CN110542392A - 一种检测设备及检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种检测设备及检测方法，采用包括不同轴的镜头以及探测器的探测装置来获得待测物的检测图像，镜头的主平面和探测器的探测面相交于一条交线。在检测过程中，可以利用检测设备的光源向待测物投射形成条纹图案的光束，当待测物位于探测装置能够对其清晰成像的区域时，探测装置通过探测待测物反射的光束，即可形成条纹图案清晰的多个检测图像。这些检测图像的条纹相位不同，能够用于确定待测物的形貌。本申请提供的检测设备中探测装置可以在很大的范围内清晰成像，相比于现有技术，应用该检测设备或检测方法进行待测物的形貌检测或缺陷检测时无需缩小光圈就可保证检测图像的质量，从而保证对待测物的检测精度和检测速度。

Description

一种检测设备及检测方法

技术领域

本申请涉及检测技术领域，特别是涉及一种检测设备及检测方法。

背景技术

当前，在进行物品的三维形貌检测时，通常需要应用到光的反射定律，通过采集形成物品对光的反射图像来实现检测。实际应用中，图像采集设备的镜头通常需要倾斜放置，但因为普通的相机镜头景深有限，倾斜放置后能够清晰成像的范围非常小。为解决此问题，不得不缩小光圈来延长景深。

但是，光圈的缩小又会带来其他问题，例如图像的对比度下降、曝光时间增加。这样增加了物品检测的不确定度，延长测量时间，从而影响检测的精度和速度。如何以较高精度和速度实现物品的检测，已成为本领域急需解决的技术问题。

发明内容

基于上述问题，本申请提供了一种检测设备及检测方法，以探测装置对待测物成像，解决普通相机镜头景深不足的问题，无需缩小光圈，保证检测的精度和速度。

本申请实施例公开了如下技术方案：

第一方面，本申请提供一种检测设备，包括：光源和探测装置；所述探测装置包括：镜头和探测器；所述镜头的主平面与所述探测器的探测面相交于一条交线；

所述光源，用于向待测物投射形成条纹图案的光束，所述待测物包括基面，所述基面包括所述待测物的待测表面的至少一个点；

所述探测装置，用于探测所述待测物反射的光束，形成所述条纹图案的多个检测图像，所述多个检测图像的条纹相位不同。

由于该检测设备的探测装置其镜头与探测器不共轴，因此景深范围较大，对于具有三维形貌的待测物能够在较大范围内实现清晰成像，无需进行复杂的调节，因此成像质量、速度和精度都得到保证。

可选地，上述检测设备还包括：驱动装置，用于使所述基面、所述镜头的主平面与所述探测器的探测面相交于所述交线。

本申请中，驱动装置能够便于自动化地调整待测物的基面的位置，从而更加便捷地将待测物的待测表面置于探测装置可清晰成像的区域内，避免复杂的人工操作。

可选地，上述检测设备的光源具体用于向所述待测物投射若干条纹图案，所述若干条纹图案包括相间排列的明条纹和暗条纹，其中，不同条纹图案的明条纹在所述待测物的待测表面的位置不同。

可选地，上述检测设备的光源为显示器或结构光光源；

所述结构光光源包括：投影光源和条纹图案元件，其中，所述投影光源用于将所述条纹图案元件的条纹图案投影至所述待测物的待测表面，所述条纹图案元件被配置为至少沿垂直所述光束的平面平移。

条纹图案元件可平移，因此采集到的多个检测图像中条纹的相位不同，这些检测图像能够用于解析获得待测物的三维形貌信息。本实施例对条纹图案元件在垂直光束的平面内具体的平移方向不进行限定。

可选地，待测物的基面为包含所述待测物的待测表面的点最多的平面；

或者，

所述待测物的待测表面包括：分别位于所述基面两侧的第一待测区和第二待测区，所述第一待测区的各点到所述基面的最大距离等于所述第二待测区的各点到所述基面的最大距离。

基面具有多种可能的实现方式，这些实现方式使本申请实施例提供的检测设备对各种形貌的待测物的检测称为可能。例如，对于平面面积大而弧面相对窄短的待测物，可以将其包含待测表面的点最多的平面作为基面；对于弧面面积较大，平面面积较小的待测物，可以将基面定于待测物的中间位置，使基面能够分别与两个待测区的距离相同。从而在实际检测时探测装置能够较大程度探测到基面附近的待测表面反射的光束。

另外，需要说明的是，对于每一个待测物，对其基面的设置均是可调的，只要基面包含待测物的待测表面的至少一个点即可。

可选地，所述待测物包括待测平面和连接所述待测平面的弧面，所述基面包括所述待测平面。

可选地，上述检测设备还包括：平移台，用于带动所述待测物在平移面内平移，所述平移面平行于所述交线。

可选地，上述检测设备的驱动装置被配置为使所述基面平行于所述平移面。

可选地，上述检测设备还包括：第三旋转台，用于带动所述待测物绕垂直于所述平移面的轴旋转。

可选地，上述检测设备还包括：第一旋转台和/或第二旋转台；所述第一旋转台，用于带动待测物绕第一轴旋转；所述第二旋转台，用于带动待测物绕第二轴旋转，所述第二轴与第一轴不平行。

上述各旋转台和平移台能够便于有目的地调整待测物的基面的位置。驱动装置分别与旋转台和平移台建立电连接，实现对旋转台和平移台的电控。提升对旋转台和平移台的驱动效率，节省人力操作。

可选地，上述检测设备还包括：标定板或平面镜；所述探测装置的位置和/或俯仰角可调节；

所述标定板包括特征图案；当所述探测装置对所述特征图案清晰成像时，所述探测装置的位置和俯仰角用于作为探测所述待测物反射的光束时的位置和俯仰角，所述特征图案所在平面用于作为探测所述待测物反射的光束时所述基面所在平面；

所述平面镜的反射面朝向所述光源，所述光源还用于向所述平面镜投射形成特征图案的光束；当所述探测装置探测所述平面镜反射的光束形成包含所述特征图案的清晰图像时，所述探测装置的位置和俯仰角用于作为探测所述待测物反射的光束时的位置和俯仰角；所述平面镜对所述光源所成的镜像所在的平面作为所述基面所在平面。

可选地，所述特征图案为特征点阵。

通过标定板或平面镜来标定探测装置能够清晰成像时的位置和俯仰角，以及确定清晰成像时待测物的基面所在的平面，可以提升实际检测时的检测效率，避免对探测装置位置和俯仰角的反复调节。

可选地，镜头的光轴与所述基面的夹角在30°至90°之间。

第二方面，本申请提供一种检测方法，包括：

利用前述第一方面提供的检测设备对待测物进行检测，获得多个检测图像，所述多个检测图像的条纹相位不同；所述检测设备包括：光源和探测装置；所述探测装置包括：镜头和探测器；所述镜头的主平面与所述探测器的探测面相交于一条交线；所述待测物包括基面，所述基面包括所述待测物的待测表面的至少一个点。

可选地，所述对待测物进行检测，具体包括：

调节所述待测物的位置，以使所述待测物的待测区的基面、所述镜头的主平面以及所述探测器的探测面相交于所述交线；所述基面包括所述待测物的至少一个点。

可选地，在所述对待测物进行检测之前，还包括：

利用标定板或平面镜对所述探测装置的位置和俯仰角进行标定。

可选地，所述待测物包括凸面，当对所述凸面进行检测时，所述调节所述待测物的位置之后，所述检测方法还包括：使所述待测物绕垂直于所述基面的轴旋转，使所述凸面调节至靠近所述交线的位置；

本申请中，通过将凸面调节至靠近交线的位置，提升对凸面的探测角度，从而得到质量更高的凸面检测图像。

可选地，所述待测物包括凹面，当对所述凹面进行检测时，所述调节所述待测物的位置之后，所述检测方法还包括：使所述待测物绕垂直于所述基面的轴旋转，使所述凹面调节至远离所述交线的位置。

本申请中，通过将凹面调节至远离交线的位置，提升对凹面的探测角度，从而得到质量更高的凹面检测图像。

可选地，在调节所述待测物的位置之前，所述检测方法还包括：

确定所述探测装置对所述待测物的待测区探测角度最大的位置；调节所述待测区至所述位置，以对所述待测区进行检测。

当待测物包含多个待测区时，对于每个待测区进行检测均将待测区调整至探测角度最大的位置，从而对每个待测区的检测图像的成像视野都是相对完整的，降低后续解析检测图像得到待测物的形貌信息的难度。

相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请提供的检测设备及检测方法，采用探测装置来获得待测物的检测图像。探测装置包括不同轴的镜头以及探测器，镜头的主平面和探测器的探测面相交于一条交线。在检测过程中，可以利用该检测设备的光源向待测物投射形成条纹图案的光束，当待测物位于探测装置能够对其清晰成像的区域时，探测装置通过探测待测物反射的光束，即可形成条纹图案清晰的多个检测图像。这些检测图像的条纹相位不同，能够用于确定待测物的形貌。由于上述探测装置可以在很大的范围内清晰成像，因此相比于现有技术，应用该检测设备进行待测物的形貌检测或缺陷检测时无需缩小光圈就可保证检测图像的质量，从而保证对待测物的检测精度和检测速度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种检测设备的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的图1所示意的检测设备的检测场景示意图；

图3为本申请实施例提供的一种沙姆定律中平面位置关系示意图；

图3A为本申请实施例提供的一种待测物的待测区划分示意图；

图4为本申请实施例提供的一种载物台、转台和平移台的相对位置关系示意图；

图5为本申请实施例提供的另一种载物台、转台和平移台的相对位置关系示意图；

图6a为本申请实施例提供的沿z轴负方向视角观看到的待测物凸面视图；

图6b为本申请实施例提供的沿x轴正方向或负方向视角观看到的待测物凸面视图；

图6c为本申请实施例提供的沿y轴正方向视角观看到的待测物凸面视图；

图7a为本申请实施例提供的基面为待测物主平面所在平面时满足沙姆定律的示意图；

图7b为本申请实施例提供的基面为待测物一个第一弧面的切平面时满足沙姆定律的示意图；

图7c为本申请实施例提供的基面为待测物另一个第一弧面的切平面时满足沙姆定律的示意图；

图8a为本申请实施例提供的沿z轴负方向视角观看到的待测物凹面视图；

图8b为本申请实施例提供的沿x轴正方向或负方向视角观看到的待测物凹面视图；

图8c为本申请实施例提供的沿y轴正方向视角观看到的待测物凹面视图；

图9为本申请实施例提供的一种检测待测物凸面的示意图；

图10为本申请实施例提供的一种检测待测物凹面的示意图；

图11a为本申请实施例提供的一种标定场景示意图；

图11b为本申请实施例提供的另一种标定场景示意图；

图12为本申请实施例提供的一种检测设备应用场景示意图；

图13为本申请实施例提供的一种待测物与LCD的相对位置示意图；

图14为本申请实施例提供的一种检测方法的流程图。

具体实施方式

正如前文描述，目前在需要对物品进行形貌检测时，多是采用普通的相机。对于绝大多数相机，镜头与探测器是共轴的。这样的相机景深较小，通过采集反射光来获得检测图像必须要将相机相对于物体倾斜放置，此时清晰成像的范围很小，也就是说在该检测场景下，普通相机过小的景深导致难以对待测的物品实现清晰成像。实际应用中，当检测图像不清晰时，即难以根据检测图像获得高精度的形貌测量结果。

为解决普通相机在上述检测场景下景深过小的问题，可以调节光圈大小，通过缩小光圈来延长景深。但是相对地，缩小光圈会影响图像的对比度和曝光时间。如此一来，检测时间加长，检测精度依然因为图像质量问题而受到限制。

针对以上问题，发明人经过研究，提供一种检测设备及检测方法。以相移条纹反射术(Phase-shifted deflectometry,PSD)为检测原理，利用探测装置来采集探测待测物的反射光，从而生成检测图像。该探测装置的镜头与探测器不共轴，作为示例，该探测装置可以是移轴探测装置。该探测装置的景深较大，能够清晰成像的探测区域范围较大，因此十分适用于基于相移条纹反射术原理实现的形貌检测和缺陷检测。也就是说，即便探测装置相对于待测物的待测面存在非90°夹角，只要待测物位于其探测区域，依然可以对待测物清晰成像。这些检测图像可用于解析获得待测物的形貌信息，因为图像质量有所保障，因此检测结果的精度也得到保证。另外，由于不需缩小光圈来延长景深，所以不会增加探测装置的曝光时间，相比于现有技术可以更快地实现待测物的形貌检测和缺陷检测。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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。

设备实施例

参见图1和图2，图1为本申请实施例提供的一种检测设备的结构示意图，图2为图1所示意的检测设备的检测场景示意图。

本申请实施例提供的检测设备，包括：光源100和探测装置200。

本实施例中，光源100具体用于向所述待测物300投射若干条纹图案，所述若干条纹图案包括相间排列的明条纹和暗条纹，其中，不同条纹图案的明条纹在所述待测物300的待测表面的位置不同。

其中，光源100可以是面光源，实际应用中光源100具体可以是显示器，例如平板电脑、手机等便携式移动终端的显示器。

另外，光源100还可以是结构光光源，结构光光源具体包括：投影光源和条纹图案元件，其中，所述投影光源用于将条纹图案元件的条纹图案投影至待测物的待测表面，条纹图案元件被配置为至少沿垂直所述光束的平面平移。例如，投影光源发射的光束是激光，光束方向为竖直方向，垂直于光束的平面为水平面，当进行检测时，可以配置条纹图案元件在水平面内移动。如此以便于探测装置200拍摄得到条纹相位不同的多个检测图像。

探测装置200包括：镜头201和探测器202。对于该探测装置200，其镜头201的主平面与所述探测器202的探测面相交于一条交线，也就是说，镜头201的主平面与探测器202的探测面相互不平行，即镜头201与探测器202不共轴。此处对于镜头201与探测器202的相对距离及相对偏角不进行限定。

在实际应用中，本实施例提供的检测设备中探测装置200的镜头201和探测器202的相对距离及相对偏角既可以是固定的，也可以是可调节的。本实施例对探测装置200的具体型号、探测装置200中镜头201和探测器202的具体参数均不加以限定。

探测器202可以是面阵探测器202或线阵探测器202。

以光源100是液晶显示屏为例，在利用该检测设备对待测物300进行实际检测之前，可以预先在平板电脑上存储多个条纹相位不同的图片，或者条纹相位随时间发生变化的视频。

在应用检测设备对待测物300实际检测时，控制平板电脑陆续显示条纹相位不同的图片或者播放条纹相位发生变化的视频。这些条纹具体可以是相互间隔的明条纹和暗条纹。从而，作为光源100的液晶显示屏能够向所述待测物300投射形成条纹图案的光束。

可以理解的是，当光束投射到待测物300上之后，待测物300能够将光束反射出去，具体地反射方向与待测物300待测表面的光滑程度以及待测物300待测表面的形状相关。此处对反射方向不进行限定。实际应用中，探测装置200的镜头201的主平面并非平行于待测物300的待测面，也就是说，镜头201的光轴与待测物300的待测面并非相互垂直，而是成非90°的夹角。

前面已经提到过，对于该探测装置200，其镜头201的主平面与探测器202的探测面相交于一条交线。为实现清晰成像，可以将待测物300部署于满足沙姆定律的平面，该平面即为经过上述交线的平面上。参见图3，该图为本申请实施例提供的一种沙姆定律中平面位置关系示意图。根据图3，在本实施例应用场景中S1表示镜头201的主平面，S2表示探测器202的探测面，而S3表示探测装置200能够清晰成像的平面。显然，S1、S2和S3能够交汇与同一条交线，由于图3所展示的视角原因，在图3中以点L来表示该条交线。鉴于沙姆定律属于本领域技术人员比较熟知的定律，故在此不对沙姆定律进行详细介绍。

本实施例中，探测装置200用于探测待测物300反射的光束，形成多个检测图像。这些检测图像的条纹相位不同。

以上即为本申请实施例提供的检测设备，该设备采用探测装置来获得待测物的检测图像。探测装置包括不同轴的镜头以及探测器。在检测过程中，可以利用该检测设备的光源向待测物投射形成条纹图案的光束，当待测物位于探测装置能够清晰成像的探测区域时，通过探测待测物反射的光束，探测装置即可形成多个检测图像，并且这些检测图像的条纹相位不同。实际应用中，这些检测图像可用于解析处理得到待测物的形貌信息。由于该检测设备中探测装置可以在很大的范围内清晰成像，因此相比于现有技术，应用该检测设备进行待测物形貌检测无需缩小光圈就可保证检测图像的质量，从而保证对待测物的检测精度和检测速度。

需要说明的是，本实施例中提供的检测设备不局限于应用场景，例如，其可以应用于待测物的三维形貌检测，还可以用于缺陷检测。

在具体的检测应用中，对于待测物的类型以及形貌不进行限定。作为示例，待测物可以是各种屏幕(如液晶显示屏LCD、OLED屏等)，也可以是透镜、吸球、晶元、手机壳等。待测物的形貌可以包括平面，包括弧面，或者既包括平面又包括弧面。对于既包括平面又包括弧面的待测物，其弧面与平面相接。

为尽可能使待测物的待测面(平面和/或弧面)位于探测装置的清晰探测区域，本申请实施例提供的检测设备还可以进一步包括驱动装置。作为示例，该驱动装置可以是电机。驱动装置可以在控制器等控制装置的控制下待测物或者承载待测物的组件(例如平移台或旋转台)移动，从而使待测物的基面、镜头的主平面与探测器的探测面相交于上述交线。

待测物的基面包括待测物的待测表面的至少一个点。下面示例性地提供了基面的多种实现方式。

(1)基面为包含所述待测物的待测表面的点最多的平面。

作为示例，如果待测物是手机壳，手机壳的主平面上包含该手机壳的待测表面的点最多，因此可以将手机壳的主平面作为手机壳的基面。

(2)待测物的待测表面包括：分别位于所述基面两侧的第一待测区和第二待测区，所述第一待测区的各点到所述基面的最大距离等于所述第二待测区的各点到所述基面的最大距离。

作为示例，可参见图3A，该图为待测物的待测区划分示意图。图3A中，基面将待测物的待测表面划分为两个区域，分别是第一待测区和第二待测区。其中，第一待测区与基面的最大距离为d，第二待测区与基面的最大距离也为d。

(3)基面为待测表面的弧面的切平面。

为实现精确的形貌检测，当待测物包括待测平面和弧面时检测设备需要对其各个待测平面和各个弧面也进行拍摄。在本实施例提供的检测设备中还进一步包括：旋转台402、平移台403和载物台401。其中，所述载物台401用于承载待测物，载物台401位于所述旋转台402以及所述平移台403之上。需要说明的是，载物台401不是承载待测物的必须组件，例如，待测物也可以直接放置在平移台403或者旋转台402上。

参见图4和图5，分别提供了载物台401、旋转台402和平移台403的两种相对位置关系示意图。在图4中，载物台401在最上方，下面依次是旋转台402和平移台403；在图5中，载物台401在最上方，下面依次是平移台403和旋转台402。当旋转台402转动时，带动待测物发生相应的转动；当平移台403移动时，带动待测物发生相应的移动。

本实施例中，载物台401具体可以为吸板。

如图4和图5所示，x轴、y轴以及z轴三者中两两之间相互垂直。

平移台403是能够沿x轴正向和负向移动且能够沿y轴正向和负向移动的平移台403(简称xy平移台)。平移台403用于带动待测物在平移面(xy平面)内平移。该平移面平行于上述交线。

需要说明的是，本实施例中，旋转台402可以包括以下至少一种：

(1)第三旋转台，该旋转台用于带动所述待测物绕垂直于所述平移面的轴旋转。

在上述示例中，平移面为xy平面，垂直xy平面的轴为z轴或者平行于z轴的直线，因此可以将第三旋转台看作是以z轴平行的直线为旋转中心的转台(简称：z旋转台)。

(2)第一旋转台，该旋转台用于带动待测物绕第一轴旋转。

(3)第二旋转台，该旋转台用于带动待测物绕第二轴旋转。

其中，第一轴和第二轴不平行。作为示例，第一轴可以是x轴或者与x轴平行的直线；第二轴可以是y轴或者与y轴平行的直线。因此，可以将第一旋转台称为x旋转台；将第二旋转台称为y旋转台。

实际应用中，旋转台402可以由人工手动操控转动，也可以由电控转动(即由驱动装置驱动以实现转动)；平移台403可以由人工手动操控移动，也可以由电控移动(即由驱动装置驱动以实现移动)。

也就是说利用驱动装置可以实现对旋转台402的转角和转动方向的控制，并且可以实现对平移台403的移动方向和移动距离的控制。例如，驱动装置可以被配置为使待测物的基面平行于平移面。具体地，驱动装置可以通过驱动平移台403和/或旋转台402，使得待测物的基面平行于平移面。

需要对待测物的平面形貌进行检测时，可以将待测物放置到载物台401上，通过人工手动操作或利用驱动装置可将待测物转动或移动到探测装置的探测区域。在实际应用中，因为探测角度的原因，探测装置可能无法在一次拍摄中根据待测物的各个面反射的光束形成检测图像，而是仅能够对处于探测区域且反射光束在探测装置的探测角度内的面(平面和/或弧面)进行成像。为便于理解，下面以待测物为手机壳为例进行描述。

当待测物为手机壳时，如图6a-6c分别是待测物的三个视角的示意图。待测物包括：待测物的主平面(即待测平面)，两个第一弧面，两个第二弧面，以及第一弧面和第二弧面形成的四个弧角面。其中，所述第一弧面与所述待测物的长边平行，所述第二弧面与所述待测物的短边平行。各个弧面分别与主平面相互连接。

应用检测设备对待测物的形貌进行检测，每一次成像探测装置具体用于探测以下至少一种反射的光束：

待测物的主平面，第一弧面，第二弧面，或者第一弧面和第二弧面之间形成的弧角面。

实际应用中，待测物的主平面，两个第一弧面，两个第二弧面，以及第一弧面和第二弧面形成的四个弧角面可能有一个或多个无法检测到。此时，可以通过控制旋转台和/或平移台移动，从而待测物的基面、镜头的主平面以及探测器的探测面相交于所述一条交线，满足沙姆定律，实现清晰成像。

当需要检测的面为上述主平面时，基面包括该主平面。以手机壳为例，即探测装置用于探测所述待测物的主平面反射的光束。此种情况下，基面具体为所述待测物的主平面所在的平面。

当需要检测的面为任一弧面，基面为需要检测的弧面的切平面。以手机壳为例，即探测装置用于探测所述第一弧面反射的光束或者第二弧面反射的光束。当所述探测装置用于探测所述第一弧面反射的光束时，所述基面具体为所述待测物的第一弧面的切平面；当所述探测装置用于探测所述第二弧面反射的光束时，所述基面具体为所述待测物的第二弧面的切平面。

为便于理解，下面以图7a-7c示意基面的位置。图7a是基面为待测物主平面所在平面时满足沙姆定律的示意图；图7b是基面为待测物一个第一弧面的切平面时满足沙姆定律的示意图；图7c是基面为待测物另一个第一弧面的切平面时满足沙姆定律的示意图。在图7b和图7c示意的场景中，待测物的长边与y轴相互平行，因此图7a-7c相对的旋转过程中应用的旋转台是第二旋转台。

如果检测设备中不包括x旋转台或y旋转台，转台仅有z旋转台，通过驱动装置驱动旋转z旋转台和驱动移动平移台也可以实现探测装置对待测物各个平面、弧面及弧角面的测量。仍以待测物是手机壳为例，在图6a-6c中示意的是三个视角的待测物凸面示意图，三个视角的待测物凹面示意图参见图8a-8c。

在图6a和图8a中以点K表示俯视视角下的探测装置，图6a和图8a中各个角度为探测装置与待测物的主平面成某一角度时，探测装置分别对各个弧面(两个第一弧面和两个第二弧面)以及各个弧角面(第一弧面与第二弧面之间的弧角面)的探测角度。

为便于描述清晰，将待测物凸面朝向探测装置时的第一弧面、第二弧面以及弧角面分别称为凸面第一弧面、凸面第二弧面以及凸面弧角面；将待测物凹面朝向探测装置时的第一弧面、第二弧面以及弧角面分别称为凹面第一弧面、凹面第二弧面以及凹面弧角面。

从图6a不难看出，靠近探测装置(参见图7a-7c，也相当于靠近交线)的凸面第一弧面对应的探测角度(50°)远大于远离探测装置(也相当于远离交线)的凸面第一弧面对应的探测角度(2°)；靠近探测装置的凸面弧角面对应的探测角度(20°)远大于远离探测装置的凸面弧角面对应的探测角度(1°)。

从图8a不难看出，靠近探测装置(也相当于靠近交线)的凹面第一弧面对应的探测角度(5°)远小于远离探测装置(也相当于远离交线)的凹面第一弧面对应的探测角度(56°)；靠近探测装置的凹面弧角面对应的探测角度(5°)远小于远离探测装置的凹面弧角面对应的探测角度(50°)。

通过图6c可以发现，靠近探测装置的凸面第一弧面其法向量与切点的光束反射方向的夹角小于远离探测装置的凸面第一弧面其法向量与切点的光束反射方向的夹角。通过图8c可以发现，靠近探测装置的凹面第一弧面其法向量与切点的光束反射方向的夹角大于远离探测装置的凹面第一弧面其法向量与切点的光束反射方向的夹角。结合图6a、图6c、图8a和图8c可知，弧面的法向量与切点光束反射方向的夹角越大，探测装置对该弧面的探测角度越小，而弧面的法向量与切点光束反射方向的夹角越小，探测装置对该弧面的探测角度越大。可见，探测角度与各个弧面的法向量与切点光束反射方向的夹角成负相关。

结合图6a，由于探测装置对远离探测装置的凸面第一弧面的探测角度较小，因此，需要通过z旋转台(即第三旋转台)旋转待测物以完成对该弧面的检测。具体地，驱动装置驱动z旋转台以使所述待测物绕在z轴旋转，将远离交线(参见图7a-7c，也相当于远离探测装置)的弧面调节至靠近交线(也相当于靠近探测装置)的位置，以增大对该弧面的探测角度。对于凸面第二弧面的检测同理。

参见图9，该图为本申请实施例提供的一种检测待测物凸面的示意图。在图9中四个弧角面分别简称为角1、角2、角3和角4。

首先，可以采集整个主平面以及短边1对应的凸面第二弧面反射的光束进行成像；其后，通过z旋转台将待测物旋转180°，采集短边2对应的凸面第二弧面反射的光束进行成像；接着将待测物旋转90°并平移，以采集长边1对应的凸面第一弧面及角2和角3反射的光束成像；最后将待测物旋转180°并平移，以采集长边2对应的凸面第一弧面及角1和角4反射的光束成像。

结合图8a，由于探测装置对靠近探测装置的凹面第一弧面的探测角度较小，因此，可以通过z旋转台旋转待测物以完成对该弧面的检测。具体地，驱动装置驱动z旋转台以使所述待测物绕在z轴旋转，将靠近交线(也相当于靠近探测装置)的弧面调节至远离交线(也相当于远离探测装置)的位置，以增大对该弧面的探测角度。对于凹面第二弧面的检测同理。

参见图10，该图为本申请实施例提供的一种检测待测物凹面的示意图。在图9中四个弧角面分别简称为角1、角2、角3和角4。

首先，可以采集整个主平面、短边2对应的凹面第二弧面及角3和角4反射的光束进行成像；其后，通过z旋转台将待测物旋转180°，采集短边1对应的凹面第二弧面及角1和角2反射的光束进行成像；接着将待测物旋转90°并平移，以采集长边2对应的凹面第一弧面反射的光束成像；最后将待测物旋转180°并平移，以采集长边1对应的凹面第一弧面反射的光束成像。

需要说明的是，在图9和图10中，点K表示俯视视角下的探测装置，虚线框表示探测区域。在图9和图10中均是以第二弧面优先于第一弧面测量为示例，可以理解的是在实际应用中还可以是第一弧面优先于第二弧面测量，或者相邻的各个弧面依次测量。因此，图9与图10仅分别为检测待测物凸面和凹面的示例性检测流程，对于实际应用中具体地检测流程不进行限定。

在本实施例提供的检测设备实际对待测物实现检测之前，可以对检测设备中的探测装置进行标定。下面提供对探测装置进行标定的两种可能的实现方式。

第一种标定方式：利用标定板。

标定板的位置可参见图11a。在检测设备中进一步包括标定板，该标定板上具有特征图案。作为示例，特征图案具体可以是特征点阵，例如圆点阵。本实施例对于特征图案中特征点的数量和排布方式不进行限定。

当进行标定时，探测装置用于在标定过程拍摄标定板成像。标定过程中探测装置的位置和/或俯仰角均可以调节。直到探测装置对所述特征图案清晰成像时，可以确定标定板的特征图案所在的平面与探测装置当前的镜头的主平面以及探测器的探测面共同相交于一条交线。此时标定板的特征图案所在的平面满足沙姆定律。探测装置当前的位置和俯仰角被标定，用于作为探测所述待测物反射的光束时的位置和俯仰角。实际检测时，标定板的特征图案所在平面用于作为探测所述待测物反射的光束时待测物的基面所在平面。

第二种标定方式：利用平面镜。

在检测设备中进一步包括平面镜。标定过程中平面镜的位置可参见图11b，该图为本申请实施例提供的一种对探测装置进行标定的示意图。平面镜其反射面朝向光源以及探测装置。

标定过程中光源还用于向平面镜投射形成特征图案的光束，可以理解的是，平面镜能够对光源成一镜像(虚像)。探测装置根据平面镜反射的光束成像，在标定过程中探测装置的位置和/或俯仰角均可以调节。直到探测装置探测所述平面镜反射的光束形成包含所述特征图案的清晰图像时，可以确定光源的镜像所在的平面与探测装置当前的镜头的主平面以及探测器的探测面共同相交于一条交线。此时光源的镜像所在的平面满足沙姆定律。探测装置当前的位置和俯仰角被标定，用于作为探测所述待测物反射的光束时的位置和俯仰角。实际检测时，可以将平面镜对所述光源所成的镜像所在的平面作为待测物的基面所在平面。

可以理解的是，由于光源和平面镜的位置是已知的，根据光源和平面镜的位置以及平面镜对光的反射原理可以十分便捷地确定镜像所在的平面。

为便于理解本实施例提供的检测设备的应用场景，本申请还进一步提供一种检测设备应用场景示意图，参见图12。如图12所示，待测物的主平面与z轴垂直，图中参考面即为待测物主平面所在的平面(同时也是图12所示意的待测物的基面)。探测装置的镜头的光轴与待测物的基面成30°夹角。实际应用中不局限于该角度，镜头的光轴与所述待测物的基面的夹角在30°至90°之间。

在图12的示例中，探测装置的镜头与待测物的在x方向和z方向分别存在一定的距离。

可选地，检测设备还包括能够沿z轴正向和负向升降的升降轴。作为示例，光源包括液晶显示屏LCD，该LCD的长度沿着x方向，宽度沿y方向。升降轴能够使光源在预设范围之内升降移动。在实际应用中，当需要对待测物的绝对高度(厚度)进行测量时，可以通过调节升降轴来调节光源与待测物之间的距离，通过拍摄光源处于不同高度时待测物反射的光束进行成像并解析处理图像，能够获得待测物的绝对高度(厚度)信息。

在图12的实例中，待测物与LCD的相对位置参见图13。该图为待测物与LCD的相对位置示意图。通过图13可以看到待测物沿短边方向的中线与LCD的右边缘存在一定的距离。

基于前述实施例提供的检测设备，相应地，本申请还提供一种检测方法。下面结合实施例和附图对该方法的具体实现进行描述和说明。

方法实施例

参见图14，该图为本申请实施例提供的检测方法流程图。

如图14所示，该检测方法包括：

S141：利用检测设备对待测物进行检测，获得多个检测图像。

此处的检测设备可以是前述设备实施例中描述的检测设备。该检测设备至少包括：光源和探测装置。设备的结构示意图和应用场景示意图可参照图1和图2。该设备中探测装置包括：镜头和探测器；其中，镜头的主平面与探测器的探测面相交于一条交线。

利用检测设备进行检测时，由光源向待测物多次投射形成条纹图案的光束。探测装置探测获得的多个检测图像中，每个检测图像分别对应光源的不同条纹相位。实际应用中，至少要形成三个检测图像。

S141在具体实现时，可以是：调节所述待测物的位置，以使所述待测物的基面、所述镜头的主平面以及所述探测器的探测面相交于所述交线。其中，基面包括所述待测物的待测表面的至少一个点。通过调节待测物的位置，使得待测物的待测表面能够尽可能地位于探测装置能够清晰成像的探测区域内。

另外，如果所述待测物包括多个待测区，则在调节所述待测物的位置之前，还可以确定所述探测装置对所述待测物的待测区探测角度最大的位置。调节所述待测区至所述位置，以对所述待测区进行检测，获得多个待测区的检测图像。重复确定探测角最大至获取检测图像的步骤直至获取待测物的所有待测区的检测图像。

可以理解的是，通过将待测区调节至探测装置对其探测角度最大的位置，检测图像的完整性和可靠性得到保证，便于后续的解析和处理。

S142：判断需要检测的是否为待测物的凸面，如果是，则执行S143；如果否，则执行S144。

S143：当需要检测的是待测物的凸面时，使所述待测物绕垂直于所述基面的轴旋转，使所述凸面调节至靠近所述交线的位置。

执行S143的原因是，探测装置对靠近交线的位置的凸面探测角度更大，而对远离交线的位置的凸面探测角度更小。

S144：当需要检测的是待测物的凹面时，使所述待测物绕垂直于所述基面的轴旋转，使所述凹面调节至远离所述交线的位置。

执行S144的原因是，探测装置对远离交线的位置的凹面探测角度更大，而对靠近交线的位置的凹面探测角度更小。

可以理解的是，通过执行S143或S144，探测装置能够分别对位置调整后的凸面或凹面进行探测，从而获得相应的多个检测图像。

需要说明的是，本申请实施例获得的多个检测图像的条纹相位不同。这些条纹相位不同的检测图像可以用来解析和处理，得到待测物的形貌信息。

作为一种可能的实现方式，解析具体包括相位解包络和相位展开，最后进行斜率积分获得待测物三维形貌。相位解包络典型算法有傅里叶变换法和多步相移法，相位展开算法分为空间展开算法和时间展开算法，典型算法有最佳三条纹法，斜率积分典型算法有十字路径积分法，傅里叶积分法，区域波前重构法，径向基函数法等。对于本领域技术人员，通过解析条纹相位不同的检测图像来解析获得待测物的形貌信息属于比较成熟的技术，故此处不对采用的具体解析和处理方法进行限定。

以上即为本申请提供的检测方法，采用检测设备中的探测装置来获得待测物的检测图像。探测装置包括不同轴的镜头以及探测器。在检测过程中，可以利用该检测设备的光源向待测物投射形成条纹图案的光束，当待测物位于探测装置能够清晰成像的探测区域时，通过探测待测物反射的光束，探测装置即可形成条纹相位不同的多个检测图像。实际应用中，通过对这些检测图像进行解析处理即可得到待测物的形貌信息。

由于探测装置可以在很大的范围内清晰成像，因此相比于现有技术，应用该检测设备进行待测物形貌检测无需缩小光圈就可保证检测图像的质量，从而保证对待测物的检测精度和检测速度。

在实际应用中，在S141执行之前还可以包括：利用标定板或平面镜对所述探测装置的位置和俯仰角进行标定。

在标定探测装置的位置和俯仰角之后，还可以确定探测待测物反射的光束时待测物的基面所在的平面。

例如，利用标定板进行标定，当所述探测装置对标定板上的特征图案清晰成像时，所述探测装置的位置和俯仰角用于作为探测所述待测物反射的光束时的位置和俯仰角，所述特征图案所在平面用于作为探测所述待测物反射的光束时所述基面所在平面；

当所述探测装置探测所述平面镜反射的光束形成包含所述特征图案的清晰图像时，所述探测装置的位置和俯仰角用于作为探测所述待测物反射的光束时的位置和俯仰角；所述平面镜对所述光源所成的镜像所在的平面作为所述基面所在平面。

可以理解的是，确定待测物的基面所在的平面后，对于待测物的位置摆放也具有相应的指导作用。

实际检测过程中，以探测装置标定好的位置和俯仰角进行探测，并将待测物的基面置于上述确定出的平面上后，能够提升了对待测物的形貌检测的效率。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备及***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的设备及***实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元提示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本申请的一种具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种检测设备，其特征在于，包括：光源和探测装置；所述探测装置包括：镜头和探测器；所述镜头的主平面与所述探测器的探测面相交于一条交线；

所述光源，用于向待测物投射形成条纹图案的光束，所述待测物包括基面，所述基面包括所述待测物的待测表面的至少一个点；

所述探测装置，用于探测所述待测物反射的光束，形成所述条纹图案的多个检测图像，所述多个检测图像的条纹相位不同。

2.根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于，还包括：驱动装置，用于使所述基面、所述镜头的主平面与所述探测器的探测面相交于所述交线。

3.根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于，所述光源具体用于向所述待测物投射若干条纹图案，所述若干条纹图案包括相间排列的明条纹和暗条纹，其中，不同条纹图案的明条纹在所述待测物的待测表面的位置不同。

4.根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于，所述光源为显示器或结构光光源；

所述结构光光源包括：投影光源和条纹图案元件，其中，所述投影光源用于将所述条纹图案元件的条纹图案投影至所述待测物的待测表面，所述条纹图案元件被配置为至少沿垂直所述光束的平面平移。

5.根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于，

所述基面为包含所述待测物的待测表面的点最多的平面；

或者，

所述待测物的待测表面包括：分别位于所述基面两侧的第一待测区和第二待测区，所述第一待测区的各点到所述基面的最大距离等于所述第二待测区的各点到所述基面的最大距离。

6.根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于，所述待测物包括待测平面和连接所述待测平面的弧面，所述基面包括所述待测平面。

7.根据权利要求2所述的检测设备，其特征在于，还包括：平移台，用于带动所述待测物在平移面内平移，所述平移面平行于所述交线。

8.根据权利要求7所述的检测设备，其特征在于，所述驱动装置被配置为使所述基面平行于所述平移面。

9.根据权利要求7所述的检测设备，其特征在于，还包括：第三旋转台，用于带动所述待测物绕垂直于所述平移面的轴旋转。

10.根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于，还包括：第一旋转台和/或第二旋转台；所述第一旋转台，用于带动待测物绕第一轴旋转；所述第二旋转台，用于带动待测物绕第二轴旋转，所述第二轴与第一轴不平行。

11.根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于，还包括：标定板或平面镜；所述探测装置的位置和/或俯仰角可调节；

所述标定板包括特征图案；当所述探测装置对所述特征图案清晰成像时，所述探测装置的位置和俯仰角用于作为探测所述待测物反射的光束时的位置和俯仰角，所述特征图案所在平面用于作为探测所述待测物反射的光束时所述基面所在平面；

所述平面镜的反射面朝向所述光源，所述光源还用于向所述平面镜投射形成特征图案的光束；当所述探测装置探测所述平面镜反射的光束形成包含所述特征图案的清晰图像时，所述探测装置的位置和俯仰角用于作为探测所述待测物反射的光束时的位置和俯仰角；所述平面镜对所述光源所成的镜像所在的平面作为所述基面所在平面。

12.根据权利要求11所述的检测设备，其特征在于，所述特征图案为特征点阵。

13.根据权利要求2所述的检测设备，其特征在于，所述镜头的光轴与所述基面的夹角在30°至90°之间。

14.一种检测方法，其特征在于，包括：

利用权利要求1所述的检测设备对待测物进行检测，获得多个检测图像，所述多个检测图像的条纹相位不同；所述检测设备包括：光源和探测装置；所述探测装置包括：镜头和探测器；所述镜头的主平面与所述探测器的探测面相交于一条交线；所述待测物包括基面，所述基面包括所述待测物的待测表面的至少一个点。

15.根据权利要求14所述的检测方法，其特征在于，所述对待测物进行检测，具体包括：

调节所述待测物的位置，以使所述待测物的待测区的基面、所述镜头的主平面以及所述探测器的探测面相交于所述交线；所述基面包括所述待测物的至少一个点。

16.根据权利要求14所述的检测方法，其特征在于，在所述对待测物进行检测之前，还包括：

利用标定板或平面镜对所述探测装置的位置和俯仰角进行标定。

17.根据权利要求15所述的检测方法，其特征在于，

所述待测物包括凸面，当对所述凸面进行检测时，所述调节所述待测物的位置之后，所述检测方法还包括：使所述待测物绕垂直于所述基面的轴旋转，使所述凸面调节至靠近所述交线的位置；

所述待测物包括凹面，当对所述凹面进行检测时，所述调节所述待测物的位置之后，所述检测方法还包括：使所述待测物绕垂直于所述基面的轴旋转，使所述凹面调节至远离所述交线的位置。

18.根据权利要求15所述的检测方法，其特征在于，调节所述待测物的位置之前，所述检测方法还包括：

确定所述探测装置对所述待测物的待测区探测角度最大的位置；调节所述待测区至所述位置，以对所述待测区进行检测。