CN107202799A - 一种透明材质的检测方法及检测设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种透明材质的检测方法及检测设备，解决了透明材质背面信息对检测结果形成干扰从而导致准确率低的技术问题。本发明提供的透明材质的检测方法包括：发射单色光，单色光满足当单色光变成相互干涉的线偏振光垂直透过透明材质后，在透明材质的上表面反射时发生干涉相长，在下表面反射时发生干涉相消的条件；将单色光变成相互干涉的线偏振光；对相互干涉的线偏振光进行反射使其垂直透过透明材质，并对透明材质上表面形成的干涉相长反射光进行透射；采集透射的干涉相长反射光，获取透明材质上表面的图像信息；分析检测获取的图像信息。

Description

一种透明材质的检测方法及检测设备
技术领域
本发明涉及光学检测技术领域，具体涉及一种透明材质的检测方法及检测设备。
背景技术
光学检测方法是利用光学方式(主要是光的反射)获得待检测对象的表面状态，通过影像处理来检出异物或者图像异常等缺陷的一种检测方法。光学检测设备主要包括光源和CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)等结构。使用光学检测设备进行光学检测时，利用光源对待检测对象进行照射，通过CCD扫描待检测对象并获得其图像信息后，分析待检测对象上是否存在缺陷。然而，当待检测对象是透明材质时，对其进行照射时光也会透过透明材质直接定位到待检测对象背面的缺陷等信息。相应地，CCD会接收到由该透明材质背面信息反射的光线，此时检测出的就是背面的无用信息，会对我们的检测结果形成干扰。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例致力于提供一种透明材质的检测方法及检测设备，以解决透明材质背面信息对检测结果形成干扰从而导致准确率低的技术问题。
本发明一方面提供了一种透明材质的检测方法，包括：发射单色光，单色光满足当单色光变成相互干涉的线偏振光垂直透过透明材质后，在透明材质的上表面反射时发生干涉相长，在下表面反射时发生干涉相消的条件；将单色光变成相互干涉的线偏振光；对相互干涉的线偏振光进行反射使其垂直透过透明材质，并对透明材质上表面形成的干涉相长反射光进行透射；采集透射的干涉相长反射光，获取透明材质上表面的图像信息；分析检测获取的图像信息。
在一个实施例中，单色光根据透明材质的厚度选择，单色光的波长与透明材质的厚度需要满足关系式λ＝2d/(N2-N1+1/2)，其中，λ为单色光的波长，d为透明材质的厚度，N1、N2为自然数。
在一个实施例中，将单色光变成相互干涉的线偏振光包括：将单色光变成平行于光轴的一束线偏振光；将平行于光轴的一束线偏振光变成相互干涉的两束线偏振光。
本发明另一方面提供了一种透明材质的检测设备，包括光发射单元、线偏振单元、分光镜、图像采集单元以及图像分析单元，光发射单元、线偏振单元及分光镜设置于同一轴线上，图像采集单元设置于分光镜的正上方，图像分析单元与图像采集单元数据连接；线偏振单元用于将光发射单元发射的单色光变成相互干涉的线偏振光，其中，单色光满足当单色光变成相互干涉的线偏振光垂直透过透明材质后，在透明材质的上表面反射时发生干涉相长，在下表面反射时发生干涉相消的条件。
在一个实施例中，单色光根据透明材质的厚度选择，单色光的波长与透明材质的厚度需要满足关系式λ＝2d/(N2-N1+1/2)，其中，λ为单色光的波长，d为透明材质的厚度，N1、N2为自然数。
在一个实施例中，线偏振单元包括偏振片和分光器，其中偏振片用于将光发射单元发射的单色光变成平行于光轴的一束线偏振光，分光器用于将平行于光轴的一束线偏振光变成相互干涉的两束线偏振光。
在一个实施例中，分光镜为45°直角三棱镜，分光镜的分光面与光发射单元、线偏振单元及分光镜所在的轴线呈45°角。
在一个实施例中，光发射单元包括普通光源和单色光的滤光片，滤光片设置于普通光源的出光口处。
在一个实施例中，光发射单元为激光器，激光器发出单色光。
在一个实施例中，图像采集单元为CCD或CMOS传感器。
本发明实施例提供的透明材质的检测方法通过选择合适的单色光并改变该单色光的特性，即改变通过透明材质上下表面反射光的特性，使单色光在待检测的透明材质上表面反射时干涉相长，而在其下表面反射时干涉相消，从而使得图像采集单元只接收待检测的透明材质上表面反射的有益光信号，而滤掉下表面的反射光信号，从而有效避免了无用信号的干扰，提高了检测的准确性。
附图说明
图1所示为本发明一实施例提供的一种透明材质的检测方法的流程图。
图2(a)所示为本发明一实施例提供的一种透明材质的检测设备在透明材质上表面反射时干涉相长的状态图。
图2(b)所示为本发明一实施例提供的一种透明材质的检测设备在透明材质下表面反射时干涉相消的状态图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下、前、后等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
图1所示为本发明一实施例提供的一种透明材质的检测方法的流程图。如图1所示，该方法包括：
步骤101：发射单色光，该单色光需要满足当其变成相互干涉的线偏振光垂直透过透明材质后，在透明材质的上表面反射时发生干涉相长，在下表面反射时发生干涉相消的条件。
首先，需要根据上述条件选择合适的单色光。在本发明一实施例中，根据透明材质的厚度来选择单色光，使单色光的波长与透明材质的厚度满足关系式λ＝2d/(N2-N1+1/2)，其中，λ为单色光的波长，d为透明材质的厚度，N1、N2为自然数。该单色光选择的具体步骤为：测量透明材质的厚度d，然后根据测量结果计算当单色光的波长λ与透明材质的厚度d满足关系式λ＝2d/(N2-N1+1/2)时单色光波长可取的数值，最后查看计算所得的波长数值属于哪个单色光的波长范围。
下面将具体阐述单色光波长选择所应用的原理及其计算方法。本领域的技术人员理解，相互干涉的光在经过透明材质的上下表面反射时其光程差会有差异。要使干涉光在透明材质的上表面反射时发生干涉相长，其光程差D需要满足条件：D＝N1*λ，则干涉光在透明材质的下表面的光程差为D+2*d。要使干涉光在透明材质的下表面反射时发生干涉相消，其光程差D+2*d需要满足条件：D+2*d＝(2N2+1)*λ/2，其中，d为透明材质的厚度，D为干涉光在透明材质的上表面反射时的光程差，N1、N2为自然数，λ为单色光的波长。由上述两个公式即可得出要使干涉单色光在待检测的透明材质上下表面分别发生干涉相长和干涉相消现象，其波长λ与待检测透明材质的厚度d有关，需要满足关系式λ＝2d/(N2-N1+1/2)。
所以首先需要知道待检测透明材质厚度d的数值并将其代入关系式λ＝2d/(N2-N1+1/2)中，取N2-N1为0,1,2,3…时，分别计算单色光波长λ的数值。然后看计算得出的波长λ值是否落入某一单色光的波长范围内，若落入到某一单色光的波长范围内，则可选择此单色光作为合适波长的单色光。例如，当N2-N1取某个自然数时，根据待检测透明材质的厚度d值和关系式λ＝2d/(N2-N1+1/2)，计算得出单色光波长λ的数值为580nm，此数值落入到黄色光的波长范围(黄色光波长范围为577nm～587nm)内，则可将黄色光作为合适波长的单色光用于透明材质的检测。应当理解，因为N2-N1取不同的数值，相应得出的波长λ值可能会落入到多个不同单色光的波长范围内，所以满足上述条件的单色光可能不只一种。
对于上述透明材质的厚度d，可通过接触式或非接触式测量两种方式进行测量。接触式方式可通过如电涡流传感器或电子光栅尺等传感器进行测量，测量精度较高，但是由于需要与待检测材质表面接触，有造成二次损伤的可能性。非接触式方式不与待检测材质表面产生任何接触，不存在二次损伤问题，可以测量材质表面任何位置的厚度，但是其测量精度与接触式方式相比略低。本领域的技术人员可根据实际需求的不同而选择不同的测量方法，本发明对此不做限定。
根据上述原理计算某一或某些波长的单色光能够在厚度为d的透明材质的上表面反射时发生干涉相长，在下表面反射时发生干涉相消现象，则选取发射光源使其发射该合适波长的单色光。具体地，可选择普通光源作为光发射光源，则在该普通光源的出光口处加一上述所选择的合适波长单色光的滤光片，即可得到频率和相位均相同的单色光。如计算得出波长λ的数值可为580nm，属于黄色光，则可在该普通光源的出光口处加一黄色滤光片即可得到黄色光。利用普通光源作为发射光源可选择范围广，能够自由得到不同单色光，操作简单，成本较低。当然，也可选择激光器作为发射光源，激光器可直接发出所选择的单色光，如通过计算后可知波长λ取635nm时满足条件，因为635nm落入红光的波长范围内，则可选择红光放射源氦氖激光器(波长为632.8nm)作为发射光源，由氦氖激光器发出红光对待检测的透明材质进行照射即可。
步骤102：将单色光变成相互干涉的线偏振光。
该步骤102具体可包括：将单色光变成平行于光轴的一束线偏振光，再将平行于光轴的一束线偏振光变成相互干涉的两束线偏振光，其可通过偏振片和分光器实现。
例如，可在发射光源前顺次放置偏振片和分光器，使三者位于同一轴线上，并将待检测的透明材质与该轴线平行放置。则从发射光源发出的单色光经偏振片后即可变成平行于光轴的一束线偏振光，再经分光器得到两束线偏振光，这两束线偏振光在空间传输时便会发生干涉现象。
步骤103：对相互干涉的线偏振光进行反射使其垂直透过透明材质，并对透明材质上表面形成的干涉相长反射光进行透射。
步骤104：采集透射的干涉相长反射光，获取透明材质上表面的图像信息。
要使线偏振光垂直透过待检测的透明材质后再被采集，可在发射光源、偏振片和分光器所在的轴线上再加一分光镜，同时在分光镜的正上方设置图像采集单元。对于分光镜，其具体可为45°直角三棱镜，使分光镜的分光面与上述轴线呈45°角放置。则相互干涉的两束线偏振光由分光镜的分光面反射后垂直透过待检测的透明材质。如前，由于选用的单色光波长满足干涉相长和干涉相消条件，则该两束线偏振光在待检测的透明材质的上表面反射时就会发生干涉相长，在下表面反射时则会发生干涉相消现象。即待检测的透明材质的下表面不会反射光给图像采集单元，而其上表面反射的干涉相长光经分光镜分光面的透射后即可被图像采集单元采集。
对于图像采集单元，可选择CCD或CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)传感器。即步骤104可通过CCD或CMOS传感器采集透射的干涉相长反射光并检测其强度信号，并将检测的强度信号转化为数字信号，从而获取透明材质上表面的图像信息。
步骤105：分析检测获取的图像信息。
将上述图像采集单元所获取的图像信息与标准材质的图像信息进行比较从而分析检测透明材质的表面是否有异物或图形异常等缺陷。此步骤105如可通过微处理器实现，将其与图像采集单元进行数据连接即可。
本发明实施例提供的透明材质的检测方法通过选择合适波长的单色光并改变该单色光的特性，即改变通过透明材质上下表面反射光的特性，使单色光在待检测的透明材质上表面反射时干涉相长，而在其下表面反射时干涉相消，从而使得图像采集单元只接收待检测的透明材质上表面反射的有益光信号，而滤掉下表面的反射光信号，从而有效避免了无用信号的干扰，提高了检测的准确性。
图2(a)和图2(b)所示为本发明一实施例提供的一种透明材质的检测设备的结构示意图，其中图2(a)示出了相干线偏振光在透明材质上表面反射时干涉相长的状态，图2(b)示出了相干线偏振光在透明材质下表面反射时干涉相消的状态。
如图2(a)和2(b)所示，该透明材质的检测设备包括光发射单元10、线偏振单元20、分光镜30、图像采集单元40以及图像分析单元60。其中光发射单元10、线偏振单元20和分光镜30位于同一轴线上，待检测的透明材质50与该轴线平行且位于该轴线的下方。图像采集单元40设置于分光镜30的正上方，图像分析单元60与图像采集单元40数据连接。
光发射单元10用于向线偏振单元20发射单色光。该单色光需要满足当其变成相互干涉的线偏振光垂直透过待检测的透明材质50后，在该透明材质50的上表面反射时发生干涉相长，在下表面反射时发生干涉相消的条件。
在本发明一实施例中，满足上述条件的单色光可根据透明材质的厚度进行选择。具体地，需要使单色光的波长λ与待检测的透明材质50的厚度d满足关系式λ＝2d/(N2-N1+1/2)，其中，N1、N2为自然数。其应用的原理以及单色光波长选择的具体方法已在上述的实施例中详述，此处不再赘述。
在本发明一实施例中，该光发射单元10具体可包括普通光源和满足上述条件的单色光的滤光片，即在该普通光源的出光口处加一合适波长的单色光的滤光片，就可得到频率和相位均相同的单色光。该光发射单元10也可选择激光器，激光器可直接发出所选择的合适波长的单色光。
线偏振单元20用于将光发射单元10发射的单色光变成相互干涉的线偏振光，即从光发射单元10发出的合适波长的单色光经线偏振单元20后可得到相干光源，该相干光源在空间传输时会出现干涉现象。如图2(a)和图2(b)所示，该线偏振单元20具体可包括偏振片21和分光器22。其中偏振片21可将光发射单元10发射的单色光变成平行于光轴的一束线偏振光，分光器22再将该束线偏振光变成相互干涉的两束线偏振光。
需要说明的是，该偏振片21和分光器22既可作为独立的光学元件放置于光发射单元10的前方，也可通过光纤将二者与光发射单元10进行连接成为一体。
分光镜30用于对上述相互干涉的线偏振光进行反射使其垂直透过待检测的透明材质50，并对该透明材质50上表面形成的干涉相长反射光进行透射。具体地，经分光器22得到的两束线偏振光先经分光镜30的分光面反射后垂直透过待检测的透明材质50。由于选用的单色光波长满足干涉相消和干涉相长条件，一方面，如图2(a)所示，使得该两束线偏振光在待检测的透明材质50的上表面反射时会发生干涉相长现象，这样透明材质上表面的相长反射光经分光镜30的透射后即可被图像采集单元40采集，从而获取待检测透明材质的上表面图像信息，再由图像分析单元60分析检测该图像信息。
另一方面，如图2(b)所示，该两束线偏振光在待检测的透明材质50的下表面反射时则会发生干涉相消现象，即待检测的透明材质50的下表面不会反射光给图像采集单元40，从而可有效滤掉透明材质50下表面反射光的影响，避免无用信号的干扰。
在本发明一实施例中，上述分光镜30可为45°直角三棱镜，该分光镜30的分光面与光发射单元10、线偏振单元20及分光镜30所在的轴线呈45°角。
对于图像采集单元40，其具体可为CCD或CMOS传感器。
对于图像分析单元60，其具体可为处理器，通过将采集到的图像信息与标准材质的图像信息进行比较从而检测透明材质的表面是否有异物或图形异常等缺陷。
本发明实施例提供的透明材质的检测设备通过光发射单元发射合适的单色光，并通过线偏振单元改变该单色光的特性，即改变通过透明材质上下表面反射光的特性，使单色光在待检测的透明材质上表面反射时干涉相长，而在其下表面反射时干涉相消，从而使得图像采集单元只接收待检测的透明材质上表面反射的有益光信号，而滤掉下表面的反射光信号，从而有效避免了无用信号的干扰，提高了检测的准确性。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透明材质的检测方法，其特征在于，包括：
发射单色光，所述单色光满足当所述单色光变成相互干涉的线偏振光垂直透过所述透明材质后，在所述透明材质的上表面反射时发生干涉相长，在下表面反射时发生干涉相消的条件；
将所述单色光变成相互干涉的线偏振光；
对所述相互干涉的线偏振光进行反射使其垂直透过所述透明材质，并对所述透明材质上表面形成的干涉相长反射光进行透射；
采集所述透射的干涉相长反射光，获取所述透明材质上表面的图像信息；
分析检测所述获取的图像信息。
2.根据权利要求1所述的透明材质的检测方法，其特征在于，所述单色光根据所述透明材质的厚度选择，所述单色光的波长与所述透明材质的厚度需要满足关系式λ＝2d/(N2-N1+1/2)，其中，λ为所述单色光的波长，d为所述透明材质的厚度，N1、N2为自然数。
3.根据权利要求1所述的透明材质的检测方法，其特征在于，所述将所述单色光变成相互干涉的线偏振光包括：
将所述单色光变成平行于光轴的一束线偏振光；
将所述平行于光轴的一束线偏振光变成相互干涉的两束线偏振光。
4.一种透明材质的检测设备，其特征在于，包括光发射单元、线偏振单元、分光镜、图像采集单元以及图像分析单元，所述光发射单元、所述线偏振单元及所述分光镜设置于同一轴线上，所述图像采集单元设置于所述分光镜的正上方，所述图像分析单元与所述图像采集单元数据连接；所述线偏振单元用于将所述光发射单元发射的单色光变成相互干涉的线偏振光，其中，所述单色光满足当所述单色光变成相互干涉的线偏振光垂直透过所述透明材质后，在所述透明材质的上表面反射时发生干涉相长，在下表面反射时发生干涉相消的条件。
5.根据权利要求4所述的透明材质的检测设备，其特征在于，所述单色光根据所述透明材质的厚度选择，所述单色光的波长与所述透明材质的厚度需要满足关系式λ＝2d/(N2-N1+1/2)，其中，λ为所述单色光的波长，d为所述透明材质的厚度，N1、N2为自然数。
6.根据权利要求4所述的透明材质的检测设备，其特征在于，所述线偏振单元包括偏振片和分光器，其中所述偏振片用于将所述光发射单元发射的所述单色光变成平行于光轴的一束线偏振光，所述分光器用于将所述平行于光轴的一束线偏振光变成相互干涉的两束线偏振光。
7.根据权利要求4所述的透明材质的检测设备，其特征在于，所述分光镜为45°直角三棱镜，所述分光镜的分光面与所述光发射单元、所述线偏振单元及所述分光镜所在的轴线呈45°角。
8.根据权利要求4至7任意一项所述的透明材质的检测设备，其特征在于，所述光发射单元包括普通光源和所述单色光的滤光片，所述滤光片设置于所述普通光源的出光口处。
9.根据权利要求4至7任意一项所述的透明材质的检测设备，其特征在于，所述光发射单元为激光器，所述激光器发出所述单色光。
10.根据权利要求4至7任意一项所述的透明材质的检测设备，其特征在于，所述图像采集单元为CCD或CMOS传感器。
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