CN113686879A - 光学薄膜缺陷视觉检测***及方法 - Google Patents

光学薄膜缺陷视觉检测***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开光学薄膜缺陷视觉检测***及方法。光学薄膜缺陷视觉检测***及方法用于视觉检测薄膜平面的瑕疵缺陷。光学薄膜缺陷视觉检测***包含有，摄影装置，其布置于所述薄膜平面上方，所述摄影装置在所述薄膜平面上界定出摄影扫描区；透镜部件，其布置于所述薄膜平面下方；照明光源，其布置于所述透镜部件下方并且所述照明光源处于所述透镜部件的焦平面位置，所述照明光源平行于所述摄影扫描区，所述照明光源、所述摄影扫描区及所述透镜部件具有共同的中心线；以及，暗场挡块，其形成于所述照明光源顶面并且所述暗场挡块处于所述照明光源的中段区域。本发明的有益效果在于：对划伤类瑕疵有明显的检出效果。

Description

光学薄膜缺陷视觉检测***及方法
技术领域
本发明涉及光学薄膜缺陷检测，特别地是，光学薄膜缺陷视觉检测***及方法。
背景技术
请参见图1，图中示出的是目前常用的光学薄膜缺陷视觉检测***。光学薄膜缺陷视觉检测***通常包含有薄膜平面1、摄影装置2及照明装置3。摄影装置固定在薄膜平面上方，其包含一系列像素用于接收其扫描线4上的图像。照明装置固定在薄膜平面下方，一般为LED或类似照明光源。薄膜平面在辊的带动下作平移，使得摄影装置能够得到薄膜平面的完整图像。根据薄膜平面的完整图像，利用检测算法进行缺陷检测。缺点在于，缺陷检测精度不高，无法准确检测到划伤类、凹凸点类或晶点类瑕疵缺陷。
发明内容
本发明要解决现有技术中光学薄膜缺陷的检测精度问题，提供一种新型的光学薄膜缺陷视觉检测***及方法。
为了实现这一目的，本发明的技术方案如下：光学薄膜缺陷视觉检测***，其用于视觉检测薄膜平面的瑕疵缺陷，包含有，
摄影装置，其布置于所述薄膜平面上方，所述摄影装置在所述薄膜平面上界定出摄影扫描区；
透镜部件，其布置于所述薄膜平面下方；
照明光源，其布置于所述透镜部件下方，所述照明光源同时还处在所述透镜部件的焦平面位置，所述照明光源、所述摄影扫描区及所述透镜部件具有共同的中心线；以及，
暗场挡块，其形成于所述照明光源顶面，所述暗场挡块同时还处在所述照明光源的中段位置；
所述照明光源向上出光，所述照明光源的出光光束根据所述暗场挡块被分为遮挡部分及非遮挡部分，其中，所述遮挡部分在所述摄影扫描区形成薄膜暗场，所述薄膜暗场覆盖所述摄影扫描区的整长，而所述非遮挡部分透过所述透镜部件到达所述摄影扫描区。
作为光学薄膜缺陷视觉检测***的优选方案，所述薄膜平面在视觉检测过程中沿其长度方向作平移，所述照明光源及所述摄影扫描区的长度方向均沿所述薄膜平面的宽度方向延伸，所述照明光源及所述摄影扫描区的宽度方向均沿所述薄膜平面的长度方向延伸，所述摄影扫描区覆盖所述薄膜平面的整宽。
作为光学薄膜缺陷视觉检测***的优选方案，所述薄膜暗场同时还覆盖所述摄影扫描区的整宽，即所述摄影扫描区被所述薄膜暗场完整覆盖。
作为光学薄膜缺陷视觉检测***的优选方案，所述薄膜暗场未完整覆盖所述摄影扫描区的整宽，即所述摄影扫描区中有一部分被所述薄膜暗场覆盖，而另一部分未被所述薄膜暗场覆盖。
作为光学薄膜缺陷视觉检测***的优选方案，所述摄影装置为单摄影相机。
作为光学薄膜缺陷视觉检测***的优选方案，所述摄影装置为按线排布的线阵相机组或按矩形排布的面阵相机组。
作为光学薄膜缺陷视觉检测***的优选方案，所述透镜部件为柱透镜、非球面透镜、菲涅尔透镜或自由曲面透镜。
作为光学薄膜缺陷视觉检测***的优选方案，所述瑕疵缺陷为划伤类、凹凸点类、晶点类、脏污类、纹理类或压印类缺陷。
本发明还提供光学薄膜缺陷视觉检测方法，包含有以下步骤，
提供所述光学薄膜缺陷视觉检测***；
平移所述薄膜平面，由所述摄影装置拍摄所述薄膜平面以获取关于所述薄膜平面的拍摄图像；以及，
根据所述拍摄图像，判断所述薄膜平面是否存在瑕疵缺陷。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：1.对划伤类瑕疵有明显的检出效果。2.能兼容多种瑕疵缺陷（除划伤类外，凹凸点类、晶点类、脏污、纹理类或压印类）的检出。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果之外，本发明所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将连接附图作出进一步详细的说明。
附图说明
图1为现有技术的结构示意图。
图2为本发明一实施例的结构示意图。
图3为本发明一实施例中照明光源的俯视图。
图4为本发明一实施例中薄膜暗场的原理示意图。
图5为本发明一实施例的检测原理图（无瑕疵缺陷）。
图6为本发明一实施例的检测原理图（有瑕疵缺陷）。
图7为本发明另一实施例的结构示意图。
图8为本发明另一实施例中照明光源的俯视图。
图9为本发明另一实施例的检测原理图（无瑕疵缺陷）。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式连接附图对本发明作进一步详细说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1：
请参见图2至3，图中示出的是光学薄膜缺陷视觉检测***。所述光学薄膜缺陷视觉检测***用于检测薄膜平面1（诸如，偏光膜）的瑕疵缺陷，特别是针对划伤类瑕疵缺陷。
所述光学薄膜缺陷视觉检测***由摄影装置2、透镜部件3、照明光源4及暗场挡块5等组成。
所述薄膜平面1可沿水平设置。所述薄膜平面1具有长度方向及宽度方向。在视觉检测过程中，所述薄膜平面1在外部辊轴的带动下沿其长度方向作平移。
所述摄影装置2布置于所述薄膜平面1正上方。所述摄影装置2在所述薄膜平面1上界定出摄影扫描区20。所述摄影扫描区20具有一定的长度及宽度。所述摄影扫描区20的长度方向沿所述薄膜平面1的宽度方向延伸。所述摄影扫描区20覆盖所述薄膜平面1的整宽，即，所述摄影扫描区20从所述薄膜平面1的一长边始一直延伸至另一长边。所述摄影扫描区20的宽度方向沿所述薄膜平面1的长度方向延伸。本实施例中，所述摄影装置2为单个摄影相机。在其他实施例中，所述摄影装置为按线排布的线阵相机组或按矩形排布的面阵相机组。
所述透镜部件3布置于所述薄膜平面1正下方。本实施例中，所述透镜部件3不仅限于选择柱透镜、非球面透镜、菲涅尔透镜或自由曲面透镜。
所述照明光源4布置于所述透镜部件3正下方且处在所述透镜部件3的焦平面位置。所述照明光源4的长度方向沿所述薄膜平面1的宽度方向延伸。所述照明光源4的宽度方向沿所述薄膜平面1的长度方向延伸。所述照明光源4向上对应所述摄影扫描区20。
所述暗场挡块5布置于所述照明光源4顶面且处在所述照明光源4的中段位置（即焦点位置和/或焦点位置附近）。所述暗场挡块5覆盖所述照明光源4的整宽，即所述暗场挡块5从所述照明光源4的一长边始一直延伸至另一长边（见图3）。
其中，所述摄影扫描区20、所述透镜部件3、所述照明光源4及所述暗场挡块5具有共同的竖向中心线。
所述照明光源4向上出光。所述照明光源4的出光光束根据所述暗场挡块5被分为遮挡部分及非遮挡部分。其中，所述遮挡部分因被所述暗场挡块5遮挡而在所述摄影扫描区20形成薄膜暗场并且所述薄膜暗场覆盖所述摄影扫描区20的整长及整宽，即所述薄膜暗场覆盖所述摄影扫描区20全域。所述非遮挡部分透过所述透镜部件3到达所述摄影扫描区20。
视觉检测过程：平移所述薄膜平面，由所述摄影装置拍摄所述薄膜平面以获得关于所述薄膜平面的拍摄图像。根据所述拍摄图像，判断所述薄膜平面1是否存在瑕疵缺陷。
视觉检测原理：请参见图4，由光学原理可知，光束17、光束18及光束19由所述透镜部件的焦点位置出射，经过所述透镜部件后将平行出射为光束20、光束21及光束22。即所述暗场挡块将在无穷远处成等同于所述透镜部件大小的薄膜暗场被投影到所述摄影扫描区。所述薄膜暗场为所述摄影装置拍摄所述薄膜平面提供暗场环境。
需要说明的是，所述薄膜暗场不是严格意义上灰度为0的暗场。由光学原理进一步可知，由焦平面未被所述暗场挡块遮挡的部分所发出的光束23、光束24及光束25，经过所述透镜部件后将平行出射为光束26、光束27及光束28。可以看出，所述照明光源的出光光束同样在所述薄膜平面为所述摄像装置所接收，所以上述暗场环境实际上为一种“亮”的暗场。所述薄膜暗场的亮暗程度由所述暗场挡块的大小和所述照明光源的属性（长度、功率等，主要为长度）所决定。在本实施案例中，所述暗场挡块的长度与所述照明光源的长度的比为1/4。该比例关系并不是本发明实施案例的唯一比例，可根据实际需要适当调整上述比例关系，均可以实现为所述摄影装置提供所需的暗场环境。
请参见图5和6，所述摄影装置所获得的拍摄图像呈一系列整齐排布的像素。该像素用于接收所述薄膜平面的所述摄影扫描区的亮度分布。这一系列像素中每个像素接收到来自与所述照明光源的出光光束。这些出光光束将会以平行光的形式照亮所述薄膜平面。以连续的三个像素点30、31和32为例，圆区域30a、31a和32a代表上述三个像素点对应的亮度，按颜色深浅程度表示对应亮度大小。若所述薄膜平面的所述摄影扫描区中没有任何瑕疵缺陷，则圆区域30a、31a、32a的颜色一致，即亮度大小相等（即图5）。若所述薄膜平面的所述摄影扫描区中存在瑕疵缺陷，所述照明光源的出光光束穿过所述薄膜平面的瑕疵缺陷位置会出现散射现象，造成在像素点30、31、32位置的亮度从均匀状态改变为明暗状态，像素点30位置处的亮度30b最暗，像素点31位置处的亮度31b最亮，像素点32位置处的亮度32b介于30b与31b之间（即图6）。这种效果最终在所述拍摄图像中呈现一个暗场中的亮点，可以根据此特征辨别瑕疵。对于划伤类瑕疵缺陷，所述拍摄图像中往往会以亮点长条的形式表示，根据其形态可以将原本肉眼不可见的划伤类瑕疵缺陷在所述拍摄图像中可以被清晰看出。
若移除所述透镜部件及所述暗场挡块，所述照明光源的出光光束的所有部分均会直接到达所述薄膜平面的所述摄影扫描区，所述照明光源的出光光束在所述摄影扫描区呈杂乱无章，使得所述薄膜平面被照亮的非常均匀，即无法从所述拍摄图像中准确辨识出所述薄膜平面存在瑕疵缺陷。
增加所述透镜部件及所述暗场挡块的第一作用是所述照明光源的出光光束中所述遮挡部分在所述薄膜平面上形成薄膜暗场，第二作用是所述暗场挡块遮挡所述照明光源直接照射所述摄影装置，使得所述照明光源处于斜侧打光的模式。
实施例2：
实施例1的缺点在于，无法较好地检测出所述薄膜平面是否存在凹凸点或晶点类等瑕疵缺陷。这是因为凹凸点或晶点类瑕疵缺陷在所述拍摄图像形成单个亮点，相对于划伤类瑕疵缺陷形成的亮点长条更不容易被观察到，并且其形态特征会丢失，所述拍摄图像上该缺陷失去其凹凸感觉，很容易与所述薄膜平面上的灰尘杂质相混淆，增大检测难度。
为此提出本实施例。请参见图7至8，相对于实施例1，本实施例将所述暗场挡块5向所述照明光源4的一长边方向移位，使得所述暗场挡块5仅覆盖所述照明光源4的部分宽度，即所述摄影扫描区20中有部分被所述薄膜暗场覆盖（暗），而另部分未被所述薄膜暗场覆盖（明），使得所述摄影装置2能更好地捕捉到所述薄膜平面1的所述摄影扫描区20上的明暗变化信息。
请参见图9，所述摄影装置中一系列像素点上所接收的亮度信息为明暗交替，即单个像素只有一部分被照亮，其另外一部分处于暗黑状态。通过这种方式，可以使得凹凸点和晶点类缺陷在所述拍摄图像中的亮暗分布更加明显，并且不丢失其凹凸信息，可以防止灰尘等不属于所检测对象对最后检测结果分析的影响，便于瑕疵缺陷分类。
可见，本实施例可实现对划伤、凹凸点和晶点等常见瑕疵缺陷的综合检测。
以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的后提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.光学薄膜缺陷视觉检测***，其用于视觉检测薄膜平面的瑕疵缺陷，其特征在于，包含有，
摄影装置，其布置于所述薄膜平面上方，所述摄影装置在所述薄膜平面上界定出摄影扫描区；
透镜部件，其布置于所述薄膜平面下方；
照明光源，其布置于所述透镜部件下方，所述照明光源同时还处在所述透镜部件的焦平面位置，所述照明光源、所述摄影扫描区及所述透镜部件具有共同的中心线；以及，
暗场挡块，其形成于所述照明光源顶面，所述暗场挡块同时还处在所述照明光源的中段位置；
所述照明光源向上出光，所述照明光源的出光光束根据所述暗场挡块被分为遮挡部分及非遮挡部分，其中，所述遮挡部分在所述摄影扫描区形成薄膜暗场，所述薄膜暗场覆盖所述摄影扫描区的整长，而所述非遮挡部分透过所述透镜部件到达所述摄影扫描区。
2.根据权利要求1所述的光学薄膜缺陷视觉检测***，其特征在于，所述薄膜平面在视觉检测过程中沿其长度方向作平移，所述照明光源及所述摄影扫描区的长度方向均沿所述薄膜平面的宽度方向延伸，所述照明光源及所述摄影扫描区的宽度方向均沿所述薄膜平面的长度方向延伸，所述摄影扫描区覆盖所述薄膜平面的整宽。
3.根据权利要求2所述的光学薄膜缺陷视觉检测***，其特征在于，所述薄膜暗场同时还覆盖所述摄影扫描区的整宽，即所述摄影扫描区被所述薄膜暗场完整覆盖。
4.根据权利要求2所述的光学薄膜缺陷视觉检测***，其特征在于，所述薄膜暗场未完整覆盖所述摄影扫描区的整宽，即所述摄影扫描区中有一部分被所述薄膜暗场覆盖，而另一部分未被所述薄膜暗场覆盖。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的光学薄膜缺陷视觉检测***，其特征在于，所述摄影装置为单摄影相机。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的光学薄膜缺陷视觉检测***，其特征在于，所述摄影装置为按线排布的线阵相机组或按矩形排布的面阵相机组。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的光学薄膜缺陷视觉检测***，其特征在于，所述透镜部件为柱透镜、非球面透镜、菲涅尔透镜或自由曲面透镜。
8.根据权利要求1至4中任意一项所述的光学薄膜缺陷视觉检测***，其特征在于，所述瑕疵缺陷为划伤类、凹凸点类、晶点类、脏污类、纹理类或压印类缺陷。
9.光学薄膜缺陷视觉检测方法，其特征在于，包含有以下步骤，
提供权利要求1至4中任意一项所述的光学薄膜缺陷视觉检测***；
平移所述薄膜平面，由所述摄影装置拍摄所述薄膜平面以获取关于所述薄膜平面的拍摄图像；以及，
根据所述拍摄图像，判断所述薄膜平面是否存在瑕疵缺陷。
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