CN115980052A - 一种基于明暗场照明的透镜缺陷检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于明暗场照明的透镜缺陷检测装置和方法，其中，装置包括明暗场照明***和计算机，所述明暗场照明***包括投影屏幕和成像装置，所述投影屏幕位于待测透镜的一侧，用于显示条纹图案；所述成像装置位于所述待测透镜的另一侧，用于接收经过所述待测透镜的条纹图案；所述计算机与所述成像装置相连，包括：采集模块，用于采集所述成像装置接收到的图像信息；图像处理模块，用于对所述图像信息进行图像处理得到平均灰度信息；计算模块，用于根据所述平均灰度信息计算所述待测透镜的缺陷信息。本发明能够对小型透镜缺陷进行快速检测和分类。

Description

一种基于明暗场照明的透镜缺陷检测装置和方法

技术领域

本发明涉及透镜缺陷检测技术领域，特别是涉及一种基于明暗场照明的透镜缺陷检测装置和方法。

背景技术

近年来，由于光学设备小型化的光电应用的迅速发展，作为光学***关键功能部件的小型光学透镜的需求显著增加。这类小型光学透镜的典型应用包括智能移动终端、安全监控设备、医疗器械和汽车的开发。然而，由于环境变量和工艺参数的不确定性，批量生产透镜会不可避免地产生一些缺陷，这些缺陷往往会对其光学性能产生影响。

传统人工检测方法相较于缺陷检测***而言效率低，错误率高，镜片损坏的风险较高。此外，平均而言，生产单位每日能执行人工检测的镜片数量仅占每日生产数量的小部分。现有的光学透镜缺陷***只能检测部分大型缺陷，机械结构和操作算法都不适用于小尺寸曲面透镜的检测。

这些原因导致检测的效果不佳，而为了在生产镜头中实现高效、高精度的缺陷检测，需要开发一套能够综合检测各种缺陷类型的***。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于明暗场照明的透镜缺陷检测装置和方法，能够对小型透镜缺陷进行快速检测和分类。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于明暗场照明的透镜缺陷检测装置，包括明暗场照明***和计算机，所述明暗场照明***包括投影屏幕和成像装置，所述投影屏幕位于待测透镜的一侧，用于显示条纹图案；所述成像装置位于所述待测透镜的另一侧，用于接收经过所述待测透镜的条纹图案；所述计算机与所述成像装置相连，包括：采集模块，用于采集所述成像装置接收到的图像信息；图像处理模块，用于对所述图像信息进行图像处理得到平均灰度信息；计算模块，用于根据所述平均灰度信息计算所述待测透镜的缺陷信息。

所述待测透镜通过托盘设置在所述投影屏幕和成像装置之间。

所述投影屏幕设置在屏幕支撑上，所述屏幕支撑用于调节所述投影屏幕到所述待测透镜的距离。

所述条纹图案为多步相移的可变宽度明暗间隔条纹。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种基于明暗场照明的透镜缺陷检测方法，采用上述的基于明暗场照明的透镜缺陷检测装置，包括以下步骤：

(1)根据所述投影屏幕、所述待测透镜和所述成像装置的位置关系确定所述条纹图案的参数；

(2)所述成像装置采集不同相位条纹下所述待测透镜对所述投影屏幕显示的条纹图案的调制结果，得到所有相位条纹下的图像信息，并传输给所述计算机；

(3)所述计算机根据不同相位条纹下的图像信息得到平均灰度信息；

(4)所述计算机根据所述平均灰度信息确定所述待测透镜的缺陷信息。

所述步骤(1)中的条纹图案包括正弦条纹和黑白间隔条纹，所述正弦条纹的条纹间距为平均待测缺陷长度的2倍，扫描步长为条纹间距的1/4；所述黑白间隔条纹由黑色区域和白色区域组成，所述白色区域宽度为所述黑色区域宽度的1/3，扫描步长为白色区域宽度的1/4，所述黑色区域和所述白色区域的宽度和为待测缺陷长度的2倍。

所述步骤(2)具体为：所述投影屏幕根据所述条纹图案参数显示所述条纹图案，所述成像装置拍摄经所述待测透镜折射后的条纹图案，拍摄完当前的条纹图案后，所述投影屏幕显示下一相位的条纹图案，所述成像装置重复拍摄，直至拍完所有相位的条纹，得到所有相位条纹下的图像信息。

所述步骤(3)具体为：将所有相位条纹下的图像信息进行叠加得到所有拍摄结果，并计算平均拍摄结果，再计算所述所有拍摄结果与所述平均拍摄结果的差值，所述差值再次叠加后的结果即为平均灰度信息。

所述步骤(4)具体包括以下子步骤：

(41)对所述平均灰度信息进行降噪处理和二值化处理，并采用Hough圆检测算法得到所述待测透镜区域；

(42)对每个所述待测透镜区域进行二值化处理和形态学运算，得到缺陷所占像素位置，并通过连通域算法计算像素的联通情况，将相邻的缺陷像素聚类，得到单个缺陷所占的所有像素坐标，从而得到由像素坐标表示的透镜上所有缺陷的位置；

(43)通过旋转卡壳算法得到所述缺陷区域的最小外接矩形，并计算所述最小外接矩形的长宽比和面积，根据所述缺陷区域的位置、最小外接矩形的面积和长度确定缺陷的类型。

所述步骤(43)具体为：距离透镜中心大于0.9倍透镜半径并且面积大于7倍平均缺陷面积的缺陷为崩边，最小外接矩形的两条边比例大于3或小于1/3的缺陷为划痕，两条边比例在1/3到3之间的缺陷为杂点。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过投影屏幕显示多步相移条纹的方法，并叠加不同拍摄结果来计算平均灰度信息，利用平均灰度信息确定缺陷信息，通过上述方式能够拍摄到光学透镜上的微小缺陷，实现对更小缺陷的测量，同时保留较大视野面积，实现同时对多个透镜的检测，提高***检测效率，此外，本发明还利用图像处理算法，实现对缺陷的快速分类和定位。

附图说明

图1是本发明实施方式的基于明暗场照明的透镜缺陷检测装置的正视图；

图2是本发明实施方式的基于明暗场照明的透镜缺陷检测装置的左右二等角轴测图；

图3是本发明实施方式中投影屏幕显示的条纹图案的示意图；

图4是本发明实施方式的基于明暗场照明的透镜缺陷检测方法的算法流程图；

图5是本发明实施方式中不同缺陷类型对应的处理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种基于明暗场照明的透镜缺陷检测装置，包括明暗场照明***和计算机，所述明暗场照明***包括投影屏幕和成像装置，所述投影屏幕位于待测透镜的一侧，用于显示条纹图案；所述成像装置位于所述待测透镜的另一侧，用于接收经过所述待测透镜的条纹图案；所述计算机与所述成像装置相连，包括：采集模块，用于采集所述成像装置接收到的图像信息；图像处理模块，用于对所述图像信息进行图像处理得到平均灰度信息；计算模块，用于根据所述平均灰度信息计算所述待测透镜的缺陷信息。

如图1和图2所示，该透镜缺陷检测装置设置于支撑支架8上，包括成像装置1、待检测透镜托盘4和投影屏幕***5；所述成像装置1固定在待检测透镜托盘4的上方，包括高分辨率工业相机2和远心镜头3；所述工业相机2和计算机相连；所述待检测透镜托盘4能够同时放置多个待检测透镜；所述投影屏幕***5包括投影屏幕6和屏幕支撑7；所述投影屏幕6显示多步相移条纹；所述屏幕支撑7调节待检测透镜托盘4和投影屏幕6之间的距离；工业相机2采集不同相位投影条纹下的图像后通过计算机运算得到平均灰度信息，再通过所述平均灰度信息计算透镜缺陷的位置和特征信息。

本实施方式中投影屏幕显示的条纹图案可以是多步相移的可变宽度明暗间隔条纹(件图3)，该条纹的类型、宽度、条纹间距和扫描步长均可变，如此可以避免离焦对测量的影响。

下面说明本实施方式的缺陷检测过程，其中检测时采用的算法流程如图4所示。

步骤1，将待测透镜固定在所述待检测透镜托盘4上；

步骤2，根据投影屏幕、待测透镜和相机的位置关系确定合适的多步相移条纹参数，所述投影屏幕根据所述多步相移条纹参数显示条纹图案。其中，所述条纹参数包括：条纹类型、所述条纹宽度、条纹间距和扫描步长。本实施方式中的条纹图案包括正弦条纹和黑白间隔条纹，所述正弦条纹的条纹间距为平均待测缺陷长度的2倍，扫描步长为条纹间距的1/4；所述黑白间隔条纹由黑色区域和白色区域组成，所述白色区域宽度为所述黑色区域宽度的1/3，扫描步长为白色区域宽度的1/4，所述黑色区域和所述白色区域的宽度和为待测缺陷长度的2倍。

步骤3，所述成像装置采集不同相位条纹下所述待测透镜对所述投影屏幕显示的条纹图案的调制结果，得到所有相位条纹下的图像信息，并传输给所述计算机。具体地说，成像装置拍摄经所述待测透镜折射后的条纹图案，拍摄完当前的条纹图案后，所述投影屏幕显示下一相位的条纹图案，所述成像装置重复拍摄，直至拍完所有相位的条纹，得到所有相位条纹下的图像信息。

步骤4，所述计算机根据不同相位条纹下的图像信息得到平均灰度信息。本步骤中，计算机将所有相位条纹下的图像信息进行叠加得到所有拍摄结果，将像素值大于255的用255表示，并计算平均拍摄结果，再计算所述所有拍摄结果与所述平均拍摄结果的差值，所述差值即为平均灰度信息。

步骤5，所述计算机根据所述平均灰度信息确定所述待测透镜的缺陷信息。本步骤包括以下子步骤：

步骤51，对所述平均灰度信息进行降噪处理和二值化处理，并采用Hough圆检测算法得到所述待测透镜区域；

步骤52，对每个所述待测透镜区域进行二值化处理和形态学运算，得到缺陷所占像素位置，并通过连通域算法计算像素的联通情况，将相邻的缺陷像素聚类，得到单个缺陷所占的所有像素坐标，从而得到由像素坐标表示的透镜上所有缺陷的位置；

如图5所示，不同缺陷类型得到的图像并不相同，因此可以通过提取缺陷区域的特征来对缺陷进行分类。

步骤53，通过旋转卡壳算法得到所述缺陷区域的最小外接矩形，并计算所述最小外接矩形的长宽比和面积，根据所述缺陷区域的位置、最小外接矩形的面积和长度确定缺陷的类型。本实施方式中，距离透镜中心大于0.9倍透镜半径并且面积大于7倍平均缺陷面积的缺陷为崩边，最小外接矩形的两条边比例大于3或小于1/3的缺陷为划痕，两条边比例在1/3到3之间的缺陷为杂点。

不难发现，本发明通过投影多步相移条纹图案，并叠加不同拍摄结果来计算平均灰度信息，利用平均灰度信息确定缺陷信息，实现了小型曲面光学透镜缺陷的快速准确检测，提高了缺陷检测精度，从而辅助更高精度透镜制造工作。

Claims (10)

1.一种基于明暗场照明的透镜缺陷检测装置，包括明暗场照明***和计算机，其特征在于，所述明暗场照明***包括投影屏幕和成像装置，所述投影屏幕位于待测透镜的一侧，用于显示条纹图案；所述成像装置位于所述待测透镜的另一侧，用于接收经过所述待测透镜的条纹图案；所述计算机与所述成像装置相连，包括：采集模块，用于采集所述成像装置接收到的图像信息；图像处理模块，用于对所述图像信息进行图像处理得到平均灰度信息；计算模块，用于根据所述平均灰度信息计算所述待测透镜的缺陷信息。

2.根据权利要求1所述的基于明暗场照明的透镜缺陷检测装置，其特征在于，所述待测透镜通过托盘设置在所述投影屏幕和成像装置之间。

3.根据权利要求1所述的基于明暗场照明的透镜缺陷检测装置，其特征在于，所述投影屏幕设置在屏幕支撑上，所述屏幕支撑用于调节所述投影屏幕到所述待测透镜的距离。

4.根据权利要求1所述的基于明暗场照明的透镜缺陷检测装置，其特征在于，所述条纹图案为多步相移的可变宽度明暗间隔条纹。

5.一种基于明暗场照明的透镜缺陷检测方法，其特征在于，采用如权利要求1-4中任一所述的基于明暗场照明的透镜缺陷检测装置，包括以下步骤：

(1)根据所述投影屏幕、所述待测透镜和所述成像装置的位置关系确定所述条纹图案的参数；

(2)所述成像装置采集不同相位条纹下所述待测透镜对所述投影屏幕显示的条纹图案的调制结果，得到所有相位条纹下的图像信息，并传输给所述计算机；

(3)所述计算机根据不同相位条纹下的图像信息得到平均灰度信息；

(4)所述计算机根据所述平均灰度信息确定所述待测透镜的缺陷信息。

6.根据权利要求5所述的基于明暗场照明的透镜缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤(1)中条纹图案包括正弦条纹和黑白间隔条纹，所述正弦条纹的条纹间距为平均待测缺陷长度的2倍，扫描步长为条纹间距的1/4；所述黑白间隔条纹由黑色区域和白色区域组成，所述白色区域宽度为所述黑色区域宽度的1/3，扫描步长为白色区域宽度的1/4，所述黑色区域和所述白色区域的宽度和为待测缺陷长度的2倍。

7.根据权利要求5所述的基于明暗场照明的透镜缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：所述投影屏幕根据所述条纹图案参数显示所述条纹图案，所述成像装置拍摄经所述待测透镜折射后的条纹图案，拍摄完当前的条纹图案后，所述投影屏幕显示下一相位的条纹图案，所述成像装置重复拍摄，直至拍完所有相位的条纹，得到所有相位条纹下的图像信息。

8.根据权利要求5所述的基于明暗场照明的透镜缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：将所有相位条纹下的图像信息进行叠加得到所有拍摄结果，并计算平均拍摄结果，再计算所述所有拍摄结果与所述平均拍摄结果的差值，所述差值再次叠加后的结果即为平均灰度信息。

9.根据权利要求5所述的基于明暗场照明的透镜缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤(4)具体包括以下子步骤：

(41)对所述平均灰度信息进行降噪处理和二值化处理，并采用Hough圆检测算法得到所述待测透镜区域；

(42)对每个所述待测透镜区域进行二值化处理和形态学运算，得到缺陷所占像素位置，并通过连通域算法计算像素的联通情况，将相邻的缺陷像素聚类，得到单个缺陷所占的所有像素坐标，从而得到由像素坐标表示的透镜上所有缺陷的位置；

(43)通过旋转卡壳算法得到所述缺陷区域的最小外接矩形，并计算所述最小外接矩形的长宽比和面积，根据所述缺陷区域的位置、最小外接矩形的面积和长度确定缺陷的类型。

10.根据权利要求9所述的基于明暗场照明的透镜缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤(43)具体为：距离透镜中心大于0.9倍透镜半径并且面积大于7倍平均缺陷面积的缺陷为崩边，最小外接矩形的两条边比例大于3或小于1/3的缺陷为划痕，两条边比例在1/3到3之间的缺陷为杂点。

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