CN117825755B - 一种石英圆环片表面光洁度的快速检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于检测设备技术领域，尤其涉及一种石英圆环片表面光洁度的快速检测装置，所述装置包括：底座，底座上安装有原子力显微设备和图像处理设备，包括显微探头和第一图像采集装置，底座上安装有两组支架，支架上安装有第二伸缩缸，所述第二伸缩缸端部安装有两组定位杆；工件控制机构，所述工件控制机构包括第二图像采集装置，工件控制机构用于识别工件的位置，并控制工件进行转动和移动，配合原子力显微设备和图像处理设备完成光洁度检测。本发明能够自动完成对石英圆环片的自动定位，通过控制石英圆环片进行转动移动，使得显微探头和第一图像采集装置能够对石英圆环片进行螺旋式检测，大大提高了采样效果，提高了检测效率。

Description

一种石英圆环片表面光洁度的快速检测装置

技术领域

本发明属于检测设备技术领域，尤其涉及一种石英圆环片表面光洁度的快速检测装置。

背景技术

石英圆环片是一种圆形石英玻璃片，通常用于实验室、光学和科学研究中的各种应用。石英具有优异的光学性能，对紫外线的透过性也很好，因此常用于需要在紫外线范围内工作的实验和应用。

在石英圆环片的生产过程中，需要对石英圆环片进行光洁度检测，上述过程主要依赖于人工完成，检测效率低，准确率与检测人员的技术水平关联大，难以保证检测准确率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石英圆环片表面光洁度的快速检测装置，旨在解决人工检测效率低，准确率与检测人员的技术水平关联大，难以保证检测准确率的问题。

本发明是这样实现的，一种石英圆环片表面光洁度的快速检测装置，所述装置包括：

底座，所述底座上安装有原子力显微设备和图像处理设备，所述原子力显微设备包括显微探头，所述图像处理设备包括第一图像采集装置，所述底座上安装有两组支架，所述支架上安装有第二伸缩缸，所述第二伸缩缸端部安装有两组定位杆；

工件控制机构，所述工件控制机构包括第二图像采集装置，工件控制机构用于识别工件的位置，并控制工件进行转动和移动，配合原子力显微设备和图像处理设备完成光洁度检测。

优选的，所述工件控制机构包括滑块，底座上转动设置有一组螺纹杆，底座上还固定设置有一组导杆，所述滑块与螺纹杆通过螺纹连接，滑块上设置有通孔，导杆滑动设置在通孔内，底座内设置有动力电机，所述动力电机用于驱动螺纹杆转动，底座上设置有多组第一伸缩缸，所述第一伸缩缸的伸缩端通过过渡板连接有旋转电机，所述旋转电机上连接有安装座，安装座上设置有多组负压吸附环，第二图像采集装置设置在安装座上，所述负压吸附环均布设置在第二图像采集装置的周围。

优选的，所述显微探头通过第三伸缩缸与原子力显微设备连接，所述第一图像采集装置通过第四伸缩缸与图像处理设备连接。

优选的，所述第一图像采集装置的工作过程为：

实时进行图像采集，得到第一实时采集图像；

对第一实时采集图像进行图像处理，统计图像中各个灰度值对应的像素数量；

提取第一实时采集图像的图像参数，计算污染像素占比，基于污染像素占比判定石英圆环片的清洁度是否满足要求。

优选的，对第一实时采集图像进行图像处理，识别其中包含污染像素的像素数量的步骤，具体包括：

对第一实时采集图像进行灰度处理，将其转换为第一灰度图像；

统计第一灰度图像中每一个像素的灰度值，确定每一个灰度值对应的像素数量；

根据灰度值的分布结果判定属于污染像素的灰度范围，确定污染像素的像素数量。

优选的，通过第二图像采集装置控制负压吸附环对石英圆环片进行吸附的过程为：

实时进行图像采集，得到第二实时采集图像；

对第二实时采集图像进行预处理，识别石英圆环片所在的位置，控制滑块移动使第二图像采集装置移动至石英圆环片正下方；

控制负压吸附环上升，与石英圆环片接触后，对其进行吸附固定。

优选的，进行光洁度检测的步骤包括：

通过第二图像采集装置识别石英圆环片的位置，并通过负压吸附环对石英圆环片进行固定；

通过显微探头和第一图像采集装置对石英圆环片分别进行光滑度检测和清洁度检测；

在检测过程中，控制石英圆环片同步转动和平移，使得显微探头和第一图像采集装置采用螺旋的方式进行采样检测，得到检测结果。

本发明提供的石英圆环片表面光洁度的快速检测装置，通过设置图像采集装置，能够自动完成对石英圆环片的自动定位，通过控制石英圆环片进行转动移动，使得显微探头和第一图像采集装置能够对石英圆环片进行螺旋式检测，大大提高了采样效果，提高了检测效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种石英圆环片表面光洁度的快速检测装置的第一视角示意图；

图2为本发明实施例提供的一种石英圆环片表面光洁度的快速检测装置的第二视角示意图；

图3为本发明实施例提供的一种石英圆环片表面光洁度的快速检测装置的第三视角示意图；

图4为本发明实施例提供的一种石英圆环片表面光洁度的快速检测装置的第四视角示意图；

图5为本发明实施例提供的第一图像采集装置的工作流程图；

图6为本发明实施例提供的第二图像采集装置的工作流程图；

图7为本发明实施例提供的一种石英圆环片表面光洁度的快速检测装置的工作流程图；

图8为本发明实施例提供的螺旋采样示意图。

附图中：1、底座；2、原子力显微设备；3、图像处理设备；4、显微探头；5、第一图像采集装置；6、支架；7、滑块；8、第一伸缩缸；9、旋转电机；10、第二伸缩缸；11、安装座；12、第二图像采集装置；13、定位杆；14、第三伸缩缸；15、第四伸缩缸；16、导杆。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

如图1、图2、图3和图4所示，为本发明实施例提供的一种石英圆环片表面光洁度的快速检测装置的第一视角示意图，所述装置包括：

底座1，所述底座1上安装有原子力显微设备2和图像处理设备3，所述原子力显微设备2包括显微探头4，所述图像处理设备3包括第一图像采集装置5，所述底座1上安装有两组支架6，所述支架6上安装有第二伸缩缸10，所述第二伸缩缸10端部安装有两组定位杆13；

工件控制机构，所述工件控制机构包括第二图像采集装置12，工件控制机构用于识别工件的位置，并控制工件进行转动和移动，配合原子力显微设备2和图像处理设备3完成光洁度检测。

在本实施例中，所述第一图像采集装置5为微距图像采集装置，用于对石英圆环片的表面进行图像采集，第二图像采集装置12用于从底部对石英圆环片进行图像采集，从而确定石英圆环片是否处于水平状态，在进行光洁度检测时，通过工件控制机构对石英圆环片进行固定，根据石英圆环片的直径和孔径，调节显微探头4和第一图像采集装置5之间的距离，使得两者之间的距离与石英圆环片的直径相同，并且显微探头4或第一图像采集装置5的起始位置位于石英圆环片的内边缘，显微探头4和第一图像采集装置5同步开始进行检测，显微探头4直接与石英圆环片进行接触，从而检测石英圆环片表面的光滑度，第一图像采集装置5采集的数据传输至图像处理设备3，通过图像处理设备3对图像进行处理从而统计每一个图像中包含的污染像素的数量，从而完成清洁度检测，重点在于，在检测的过程中，控制石英圆环片进行旋转，在旋转的过程中沿着一个方向同步平移，使得显微探头4和第一图像采集装置5在石英圆环片上的检测轨迹呈现螺旋状，石英圆环片上的缺陷或者污染物的分布是随机的，采用螺旋式的采样方式，能够大大提高采样效率，针对存在光洁度不满足要求的缺陷时，能够尽快发现，当发现缺陷，即停止进行检测，判定为不合格，直到检测完成，仍未判定为不合格，则该石英圆环片通过了检测。

如图1所示，作为本发明的一个优选实施例，所述工件控制机构包括滑块7，底座1上转动设置有一组螺纹杆，底座1上还固定设置有一组导杆16，所述滑块7与螺纹杆通过螺纹连接，滑块7上设置有通孔，导杆16滑动设置在通孔内，底座1内设置有动力电机，所述动力电机用于驱动螺纹杆转动，底座1上设置有多组第一伸缩缸8，所述第一伸缩缸8的伸缩端通过过渡板连接有旋转电机9，所述旋转电机9上连接有安装座11，安装座11上设置有多组负压吸附环，第二图像采集装置12设置在安装座11上，所述负压吸附环均布设置在第二图像采集装置12的周围。

如图1所示，作为本发明的一个优选实施例，所述显微探头4通过第三伸缩缸14与原子力显微设备2连接，所述第一图像采集装置5通过第四伸缩缸15与图像处理设备3连接。

在本实施例中，安装座11可以移动和转动，在需要进行移动的时候，通过动力电机驱动螺纹杆旋转，那么螺纹杆则驱使滑块7沿着导杆16滑动，当需要控制石英圆环片转动的时候，则启动旋转电机9，利用旋转电机9带动安装座11进行自转，那么石英圆环片的自转与平移之间是相互独立的，两者可以独立进行，也可以同步进行，安装座11上设置有微型负压装置，微型负压装置与负压吸附环连接，当负压吸附环与石英圆环片接触时，则通过负压对其进行吸附，以实现对其的固定，当然，在进行吸附之前，需要通过第二图像采集装置12进行定位。

如图5所示，作为本发明的一个优选实施例，所述第一图像采集装置5的工作过程为：

实时进行图像采集，得到第一实时采集图像。

在本步骤中，实时进行图像采集，第一图像采集装置5用于对石英圆环片的表面进行图像采集，第一图像采集装置5采用微距镜头，能够完成自动对焦的过程，第一图像采集装置5仅在石英圆环片进行运动的过程中进行图像采集，当石英圆环片保持静止时，则暂停进行图像采集。

对第一实时采集图像进行图像处理，统计图像中各个灰度值对应的像素数量。

在本步骤中，对第一实时采集图像进行图像处理，对第一实时采集图像进行灰度处理，将其转换为第一灰度图像，通过进行灰度处理，减少其中包含的色彩信息，减少干扰，统计第一灰度图像中每一个像素的灰度值，确定每一个灰度值对应的像素数量，灰度图像中，每一个像素都可以通过灰度值进行表征，灰度值得最大范围为0-255，那么确定每一个灰度值对应得像素数量，根据灰度值的分布结果判定属于污染像素的灰度范围，确定污染像素的像素数量，在进行检测的过程中，被检测的范围逐渐增加，因此图像中像素数量最多的灰度值即为石英圆环片上的正常区域对应的像素的灰度值，将其灰度值定义为P，那么基于预设的划定范围，如P±0.05P的范围，将属于上述范围内的像素划定为正常像素，反之则为污染像素，计算污染像素占比，基于污染像素占比判定石英圆环片的清洁度是否满足要求，计算污染像素占所有像素的比例，将其与预设值进行比对，从而判定清洁度是否满足要求。

如图6所示，作为本发明的一个优选实施例，通过第二图像采集装置12控制负压吸附环对石英圆环片进行吸附的过程为：

实时进行图像采集，得到第二实时采集图像。

对第二实时采集图像进行预处理，识别石英圆环片所在的位置，控制滑块7移动使第二图像采集装置12移动至石英圆环片正下方。

控制负压吸附环上升，与石英圆环片接触后，对其进行吸附固定。

在本实施例中，对石英圆环片进行固定的时候，先将石英圆环片放置在定位杆13上，定位杆13向下倾斜，并且能够在第二伸缩缸10的控制下进行移动，当石英圆环片的直径比较小时，则控制定位杆13相对移动，将石英圆环片防止在四组定位杆13上，此时石英圆环片可能存在移动的斜度，即石英圆环片不处于水平状态，此时通过第二图像采集装置12进行图像采集，得到第二实时采集图像，对第二实时采集图像进行处理，识别其中包含的石英圆环片的位置，并判定石英圆环片是否处于水平状态，具体的，对第二实时采集图像进行边缘检测，提取边缘图像，并进一步判定画面中为圆形还是椭圆形，若为椭圆形，则说明石英圆环片不处于水平状态，并且可以确定石英圆环片与水平面之间的夹角，当夹角小于预设值时，则直接进行定位，反之，则判定工件放置异常，需要重新放置，进行定位时，则以椭圆或者圆形的圆心作为石英圆环片的中心，通过两组第二伸缩缸10的配合，控制石英圆环片移动至螺纹杆所在的平面上，该平面垂直于水平面，随后进一步控制螺纹杆旋转，使得石英圆环片的中心位于第二图像采集图像的中心，此时，第一伸缩杠8伸长，使得负压吸附环与石英圆环片接触，并对其进行吸附。

如图7所示，作为本发明的一个优选实施例，进行光洁度检测的步骤包括：

通过第二图像采集装置12识别石英圆环片的位置，并通过负压吸附环对石英圆环片进行固定；

通过显微探头4和第一图像采集装置5对石英圆环片分别进行光滑度检测和清洁度检测；

在检测过程中，控制石英圆环片同步转动和平移，使得显微探头4和第一图像采集装置5采用螺旋的方式进行采样检测，得到检测结果。

在本实施例中，通过第二图像采集装置12识别石英圆环片的位置，并通过负压吸附环对石英圆环片进行固定，在完成固定之后，显微探头4和第一图像采集装置5开始同步工作，显微探头4探测到的数据传回至原子力显微设备2内，第一图像采集装置5采集的数据传输至图像处理设备3内进行处理，并且在检测过程中，控制石英圆环片同步转动和平移，在石英圆环片同步旋转和平移的过程中，显微探头4和第一图像采集装置5与石英圆环片中心之间的距离也在不断改变，从而实现了螺旋采样，但是由于随着螺旋线不断延申，石英圆环片上各点的线速度不同，因此根据显微探头4和第一图像采集装置5与石英圆环片之间的接触位置，可以计算得到该处的线速度，基于该线速度确定进行采样的速度，以显微探头4为例，显微探头4靠近石英圆环片内边缘时，其采样速度最小，反之，显微探头4靠近石英圆环片外边缘时，则采样速度最大，如图8所示，通过进行螺旋采样，能够实现对石英圆环片的多区域采样，这是由于对于石英圆环片而言，其异常区域通常位于局部，若进行逐点检测，则检出效率极低，对于不合格的产品而言，需要尽快检出，从而提升对不合格产品的检测效率，使用较小的螺距，以形成密集的螺旋线，能够实现螺旋采样。

以上所述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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种石英圆环片表面光洁度的快速检测装置，其特征在于，所述装置包括：

底座(1)，所述底座(1)上安装有原子力显微设备(2)和图像处理设备(3)，所述原子力显微设备(2)包括显微探头(4)，所述图像处理设备(3)包括第一图像采集装置(5)，所述底座(1)上安装有两组支架(6)，所述支架(6)上安装有第二伸缩缸(10)，所述第二伸缩缸(10)端部安装有两组定位杆(13)；

工件控制机构，所述工件控制机构包括第二图像采集装置(12)，工件控制机构用于识别工件的位置，并控制工件进行转动和移动，配合原子力显微设备(2)和图像处理设备(3)完成光洁度检测；

所述工件控制机构包括滑块(7)，底座(1)上转动设置有一组螺纹杆，底座(1)上还固定设置有一组导杆(16)，所述滑块(7)与螺纹杆通过螺纹连接，滑块(7)上设置有通孔，导杆(16)滑动设置在通孔内，底座(1)内设置有动力电机，所述动力电机用于驱动螺纹杆转动，底座(1)上设置有多组第一伸缩缸(8)，所述第一伸缩缸(8)的伸缩端通过过渡板连接有旋转电机(9)，所述旋转电机(9)上连接有安装座(11)，安装座(11)上设置有多组负压吸附环，第二图像采集装置(12)设置在安装座(11)上，所述负压吸附环均布设置在第二图像采集装置(12)的周围；

所述显微探头(4)通过第三伸缩缸(14)与原子力显微设备(2)连接，所述第一图像采集装置(5)通过第四伸缩缸(15)与图像处理设备(3)连接；

所述第一图像采集装置(5)的工作过程为：

实时进行图像采集，得到第一实时采集图像；

对第一实时采集图像进行图像处理，统计图像中各个灰度值对应的像素数量；

提取第一实时采集图像的图像参数，计算污染像素占比，基于污染像素占比判定石英圆环片的清洁度是否满足要求。

2.根据权利要求1所述的石英圆环片表面光洁度的快速检测装置，其特征在于，对第一实时采集图像进行图像处理，识别其中包含污染像素的像素数量的步骤，具体包括：

对第一实时采集图像进行灰度处理，将其转换为第一灰度图像；

统计第一灰度图像中每一个像素的灰度值，确定每一个灰度值对应的像素数量；

根据灰度值的分布结果判定属于污染像素的灰度范围，确定污染像素的像素数量。

3.根据权利要求1所述的石英圆环片表面光洁度的快速检测装置，其特征在于，通过第二图像采集装置(12)控制负压吸附环对石英圆环片进行吸附的过程为：

实时进行图像采集，得到第二实时采集图像；

对第二实时采集图像进行预处理，识别石英圆环片所在的位置，控制滑块(7)移动使第二图像采集装置(12)移动至石英圆环片正下方；

控制负压吸附环上升，与石英圆环片接触后，对其进行吸附固定。

4.根据权利要求1所述的石英圆环片表面光洁度的快速检测装置，其特征在于，进行光洁度检测的步骤包括：

通过第二图像采集装置(12)识别石英圆环片的位置，并通过负压吸附环对石英圆环片进行固定；

通过显微探头(4)和第一图像采集装置(5)对石英圆环片分别进行光滑度检测和清洁度检测；

在检测过程中，控制石英圆环片同步转动和平移，使得显微探头(4)和第一图像采集装置(5)采用螺旋的方式进行采样检测，得到检测结果。