US 6075591, Jun.13, 2000, прототип) и в соответствующем европейском патенте №0856728, предназначенный для обнаружения, измерения и идентификации дефектов оптических объектов, представляющих собой либо мелкомасштабные локальные изменения оптической силы объекта, такие как волны, лунки и бугорки на поверхности отражающих и преломляющих элементов и неоднородности показателя преломления материала оптических элементов, работающих на пропускание, либо достаточно крупных, т.е. порядка 0,1 мм и более, рассеивающих дефектов, таких как царапины, точки, выколки, трещины Closest to the proposed technical solution is the device described in US patent No. 6075591 (P. Vokhmin "Optical Method and Apparatus for Detecting Low Frequency Defects" Patent US 6075591, Jun.13, 2000, prototype) and in the corresponding European patent No. 0856728, designed to detect, measure and identify defects in optical objects, which are either small-scale local changes in the optical power of the object, such as waves, holes and tubercles on the surface of reflective and refractive elements and the inhomogeneity of the refractive index of the optical material of transmitting elements, or large enough, i.e. of the order of 0.1 mm or more, scattering defects such as scratches, dots, punctures, cracks
пузырьки. Описанный прибор содержит осветительное устройство, выполненное в виде источника света, имеющего малый диаметр и создающего расходящийся пучок зондирующего излучения, и светоделительной пластинки, расположенной на оптической оси прибора и направляющей зондирующее излучение вдоль этой оси на исследуемый оптический объект, освещяющее каждую точку исследуемого оптического объекта под единственным углом падающего излучения, формируя таким образом теневой узор объекта на проекционном экране, фотографирующее устройство в виде цифровой видеокамеры с объективом, имеющим малое относительное отверстие, регистрирует изображение теневого узора сквозь исследуемый объект таким образом, что лучи, формирующие указанное изображение, проходят через каждую точку оптического объекта под тем же углом, под которым она освещалась, устройство обработки изображения в виде компьютера с устройством сопряжения с видеокамерой и соответствующим программным обеспечением осуществляет анализ полученного изображения.bubbles. The described device contains a lighting device made in the form of a light source having a small diameter and creating a diverging beam of probe radiation, and a beam splitter located on the optical axis of the device and directing the probe radiation along this axis to the studied optical object, illuminating each point of the studied optical object under the only angle of incident radiation, thus forming a shadow pattern of the object on the projection screen, photographing device in the form of digital a video camera with a lens having a small relative aperture registers an image of a shadow pattern through the object under study in such a way that the rays forming the specified image pass through each point of the optical object at the same angle at which it was illuminated, the image processing device in the form of a computer with a device pairing with a camcorder and related software analyzes the resulting image.
В этом приборе для обеспечения условия равенства углов падения лучей, освещающих исследуемый оптический объект, и лучей, используемых для фотографической регистрации, точечный источник излучения и входная апертура объектива видеокамеры должны располагаться на оптической оси системы и на одинаковом расстоянии от исследуемого оптического объекта, т.е. должны совпадать в пространстве. Применение светоделительной пластинки позволяет совместить положение мнимого точечного источника с апертурой объектива фотографирующего устройства, лучи света, используемые для построения изображения теневой картинки, к которому проходят сквозь светоделительную пластинку. При этом предлагаются различные варианты построения прибора, которые могут быть применены для контроля как прозрачных преломляющих так и отражающих оптических объектов, имеющих большой диапазон оптических характеристик. Данный прибор свободен от таких недостатков, как зависимость результатов контроля от различных параметров контролируемых линз, чувствительность к местоположению дефектов и их ориентации на поверхности или в объеме оптических элементов, необходимость изменять геометрию осветительной системы для каждой партии линз отдельно.In this device, to ensure that the angles of incidence of the rays illuminating the optical object under study and the rays used for photographic registration are equal, the point source of radiation and the input aperture of the video camera lens must be located on the optical axis of the system and at the same distance from the studied optical object, i.e. . must match in space. The use of a beam splitter plate allows you to combine the position of the imaginary point source with the aperture of the lens of the photographing device, the rays of light used to construct the image of the shadow picture, which pass through the beam splitter. At the same time, various options are proposed for constructing the device, which can be used to control both transparent refracting and reflecting optical objects having a wide range of optical characteristics. This device is free from such disadvantages as the dependence of the control results on various parameters of the controlled lenses, sensitivity to the location of defects and their orientation on the surface or in the volume of optical elements, the need to change the geometry of the lighting system for each batch of lenses separately.
Такому прибору для контроля качества оптических объектов присущи следующие недостатки. Невозможность обнаружения микроскопических рассеивающих дефектов, в особенности, тонких царапин и микротрещин, имеющих характерные ширины от долей микрометра до десятков микрометров, наиболее часто встречающихся и имеющих принципиальное значение для определения качества оптических объектов. Действительно, поскольку в таком приборе численно анализируются теневые изображения объектов в светлом поле, минимальный размер обнаружимого дефекта соизмерим с размерами элементарной площадки объекта порядка 0,1 миллиметра, определяемыми размерами элемента светочувствительной матрицы фотографирующего устройства.The following disadvantages are inherent in such a device for controlling the quality of optical objects. The impossibility of detecting microscopic scattering defects, in particular, thin scratches and microcracks, which have characteristic widths from fractions of a micrometer to tens of micrometers, the most common and of fundamental importance for determining the quality of optical objects. Indeed, since shadow images of objects in a bright field are numerically analyzed in such a device, the minimum size of a detected defect is commensurate with the size of the elementary area of the object of the order of 0.1 mm, determined by the size of the element of the photosensitive matrix of the photographing device.
Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу обнаружения, измерения и идентификации микроскопических рассеивающих дефектов оптических объектов.The proposed utility model solves the technical problem of detecting, measuring and identifying microscopic scattering defects of optical objects.
Поставленная техническая задача по первому варианту полезной модели решается за счет того, что в приборе для обнаружения и классификации дефектов преломляющих оптических объектов, содержащем осветительное устройство, проекционный экран, фотографирующее устройство и устройство обработки изображений и управления, осветительное устройство выполнено в виде источника излучения, создающего расходящийся световой пучок, и светоделительного элемента, расположенного на оптической оси прибора под углом к ней, равным половине угла между осями прибора и источника излучения, при этом исследуемый оптический объект помещен на оптической оси прибора после осветительного устройства, проекционный экран расположен на оптической оси прибора по другую сторону от исследуемого оптического объекта на расстоянии от него превышающем 0,1 диагонали поля зрения фотографирующего устройства, фотографирующее устройство выполнено в виде расположенной на оптической оси прибора цифровой видео- или фотокамеры с объективом, при этом источник излучения и входная апертура объектива фотографирующего устройства равноудалены от светоделительного элемента и размещены таким образом, чтобы центр мнимого изображения источника излучения в светоделительном элементе совпадал с центром входной апертуры объектива фотографирующего устройства, устройство обработки The technical task of the first embodiment of the utility model is solved due to the fact that in the device for detecting and classifying defects of refracting optical objects, which contains a lighting device, a projection screen, a photographing device and an image processing and control device, the lighting device is made in the form of a radiation source that creates a diverging light beam and a beam splitting element located on the optical axis of the device at an angle to it equal to half the angle between the axes the device and the radiation source, while the studied optical object is placed on the optical axis of the device after the lighting device, the projection screen is located on the optical axis of the device on the other side of the studied optical object at a distance from it exceeding 0.1 diagonal of the field of view of the photographing device, the photographing device is made in the form of a digital video or camera located on the optical axis of the device with a lens, while the radiation source and the input aperture of the lens are photographically of the device are equidistant from the beam-splitting element and arranged so that the imaginary center of the image light source in the beam splitter coincide with the center of the input aperture of the lens of the photographing apparatus, the processing device
изображения и управления выполнено в виде компьютера, содержащего устройство сопряжения с фотографирующим устройством, устройство ввода-вывода и программное обеспечение, предназначенное для анализа полученных изображений и управления прибором в целом и его компонентами, при этом фотографирующее устройство содержит непрозрачную мишень, диаметр которой 2ROB меньше диаметра входной апертуры объектива фотографирующего устройства, помещенную в центр входной апертуры объектива и придающую ей форму кольца, источник излучения осветительного устройства выполнен в виде источника излучения диаметром DИ<2ROB, а проекционный экран выполнен в виде множества, плотно расположенных на плоскости ретрорефлекторов, диаметр которых DP меньше диаметра непрозрачной мишени, при этом размеры источника излучения, непрозрачной мишени и ретрорефлекторов должны удовлетворять соотношению 2ROВ>DИ+2·DP, а положения источника излучения и фотографирующего устройства взаимозаменяемы.image and control is made in the form of a computer containing a device for interfacing with a photographing device, an input-output device and software for analyzing the obtained images and controlling the device as a whole and its components, while the photographing device contains an opaque target with a diameter of 2R OB less the diameter of the input aperture of the lens of the photographing device, placed in the center of the input aperture of the lens and giving it a ring shape, the radiation source is illuminating of the device is made in the form of a radiation source with a diameter of D AND <2R OB , and the projection screen is made in the form of a set densely located on the plane of retroreflectors, the diameter of which D P is smaller than the diameter of the opaque target, while the dimensions of the radiation source, opaque target and retroreflectors must satisfy the relation 2R OV > D AND + 2 · D P , and the positions of the radiation source and the photographing device are interchangeable.
Поставленная техническая задача по второму варианту полезной модели решается за счет того, что в приборе для обнаружения и классификации дефектов преломляющих оптических объектов, содержащем осветительное устройство, проекционный экран, фотографирующее устройство и устройство обработки изображений и управления, осветительное устройство выполнено в виде источника излучения, создающего расходящийся световой пучок и светоделительного элемента, расположенного на оптической оси прибора под углом к ней, равным половине угла между осями прибора и источника излучения, при этом исследуемый оптический объект помещен на оптической оси прибора после осветительного устройства, проекционный экран расположен на оптической оси прибора по другую сторону от исследуемого оптического объекта на расстоянии от него, превышающем 0,1 диагонали поля зрения фотографирующего устройства, фотографирующее устройство, выполнено в виде расположенной на оптической оси прибора цифровой видео- или фотокамеры с объективом, при этом источник излучения и входная апертура объектива фотографирующего устройства равноудалены от светоделительного элемента и размещены таким образом, чтобы центр мнимого изображения The technical task of the second embodiment of the utility model is solved due to the fact that in the device for detecting and classifying defects of refracting optical objects, comprising a lighting device, a projection screen, a photographing device and an image processing and control device, the lighting device is made in the form of a radiation source that creates a diverging light beam and a beam splitting element located on the optical axis of the device at an angle to it equal to half the angle between the axes the device and the radiation source, while the studied optical object is placed on the optical axis of the device after the lighting device, the projection screen is located on the optical axis of the device on the other side of the studied optical object at a distance from it exceeding 0.1 diagonal of the field of view of the photographing device, photographing device , made in the form of a digital video or camera located on the optical axis of the device with a lens, while the radiation source and the input aperture of the lens are photographically devices are equidistant from the beam splitter and positioned so that the center of the imaginary image
источника излучения в светоделительном элементе совпадал с центром входной апертуры объектива фотографирующего устройства, устройство обработки изображения и управления выполнено в виде компьютера, содержащего устройство сопряжения с фотографирующим устройством, устройство ввода-вывода и программное обеспечение, предназначенное для анализа полученных изображений и управления прибором в целом и его компонентами, при этом источник излучения осветительного устройства выполнен в виде источника диффузнного излучения с выходной апертурой, имеющей форму кольца с диаметром 2RИВ внутренней неизлучающей части, превышающим диаметр DO входной апертуры объектива фотографирующего устройства, а проекционный экран выполнен в виде множества плотно расположенных на плоскости ретрорефлекторов, диаметр которых DP менее диаметра входной апертуры фотографического устройства, при этом размеры внутренней неизлучающей части источника излучения, входной апертуры объектива и ретрорефлекторов должны удовлетворять соотношению 2RИВ>DO+2·DP, а положения источника излучения и фотографирующего устройства взаимозаменяемы.the radiation source in the beam splitting element coincided with the center of the input aperture of the lens of the photographing device, the image processing and control device is made in the form of a computer containing a device for interfacing with a photographing device, an input-output device and software for analyzing the received images and controlling the device as a whole and its components, while the radiation source of the lighting device is made in the form of a diffuse radiation source with an output aperture a ring-shaped device with a diameter of 2R ИВ of the internal non-radiating part exceeding the diameter D О of the input aperture of the lens of the photographing device, and the projection screen is made in the form of a plurality of retroreflectors densely located on the plane, the diameter of which D P is less than the diameter of the input aperture of the photographic device, while the dimensions the internal non-radiating part of the radiation source, the input aperture of the lens and retroreflectors must satisfy the ratio 2R ИV > D O + 2 · D P , and the position of the radiation source and photograph Drivers are interchangeable.
Схема конструкции прибора по первому варианту представлена на фиг.1.The design diagram of the device according to the first embodiment is presented in figure 1.
Прибор содержит в себе осветительное устройство, состоящее из источника излучения 1 диаметром DИ и светоделительного элемента 2, исследуемый оптический объект 3, установленный на оси прибора держателем 4, проекционный экран 5 в виде вращающегося диска, закрепленного на валу электродвигателя 6, фотографирующее устройство 7 в виде цифровой видео- или фото-камеры со светочувствительной матрицей 8 и объективом 9, обеспечивающими поле зрения по диагонали DПЗ, при этом объектив 9 снабжен непрозрачной мишенью 10, придающей его входной апертуре форму кольца с диаметром внутренней непрозрачной части 2RОВ, превышающим диаметр DИ источника излучения 1, устройство обработки изображения и управления, выполненное в виде компьютера 11, содержащего устройство 12 сопряжения с фотографирующим устройством 7 и устройство ввода-вывода 13, предназначенное для управления прибором в целом и его компонентами, такими как осветительное и фотографирующее устройства, при этом The device includes a lighting device consisting of a radiation source 1 with a diameter of D AND and a beam splitter 2, the studied optical object 3 mounted on the axis of the device with a holder 4, a projection screen 5 in the form of a rotating disk mounted on the shaft of an electric motor 6, photographing the device 7 in a digital video or photo cameras with photosensitive matrix 8 and lens 9, ensuring the field of view diagonally D PP, the lens 9 is provided with an opaque target 10, which imparts its inlet aperture forms Ring diameter inner opaque portion 2R RH greater than the diameter D and the radiation source 1, the image processing apparatus and control embodied as a computer 11, comprising a device 12 for interfacing with the photographing device 7 and an input-output device 13 for controlling the device as a whole and its components, such as lighting and photographing devices, while
проекционный экран 5, исследуемый оптический объект 3, светоделительный элемент 2 и фотографирующе устройство 7 со светочувствительной матрицей 8 и с объективом 9 расположены вдоль общей оптической оси OO' прибора, а проекционный экран 5 выполнен в виде множества плотно расположенных на плоскости ретрорефлекторов, диаметр которых DP меньше диаметра непрозрачной мишени 10, при этом размеры источника излучения, непрозрачной мишени, поля зрения фотографирующего устройства и ретрорефлекторов удовлетворяют соотношениям:the projection screen 5, the optical object 3 under study, the beam splitter 2 and the photographing device 7 with the photosensitive sensor 8 and the lens 9 are located along the common optical axis OO 'of the device, and the projection screen 5 is made in the form of a plurality of retroreflectors densely located on the plane, whose diameter D P is less than the diameter of the opaque target 10, while the dimensions of the radiation source, opaque target, the field of view of the photographing device and retroreflectors satisfy the relations:
DP<0,02·DПЗ и 2ROB>DИ+2·DP.D P <0.02 · D PZ and 2R OB > D AND + 2 · D P.
Очевидно, что положения источника излучения 1 и фотографирующего устройства 7 взаимозаменяемы.Obviously, the positions of the radiation source 1 and the photographing device 7 are interchangeable.
Источник излучения 1 прибора, представленного на Фиг.1, не составляющий предмета данной полезной модели, может быть любого типа, отвечающего приведенным требованиям по размерам, стабильности и длине волны и создающего достаточно однородный расходящийся пучок, предпочтительно, монохроматического излучения с минимальной относительной вариацией углового распределения яркости, не превышающей 30-40 процентов. Он может быть выполнен в виде лазера или светодиода с соответствующей фокусирующей или дефокусирующей оптикой, протяженного источника в виде лампы накаливания или электрической дуги с диафрагмой малого размера, светофильтром и фокусирующей оптикой или без оной и т.д. Длина волны зондирующего излучения зависит от оптических свойств исследуемого оптического объекта и свойств регистрирующей оптики и электроники и может быть выбрана в диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового включая видимый.The radiation source 1 of the device shown in FIG. 1, which is not the subject of this utility model, can be of any type that meets the above requirements for size, stability and wavelength and creates a fairly uniform diverging beam, preferably monochromatic radiation with a minimum relative variation in angular distribution brightness not exceeding 30-40 percent. It can be made in the form of a laser or LED with the corresponding focusing or defocusing optics, an extended source in the form of an incandescent lamp or an electric arc with a small aperture, a light filter and focusing optics or without it, etc. The wavelength of the probe radiation depends on the optical properties of the investigated optical object and the properties of the recording optics and electronics and can be selected in the range from infrared to ultraviolet including visible.
Светоделительный элемент 2 может быть выполнен в виде плоского полупрозрачного зеркала с металлическим или диэлектрическим покрытием, имеющим коэффициенты пропускания и отражения близкие к 50%, и с просветленной задней поверхностью или в виде светоделительного кубика с просветленными гранями. Светоделительный элемент может быть выполнен также в виде поляризационной призмы или пластинки в сочетании с не The beam splitting element 2 can be made in the form of a planar translucent mirror with a metal or dielectric coating, having transmittance and reflection coefficients close to 50%, and with an enlightened back surface or in the form of a beam splitter cube with enlightened edges. The beam splitting element can also be made in the form of a polarizing prism or plate in combination with
показанной на фиг.1 четвертьволновой пластинкой λ/4, ось которой ориентирована под 45° градусов к оси поляризации пучка, размещаемой где-либо между поляризатором и проекционным экраном, например, перед исследуемым оптическим объектом 3. Светоделительный элемент 2 расположен так, чтобы его отражающая поверхность находилась на оптической оси прибора под углом к ней, равным половине угла между осями прибора и источника излучения 1.shown in figure 1 quarter-wave plate λ / 4, the axis of which is oriented at 45 ° to the axis of polarization of the beam, placed somewhere between the polarizer and the projection screen, for example, in front of the investigated optical object 3. The beam splitter 2 is located so that it reflects the surface was on the optical axis of the device at an angle to it equal to half the angle between the axes of the device and the radiation source 1.
Проекционный экран 5 представляет собою перпендикулярную оптической оси OO' плоскость с покрытием из материала, содержащего большое количество плотно расположенных элементов, отражающих строго назад падающее излучение, представляющих собой так называемые ретрорефлекторы. Примером такого покрытия может служить слой стеклянных микролинз, расположенных над поверхностью с высоким коэффициентом отражения на расстоянии фокуса микролинз, слой стеклянных микросфер на белой поверхности или, лучше всего, поверхность, сформированную вершинами полых или прозрачных кубов с зеркальными гранями. Для лучшего пространственного разрешения прибора размеры элементарных ретро-рефлекторов DP должны быть достаточно малыми по сравнению с полем зрения фотографирующешо устройства, т.е. удовлетворять соотношениям:The projection screen 5 is a plane perpendicular to the optical axis OO 'with a coating of a material containing a large number of densely spaced elements, reflecting directly incident radiation, which are the so-called retroreflectors. An example of such a coating is a layer of glass microlenses located above a surface with a high reflection coefficient at the focus distance of microlenses, a layer of glass microspheres on a white surface, or, best of all, a surface formed by the vertices of hollow or transparent cubes with mirror faces. For a better spatial resolution of the device, the dimensions of the elementary retro-reflectors D P should be small enough in comparison with the field of view of the photographing device, i.e. satisfy the relations:
DP<0,02·DПЗ и 2RОВ>DИ+2·DP,D P <0.02 · D PZ and 2R OV > D AND + 2 · D P ,
что позволяет также избежать попадания на светочувствительную матрицу 8 фотографирующего устройства 7 нерассеянного света от источника 1, отраженного ретрорефлекторами, обеспечивая работоспособность прибора. Проекционный экран 5 может быть выполнен в виде вращающегося диска с покрытием указанного типа, закрепленного на валу электродвигателя 6. Таким образом, когда фотографируется исследуемый оптический объект с возможными дефектами, вращение диска 6 обеспечивает более изотропное освещение дефектов и осуществляет усреднение величины отраженного экраном света, уменьшая таким образом влияние неоднородности оптических свойств покрытия экрана 5. Колебательное или поступательное движение в плоскости экрана 5 может дать те же результаты.which also allows you to avoid getting on the photosensitive matrix 8 of the photographing device 7 unscattered light from the source 1, reflected by retroreflectors, ensuring the operability of the device. The projection screen 5 can be made in the form of a rotating disk with a coating of the indicated type, mounted on the shaft of the electric motor 6. Thus, when the studied optical object with possible defects is photographed, the rotation of the disk 6 provides more isotropic illumination of defects and averages the amount of light reflected by the screen, reducing thus, the influence of the heterogeneity of the optical properties of the coating of the screen 5. Oscillatory or translational motion in the plane of the screen 5 can give the same results.
Фотографирующее устройство 7 прибора фиг.1 выполнено в виде цифровой видео- или фото-камеры, имеющей достаточно высокую чувствительность и линейность характеристик, и содержит светочувствительную матрицу 8, например, ПЗС, КМОП или фотодиодную матрицу. Оно снабжено объективом 9, содержащим непрозрачную мишень 10, придающей входной апертуре объектива 9 форму кольца с диаметром внутренней непрозрачной части 2RОВ, превышающим диаметр DИ источника излучения 1, и проецирующим изображение оптического объекта 3 на светочувствительную матрицу 8. Фотографирующее устройство 7 расположено на оптической оси прибора OO', таким образом, что центр входной апертуры объектива 9 находится на расстоянии от светоделительного элемента 2, равном расстоянию от источника излучения 1 до того же светоделительного элемента 2. Таким образом, центр входной апертуры объектива 8 оптически совпадает с источником излучения 1, т.е. они оптически эквидистантны по отношению к оптическому объекту 3 или, что то же самое, по отношению к проекционному экрану 5. Положения источника излучения 1 и фотографирующего устройства 7 взаимозаменяемы. Фотографирующее устройство 7 должно иметь достаточно высокие разрешающую способность и линейность и может, дополнительно, содержать не показанный на фиг.1 спектральный фильтр.The photographing device 7 of the device of figure 1 is made in the form of a digital video or photo camera having a sufficiently high sensitivity and linearity of characteristics, and contains a photosensitive matrix 8, for example, a CCD, CMOS or a photodiode array. It is equipped with a lens 9, containing an opaque target 10, giving the input aperture of the lens 9 the shape of a ring with a diameter of the inner opaque part 2R OB greater than the diameter D AND of the radiation source 1, and projecting the image of the optical object 3 onto the photosensitive matrix 8. The photographing device 7 is located on the optical the axis of the device OO ', so that the center of the input aperture of the lens 9 is at a distance from the beam splitter element 2, equal to the distance from the radiation source 1 to the same beam splitter lementa 2. Thus, the center of the input lens aperture 8 coincides with the optical radiation source 1, i.e. they are optically equidistant with respect to the optical object 3 or, which is the same, with respect to the projection screen 5. The positions of the radiation source 1 and the photographing device 7 are interchangeable. The photographing device 7 should have a sufficiently high resolution and linearity and may additionally contain a spectral filter not shown in FIG.
Устройство обработки изображения и управления выполнено в виде компьютера 11, содержащего устройства сопряжения 12 с фотографирующим устройством 7, устройство ввода-вывода 13 и программное обеспечение для управления прибором вцелом и его компонентами и для анализа изображений, включающего определение яркости или уровня серости в точках измерения и точные координаты этих точек на изображениях и поверхности самого оптического объекта 3. Устройство ввода-вывода 12 предназначено для управления компонентами системы, такими как осветительное и фотографирующее устройства. Периферийные устройства компьютера могут быть любого приемлемого типа.The image processing and control device is made in the form of a computer 11, comprising a pairing device 12 with a photographing device 7, an input-output device 13 and software for controlling the device as a whole and its components and for analyzing images, including determining the brightness or level of grayness at the measurement points and the exact coordinates of these points on the images and the surface of the optical object itself 3. The input-output device 12 is designed to control system components, such as lighting the photographing device. Computer peripherals can be of any acceptable type.
Конструкция прибора по первому варианту, представленная на фиг.1, позволяет решить техническую задачу обнаружения, измерения и идентификации микроскопических рассеивающих дефектов, в особенности, The design of the device according to the first embodiment, presented in figure 1, allows to solve the technical problem of detection, measurement and identification of microscopic scattering defects, in particular,
тонких царапин и микротрещин, имеющих характерные ширины порядка долей микрометра и более.thin scratches and microcracks having characteristic widths of the order of fractions of a micrometer or more.
Прибор для обнаружения и классификации дефектов преломляющих оптических объектов по первому варианту работает следующим образом. Свет от источника излучения 1, создающего расходящийся световой пучок, падает на светоделительный элемент 2 и частично проходит сквозь него и далее не используется, а частично отражается вдоль оптической оси прибора в направлении исследуемого оптического объекта 3, зафиксированного на оптической оси прибора с помощью держателей 4, обеспечивая освещение каждой его точки в очень узком диапазоне углов. Каждый луч светового пучка проходит сквозь исследуемый оптический объект 3, достигает проекционного экрана 5, отражается ретро-рефлекторами экрана 5 строго назад к исследуемому оптическому объекту 3, проходит сквозь оптический объект 3, преломляясь таким образом, что обратно-отраженный луч распространяется обратно к источнику излучения 1 вдоль той же траектории, что и падающий луч, освещающий оптический объект 3. Часть обратно-отраженного таким образом пучка отклоняется светоделительным элементом 2 обратно в источник излучения 1 и далее не используется, а часть проходит сквозь светоделительный элемент 2 и достигает непрозрачной мишени 10, расположенной в центре входной апертуры объектива 9 фотографирующего устройства 7. Таким образом, свет от источника излучения 1, будучи обратно-отраженным, обеспечивает двустороннее освещение каждой точки исследуемого оптического объекта 3 под углом равным ее углу наблюдения, но нерассеянная часть излучение не имеет возможности проникнуть сквозь апертуру объектива 9 внутрь фотографирующего устройства 7 и достигнуть светочувствительной матрицы 8, так как для размеров источника излучения 1, непрозрачной мишени 10 и ретрорефлекторов выполняется условие:A device for detecting and classifying defects of refracting optical objects according to the first embodiment works as follows. The light from the radiation source 1, which creates a diverging light beam, falls on the beam splitter 2 and partially passes through it and is not used further, and is partially reflected along the optical axis of the device in the direction of the studied optical object 3, fixed on the optical axis of the device using holders 4, providing coverage of each of its points in a very narrow range of angles. Each beam of the light beam passes through the studied optical object 3, reaches the projection screen 5, is reflected by the retro-reflectors of the screen 5 strictly back to the studied optical object 3, passes through the optical object 3, refracting in such a way that the back-reflected beam propagates back to the radiation source 1 along the same path as the incident beam illuminating the optical object 3. A part of the beam thus reflected back is deflected by the beam splitting element 2 back to the radiation source 1 and further not is used, and the part passes through the beam splitting element 2 and reaches an opaque target 10 located in the center of the input aperture of the lens 9 of the photographing device 7. Thus, the light from the radiation source 1, being back-reflected, provides two-sided illumination of each point of the investigated optical object 3 under angle equal to its viewing angle, but the non-scattered part of the radiation does not have the ability to penetrate through the aperture of the lens 9 into the photographing device 7 and achieve a photosensitive atrix 8, since for the dimensions of the radiation source 1, the opaque target 10 and the retroreflectors, the condition is satisfied:
2ROB>DИ+2·DP.2R OB > D AND + 2 · D P.
В случае, если свет от источника излучения 1 освещает исследуемый оптический объект 3, содержащий рассеивающие поверхностный А1 или внутренний А2 дефекты, это прямое излучение также как обратное отраженное ретро-рефлектором 5 излучение будут рассеиваться дефектами А1 и А2, образуя If the light from the radiation source 1 illuminates the investigated optical object 3 containing defects scattering surface A1 or internal A2, this direct radiation will also be scattered by defects A1 and A2, as reflected back by retro-reflector 5, forming defects A1 and A2, forming
лучи, расходящиеся от дефектов A1, A2, и выходящие из исследуемого оптического объекта 3 под всевозможными углами к невозмущенным лучам. Часть лучей рассеянного излучения достигает входной кольцевой апертуры объектива 9 фотографирующего устройства 7 непосредственно либо после его обратного отражения ретро-рефлектором 5. Таким образом, только лучи, рассеянные поверхностными или внутренними дефектами в направлении фотографирующего устройства 7 в телесный уголrays diverging from defects A1, A2, and emerging from the investigated optical object 3 at all possible angles to the unperturbed rays. A part of the scattered radiation rays reaches the input annular aperture of the lens 9 of the photographing device 7 either directly or after its retroreflection by the retro reflector 5. Thus, only rays scattered by surface or internal defects in the direction of the photographing device 7 are in a solid angle
или в противоположную сторону в телесный угол ΩO'= ΩO симметрично по отношению к направлению на центр объектива, достигают открытой части входной апертуры объектива 9 и далее светочувствительной матрицы 8 фотографирующего устройства 7 и могут быть зарегестрированы последним. Здесь ROH и ROB - наружный и внутренний радиусы кольцевой апертуры объектива 9, a L - расстояние от источника 1 до оптического объекта 3 вдоль центрального луча. Более детально ход лучей показан на фиг.3, на которой представлены исходные элементарные световые пучки a и b от источника излучения 1 и пучки a' и b' отраженные назад ретро-рефлектором 5, которые освещают отдельные участки исследуемого оптического объекта 3. При этом элементарный пучок а' проходит сквозь оптический объект 3 и, преломляясь, распространяется обратно к источнику излучения 1. Часть обратно-отраженного пучка а' отклоняется светоделительным элементом 2 обратно в источник излучения 1, а часть его проходит сквозь светоделительный элемент 2 и достигает непрозрачной мишени 10, в центре входной апертуры объектива 9 фотографирующего устройства 7. Напротив, элементарные пучки - прямой b и отраженный ретрорефлектором b' - освещают некоторую часть объекта 3, содержащего дефект A1, пучки лучей с и d, являющиеся частью исходного излучения пучков b и b', рассеиваются дефектом A1 в направлении открытой части входной апертуры объектива 9 фотографирующего устройства 7 в то время, как пучки лучей с' и d', рассеянные дефектом A1, достигают открытой части входной апертуры объектива 9 после их обратного отражения ретро-рефлектором 5. Объектив 9 проецирует рассеянное таким образом излучение на or in the opposite direction to the solid angle Ω O '= Ω O symmetrically with respect to the direction to the center of the lens, reach the open part of the input aperture of the lens 9 and then the photosensitive matrix 8 of the photographing device 7 and can be registered last. Here, R OH and R OB are the outer and inner radii of the annular aperture of the lens 9, and L is the distance from the source 1 to the optical object 3 along the central beam. The ray path is shown in more detail in Fig. 3, which shows the initial elementary light beams a and b from the radiation source 1 and the beams a 'and b' reflected back by a retro-reflector 5, which illuminate individual sections of the studied optical object 3. In this case, the elementary the beam a 'passes through the optical object 3 and, being refracted, propagates back to the radiation source 1. A part of the back-reflected beam a' is deflected by the beam splitting element 2 back to the radiation source 1, and part of it passes through the beam splitting element nt 2 and reaches the opaque target 10, in the center of the input aperture of the lens 9 of the photographing device 7. On the contrary, the elementary beams - the straight line b and reflected by the retroreflector b '- illuminate some part of the object 3 containing defect A1, the beams of rays c and d, which are part of the original the radiation from beams b and b 'are scattered by defect A1 in the direction of the open part of the input aperture of the lens 9 of the photographing device 7, while the beams of rays c' and d 'scattered by defect A1 reach the open part of the input aperture of the lens 9 after they are reversed reflection of the retro-reflector 5. The lens 9 projects the scattered radiation on the way
поверхность светочувствителвной матрицы 8, образуя изображение оптического объекта 3 в темном поле.the surface of the photosensitive matrix 8, forming an image of an optical object 3 in a dark field.
Фотографирующее устройство 7 регистрирует это изображение, которое затем передается при посредстве устройства сопряжения 12 в цифровой форме с фотографирующего устройства 7 на компьютер 11 устройства обработки изображения. Алгоритм компьютерной программы анализа полученных изображений с целью обнаружения дефектов на поверхностях и в объеме исследуемого оптического объекта 3 включает в себя определение яркости или уровня серости в каждой точке изображения оптического объекта 3, обнаружение неоднородностей, т.е. областей с высоким градиентом яркости, вычисление основных характеристик обнаруженных неоднородностей изображения объекта 3, включающих яркость, контраст, геометрические размеры и определение точных координат этих точек на изображениях и на поверхности самого оптического объекта 3. Полученные цифровые данные используются далее для принятия решения о наличии дефектов, их классификации и измерения, и для принятия окончательного решения об уровне качества исследуемого оптического объекта.The photographing device 7 registers this image, which is then transmitted via the interface device 12 in digital form from the photographing device 7 to the computer 11 of the image processing device. The algorithm of the computer program for analyzing the obtained images in order to detect defects on the surfaces and in the volume of the investigated optical object 3 includes determining the brightness or gray level at each point of the image of the optical object 3, detecting inhomogeneities, i.e. areas with a high brightness gradient, the calculation of the main characteristics of the detected inhomogeneities of the image of the object 3, including brightness, contrast, geometric dimensions and determination of the exact coordinates of these points on the images and on the surface of the optical object 3. The obtained digital data are used further to decide on the presence of defects, their classification and measurement, and for making a final decision on the quality level of the investigated optical object.
Схема конструкции прибора по второму варианту предлагаемой полезной модели представлена на фиг.2.The design diagram of the device according to the second embodiment of the proposed utility model is presented in figure 2.
Прибор содержит в себе осветительное устройство, состоящее из источника диффузнного излучения 1, выходная апертура которого имеет форму кольца с внутренним и наружным радиусами RИВ и RИН соответственно, и светоделительного элемента 2, исследуемый оптический объект 3, фиксируемый на оси прибора держателем 4, проекционный экран 5 в виде вращающегося диска, закрепленного на валу электродвигателя 6, фотографирующе устройство 7 в виде цифровой видео- или фото-камеры со светочувствительной матрицей 8 и с объективом 9, обеспечивающими поле зрения по диагонали DПЗ, при этом объектив 9 снабжен диафрагмой 10, определяющей входную апертуру объектива, диаметр которой DO меньше диаметра внутренней неизлучающей части источника диффузнного излучения 1, устройство обработки изображения и управления, выполненное в виде компьютера 11, содержащего устройство 12 сопряжения с фотографирующим устройством 7 и устройство ввода-вывода 13, The device contains a lighting device consisting of a diffuse radiation source 1, the output aperture of which has the shape of a ring with inner and outer radii R ИВ and R ИН, respectively, and a beam splitter 2, the studied optical object 3, fixed on the axis of the device by the holder 4, projection a screen 5 in the form of a rotating disk mounted on the shaft of an electric motor 6, a photographing device 7 in the form of a digital video or photo camera with a photosensitive sensor 8 and with a lens 9, providing a field of view on the diagonal D PP, the lens 9 is provided a diaphragm 10, which defines an inlet aperture of the lens, whose diameter D O is less than the diameter of the inner non-emitting portion of source diffused radiation 1, an image processing apparatus and control embodied as a computer 11, comprising a device 12 for interfacing with the photographing device 7 and input / output device 13,
предназначенное для управления компонентами системы, такими как осветительное, и фотографирующее устройства, при этом проекционный экран 5, исследуемый оптический объект 3, светоделительный элемент 2 и фотографирующе устройство 7 со светочувствительной матрицей 8 и с объективом 9 расположены вдоль общей оптической оси OO' прибора, выходная апертура источника диффузнного излучения 1, имеет форму кольца с диаметром внутренней неизлучающей части 2RИВ, превышающим диаметр DO входной апертуры объектива 9 фотографирующего устройства 7, а проекционный экран 5 выполнен в виде множества плотно расположенных на плоскости ретрорефлекторов, диаметр которых DP меньше диаметра входной апертуры объектива 9, при этом размеры внутренней неизлучающей части источника излучения, входной апертуры фотографирующего устройства, поля зрения фотографирующего устройства и ретрорефлекторов должны удовлетворять соотношениям:designed to control system components, such as lighting and photographing devices, the projection screen 5, the studied optical object 3, the beam splitting element 2 and the photographing device 7 with the photosensitive matrix 8 and the lens 9 are located along the common optical axis OO 'of the device, the output the aperture of the diffuse radiation source 1, has the shape of a ring with a diameter of the internal non-emitting part 2R of the IV exceeding the diameter D O of the input aperture of the lens 9 of the photographing device 7, and the projection The screen 5 is made in the form of a plurality of retroreflectors densely located on the plane, the diameter of which D P is smaller than the diameter of the input aperture of the lens 9, while the dimensions of the internal non-radiating part of the radiation source, the input aperture of the photographing device, the field of view of the photographing device and retroreflectors must satisfy the relations:
DP<0,02·DПЗ и 2RИВ>DО+2·DP.D P <0.02 · D PZ and 2R ИВ > D О + 2 · D P.
Очевидно, что положения источника излучения 1 и фотографирующего устройства 7 взаимозаменяемы.Obviously, the positions of the radiation source 1 and the photographing device 7 are interchangeable.
Источник диффузнного излучения 1 может быть выполнен либо в виде кольцевого световода, соединенного пучком оптического волокна с источником света любого приемлемого типа, либо в виде кольцевой флюоресцентной лампы, либо кольцевого осветителя содержащего множество миниатюрных источников света, таких как светодиоды или лампочки накаливания, либо в виде протяженного источника света, снабженного кольцевой диафрагмой. Прочие элементы прибора фиг.2 аналогичны элементам прибора фиг.1.The diffuse radiation source 1 can be made either in the form of an annular fiber connected by an optical fiber bundle to a light source of any acceptable type, or in the form of an annular fluorescent lamp, or an annular illuminator containing many miniature light sources, such as LEDs or incandescent bulbs, or in the form an extended light source equipped with an annular diaphragm. Other elements of the device of figure 2 are similar to the elements of the device of figure 1.
Конструкция прибора по второму варианту, представленная на фиг.2, позволяет решить техническую задачу обнаружения, измерения и идентификации микроскопических рассеивающих дефектов, в особенности, тонких царапин и микротрещин, имеющих характерные ширины порядка долей микрометра и более.The design of the device according to the second embodiment, presented in FIG. 2, allows us to solve the technical problem of detecting, measuring and identifying microscopic scattering defects, in particular, thin scratches and microcracks having characteristic widths of the order of fractions of a micrometer or more.
Прибор для обнаружения и классификации дефектов преломляющих оптических объектов по второму варианту работает следующим образом. Излучение от источника диффузнного излучения 1, создающего широкий расходящийся световой пучок, падает на светоделительный элемент 2 и частично проходит сквозь него и далее не используется, а частично отражается вдоль оптической оси прибора в направлении исследуемого оптического объекта 3, зафиксированного на оптической оси прибора с помощью держателей 4 обеспечивая освещение каждой его точки в телесном угле Ω, определяемом геометрией системы:A device for detecting and classifying defects of refracting optical objects according to the second embodiment works as follows. The radiation from the source of diffuse radiation 1, which creates a wide diverging light beam, falls on the beam splitter 2 and partially passes through it and is not used further, and partially reflects along the optical axis of the device in the direction of the studied optical object 3, fixed on the optical axis of the device using holders 4 providing illumination of each of its points in the solid angle Ω, determined by the geometry of the system:
Здесь, помимо известных обозначений, RИН и RИВ - наружный и внутренний радиусы выходной апертуры источника диффузного излучения 1. Каждый луч светового пучка проходит сквозь исследуемый оптический объект 3, достигает проекционного экрана 5, отражается ретро-рефлекторами экрана 5 строго назад к исследуемому оптическому объекту 3 в телесном угле Ω'= Ω, проходит сквозь оптический объект 3, преломляясь таким образом, что обратно-отраженные лучи распространяется строго назад к источнику света 1 вдоль той же траектории, что и падающие лучи, освещающие оптический объект 3. Часть обратно-отраженного таким образом излучения отклоняется светоделительным элементом 2 обратно в источник диффузного излучения 1 и далее не используется, а часть проходит сквозь светоделительный элемент 2 и достигает плоскости диафрагмы 10 объектива 9 фотографирующего устройства 7 на расстояниях от оси прибора, превышающих половину диаметра диафрагмы 10 объектива 9. Таким образом, диффузное излучение от источника 1, будучи обратно-отраженным, обеспечивает двустороннее освещение каждой точки исследуемого оптического объекта 3 в достаточно широком телесном угле, при этом нерассеянная часть излучения не имеет возможности проникнуть сквозь диафрагму 10 объектива 9 внутрь фотографирующего устройства 7 и достигнуть светочувствительной матрицы 8, так как для размеров источника излучения 1, диафрагмы 10 и ретрорефлекторов выполняется условие:Here, in addition to the well-known notation, RIN and RI are the external and internal radii of the output aperture of the diffuse radiation source 1. Each beam of the light beam passes through the optical object 3 under investigation, reaches the projection screen 5, and is reflected by the retro-reflectors of screen 5 strictly back to the optical object 3 in the solid angle Ω '= Ω, passes through the optical object 3, refracting in such a way that the back-reflected rays propagate strictly back to the light source 1 along the same path as the incident rays, illuminate optical object 3. Part of the radiation thus reflected back is deflected by the beam splitter 2 back to the diffuse radiation source 1 and is not used further, and the part passes through the beam splitter 2 and reaches the plane of the diaphragm 10 of the lens 9 of the photographing device 7 at distances from the axis of the device, exceeding half the diameter of the aperture 10 of the lens 9. Thus, the diffuse radiation from the source 1, being back-reflected, provides two-sided illumination of each point of the studied optics object 3 in a sufficiently wide solid angle, while the unscattered part of the radiation does not have the ability to penetrate through the aperture 10 of the lens 9 into the photographing device 7 and reach the photosensitive matrix 8, because for the dimensions of the radiation source 1, aperture 10 and retroreflectors, the condition:
2RИВ>DO+2·DР.2R IV > D O + 2 · D P.
В случае, если излучение от источника диффузного излучения 1 падает на исследуемый оптический объект 3, содержащий рассеивающие поверхностный А1 или внутренний А2 дефекты, это прямое излучение также как обратное отраженное ретро-рефлектором 5 излучение будут рассеиваться дефектами А1 и А2, образуя лучи, расходящиеся от дефектов А1, А2, и выходящие из исследуемого оптического объекта 3 под всевозможными углами к невозмущенным лучам. Часть лучей рассеянного излучения проходит сквозь диафрагму 10 и достигает входной апертуры объектива 9 фотографирующего устройства 7 непосредственно либо после их обратного отражения ретро-рефлектором 5. Таким образом, только исходные или обратно-отраженные лучи, рассеянные поверхностными или внутренними дефектами в направлении фотоприемного устройства 7 в телесный уголIf the radiation from the source of diffuse radiation 1 falls on the studied optical object 3 containing defects scattering surface A1 or internal A2, this direct radiation as well as the backward reflection reflected by the retro reflector 5 will be scattered by defects A1 and A2, forming rays diverging from defects A1, A2, and emerging from the investigated optical object 3 at all possible angles to unperturbed rays. A part of the scattered radiation rays passes through the diaphragm 10 and reaches the input aperture of the lens 9 of the photographing device 7 either directly or after they are reflected back by the retro reflector 5. Thus, only the initial or back-reflected rays scattered by surface or internal defects in the direction of the photodetector 7 in solid angle
или в противоположную сторону в телесный угол ΩO'= ΩО симметрично по отношению к направлению на центр объектива 9, достигают открытой части входной апертуры объектива 9 и далее светочувствительной матрицы 8 фотографирующего устройства 7 и могут быть зарегестрированы последним. Здесь DO - диаметр входной апертуры объектива 9, задаваемый диафрагмой 10. Объектив 9 проецирует рассеянное таким образом излучение на поверхность светочувствительной матрицы 8, образуя изображение оптического объекта 3 в темном поле.or in the opposite direction to the solid angle Ω O '= Ω 0 symmetrically with respect to the direction towards the center of the lens 9, reach the open part of the input aperture of the lens 9 and then the photosensitive matrix 8 of the photographing device 7 and can be registered last. Here D O is the diameter of the input aperture of the lens 9, defined by the aperture 10. The lens 9 projects the radiation thus scattered onto the surface of the photosensitive matrix 8, forming an image of an optical object 3 in a dark field.
Фотографирующее устройство 7 регистрирует это изображение, которое затем передается при посредстве устройства сопряжения 12 в цифровой форме с фотографирующего устройства 7 на компьютер 11 устройства обработки изображения. Алгоритм компьютерной программы анализа полученных изображений с целью обнаружения дефектов на поверхностях и в объеме исследуемого оптического объекта 3 включает в себя определение яркости или уровня серости в каждой точке изображения оптического объекта 3, обнаружение неоднородностей, т.е. областей с высоким градиентом яркости, The photographing device 7 registers this image, which is then transmitted via the interface device 12 in digital form from the photographing device 7 to the computer 11 of the image processing device. The algorithm of the computer program for analyzing the obtained images in order to detect defects on the surfaces and in the volume of the investigated optical object 3 includes determining the brightness or gray level at each point of the image of the optical object 3, detecting inhomogeneities, i.e. areas with a high gradient of brightness,
вычисление основных характеристик обнаруженных неоднородностей изображения объекта 3, включающих яркость, контраст, геометрические размеры и определение точных координат этих точек на изображениях и на поверхности самого оптического объекта 3. Полученные цифровые данные используются далее для принятия решения о наличии дефектов, их классификации и измерения, и для принятия окончательного решения об уровне качества исследуемого оптического объекта.calculating the main characteristics of the detected inhomogeneities of the image of the object 3, including brightness, contrast, geometric dimensions and determining the exact coordinates of these points on the images and on the surface of the optical object 3. The obtained digital data are then used to decide on the presence of defects, their classification and measurement, and to make a final decision on the quality level of the investigated optical object.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007121896/22U RU69634U1 (en) | 2007-06-14 | 2007-06-14 | DEVICE FOR DETECTION AND CLASSIFICATION OF DEFECTS OF OPTICAL OBJECTS (OPTIONS) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007121896/22U RU69634U1 (en) | 2007-06-14 | 2007-06-14 | DEVICE FOR DETECTION AND CLASSIFICATION OF DEFECTS OF OPTICAL OBJECTS (OPTIONS) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU69634U1 true RU69634U1 (en) | 2007-12-27 |
Family
ID=39019395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007121896/22U RU69634U1 (en) | 2007-06-14 | 2007-06-14 | DEVICE FOR DETECTION AND CLASSIFICATION OF DEFECTS OF OPTICAL OBJECTS (OPTIONS) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU69634U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USD764119S1 (en) * | 2012-07-05 | 2016-08-16 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Washing machine |
| RU2784641C2 (en) * | 2017-03-06 | 2022-11-29 | Джелсайт, Инк. | Systems for measuring surface topography |
-
2007
- 2007-06-14 RU RU2007121896/22U patent/RU69634U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USD764119S1 (en) * | 2012-07-05 | 2016-08-16 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Washing machine |
| RU2784641C2 (en) * | 2017-03-06 | 2022-11-29 | Джелсайт, Инк. | Systems for measuring surface topography |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104040287B (en) | Equipment and correlation technique for optical measurement | |
| US7382457B2 (en) | Illumination system for material inspection | |
| US6122048A (en) | Integral field lens illumination for video inspection | |
| EP0647828B1 (en) | Cofocal optical systems for thickness measurements of patterned wafers | |
| RU2665329C2 (en) | Method and device for observing and analysing optical singularities in glass vessels | |
| KR101150755B1 (en) | Apparatus for photographing image | |
| US8437002B2 (en) | Imaging optical inspection device with a pinhole camera | |
| JP2001021449A (en) | Method and system for automatically non-contact measuring optical characteristics of optical object | |
| KR20100126233A (en) | Inspection system for glass sheets | |
| JP2013531307A (en) | Method and device for measuring optical properties of optically variable markings applied to objects | |
| US9239237B2 (en) | Optical alignment apparatus and methodology for a video based metrology tool | |
| JP2007171149A (en) | Surface defect inspection device | |
| CN110044931B (en) | Detection apparatus for curved surface glass surface and internal defect | |
| KR20100090281A (en) | An optical device for observing millimetric or submillimetric structural details of an object with specular behaviour | |
| CN107561007A (en) | A kind of measured thin film apparatus and method | |
| US6166813A (en) | Retroreflectometer and method for measuring retroreflectivity of materials | |
| JP2020076717A (en) | Optical inspection device and optical inspection method | |
| US3361025A (en) | Method and apparatus of detecting flaws in transparent bodies | |
| RU69634U1 (en) | DEVICE FOR DETECTION AND CLASSIFICATION OF DEFECTS OF OPTICAL OBJECTS (OPTIONS) | |
| Meyer | Visual inspection of transparent objects physical basics, existing methods and novel ideas | |
| JPH10300631A (en) | Array element inspection method and device therefor | |
| JP2922250B2 (en) | Shape measuring device | |
| KR100479938B1 (en) | Method for analyzing protein microarray by using surface plasmon resonance spectroscopic imaging technology | |
| RU59828U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING OPTICAL PROPERTIES AND CARTOGRAPHING OF OPTICAL OBJECTS (OPTIONS) | |
| JP2000295639A (en) | Lighting device for inspecting solid-state image pickup element and adjustment tool used for the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20090615 |