CN202149882U - 表面特征检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种表面特征检测装置，包括一光源装置、一相机、一聚光元件及一半透半反镜，该聚光元件包括一吸光面和一透光面，该聚光元件的吸光面用于吸收光源装置的发散光并将其转化成收敛光束从透光面射出，该半透半反镜与平行光束方向成45度方向设置，该相机设于该半透半反镜的透光侧，待检测物体设于该半透半反镜的反光侧。通过聚光元件及半透半反镜可以使得入射到待检测物体表面的光束和从待检测物体表面反射到相机的光束同轴，从而不会产生相机斜拍物体产生的图像畸变。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及一种检测装置，特别涉及一种检测光滑物体表面特征的检测装置。
【背景技术】
表面特征是指薄膜、玻璃、金属等光滑物体表面的划痕、气泡、凹坑、变形等特征，表面特征检测是机器视觉检测中一个很重要的分支。尤其是近年来集成电路和激光工业的迅猛发展，芯片封装、PCB布线、激光标、全息标等精细化生产所提出的表面特征检测的应用需求越来越多。
传统的检测方法通常采用普通的直射光或散射光作为光源去检查表面特征，特征本身往往很不明显，容易发生图像畸变。
【实用新型内容】
因此，有必要提供一种能够充分展示表面特征信息且不会发生图像畸变的表面特征检测装置。
一种表面特征检测装置，包括一光源装置、一相机、一聚光元件及一半透半反镜，该聚光元件包括一吸光面和一透光面，该聚光元件的吸光面用于吸收光源装置的发散光并将其转化成收敛光束从透光面射出，该半透半反镜与平行光束方向成45度方向设置，该相机设于该半透半反镜的透光侧，待检测物体设于该半透半反镜的反光侧。
通过聚光元件及半透半反镜可以使得入射到待检测物体表面的光束和从待检测物体表面反射到相机的光束同轴，从而不会产生相机斜拍物体产生的图像畸变。
【附图说明】
图1是本实用新型一实施例的表面特征检测装置的立体图，其中箱体的一侧被剖切。
图2是图1所示表面特征检测装置的截面图及光路原理图。
【具体实施方式】
检查表面特征的理想光源应该能够充分展示表面特征信息，同时尽量抑制非表面特征信息。构成表面特征的主要要素包括粗糙度和平整度，划痕、气泡、凹坑、变形等特征会改变物体本身的粗糙度和平整度。根据这个原理，设计出合适的光源，突出物体的表面特征，弱化或消除其它特征。这实际上是一个解耦的过程。
图1所示为本实用新型一实施例的表面特征检测装置，该检测装置包括一光源装置10、一箱体20及一工业相机30。该箱体20为空心的矩形箱体，该工业相机30及光源装置10分别位于该箱体20顶部的左右两侧。
请同时参照图2，该光源装置10包括一光源111、一光源固定座112、一光学扩散膜113及一外壳115。该外壳115为倒锥形，该外壳115的底部与箱体20的顶部相连并与箱体20的内部相通，该外壳115的顶部具有一圆形开口，该光源固定座112卡扣于该开口中与外壳115连接；该光源固定座112为中空的圆柱体，该光源111设于该光源固定座112内侧上方，光学扩散膜113设于该光源固定座112内侧下方并与光源111相对，从光源111发射的光束经过光学扩散膜113扩散射向箱体20的内部。该光源111为点光源，比如发光二极管(LED)，本实施例采用红外LED。
该箱体20内部从右至左设有一反射镜13、一菲涅尔透镜15及一半透半反镜17。该反射镜13可采用镜面反射光学玻璃，该反射镜13与水平面成45度设置，该反射镜13的反射面斜向朝上与光源111相对；该菲涅尔透镜15位于反射镜13的左侧，该菲涅尔透镜15成竖直设置，该菲涅尔透镜15包括一吸光面151及一透光面153，该吸光面151与反射镜13相对；该半透半反镜17位于该菲涅尔透镜15的左侧并与水平面成45度设置，该半透半反镜17的反射面与菲涅尔透镜15的透光面153斜向相对，该半透半反镜17的下方设有水平设置的待检测物体70，即该待检测物体70设于该半透半反镜17的反光侧，该半透半反镜17的上方设有工业相机30，即该工业相机30设于该半透半反镜17的透光侧。
该工业相机30通过一相机安装支架29固定在箱体20的上方，该相机30的镜 头竖直朝下与半透半反镜17的透光面斜向相对。为避免环境光(自然光)的干扰，该相机30的镜头上加装了滤镜，使得镜头只接收光源111发出的光。比如，当光源111采用红外LED时，则该镜头加装红外滤镜。
该表面特征检测装置的工作原理是：从光源111发出的光束41，经过反射镜13反射后投射到菲涅尔透镜15的吸光面151上，菲涅尔透镜15将发散的光束41变成轻微收敛并接***行的光束43并从透光面153射出，该光束43再投射到半透半反镜17的反射面上，由于该半透半反镜17与水平成45度，其中一部分光束被反射到待检测物体70表面，如果待检测物体70表面足够光滑，就会产生镜面反射，光束45按照特定路线穿过半透半反镜17进入到相机30的镜头中。如果待检测物体70表面有气泡80等缺陷特征，光束47就会偏离特定路线，最后也就无法到达相机30，在成像上就会形成黑斑，极便于后面的图像处理。
通过半透半反镜17可以使得入射到待检测物体70表面的光束和从待检测物体70表面反射到相机30的光束同轴，这样相机30就能在待检测物体70表面的正上方进行拍摄，而不会产生相机斜拍物体产生的图像畸变。
通过频闪控制方法，使得仅在相机30需要拍摄时才点亮LED光源111，这样可以大大降低功耗，并且能增加LED的亮度。比如使用该表面特征检测装置对传送带上的若干卡片进行检测，当卡片在传送带上移动时，通过传感器探测到待检测物体，发信号给控制板，控制板一方面控制光源111使其点亮，另一方面控制相机30开始拍摄。待拍摄完成，光源111关闭，等待下一个卡片到来。如此以来，可以使光源111亮度更大(极短时间内可以达到额定功率的两倍，而整个时间内的平均功率却很低)，同时可以节能。
通过合理设计箱体20的体积、菲涅尔透镜15的尺寸、半透半反镜17的尺寸、相机30的镜头的高度等参数，可以把检测视场做得较大范围，如此能适应于更多场合。
在其他实施例中，也可用其他聚光元件来替代菲涅尔透镜，比如凸透镜。由于菲涅尔透镜的尺寸可以在低成本的情况下将尺寸做得很大，便于适应更多的测试应用和场合。
在其他实施例中，从点光源发出的光可以直接照射到菲涅尔透镜上，而无需先通过反射镜反射，此时点光源必须设置于菲涅尔透镜的焦距点附近，但如 此以来，会增加箱体的尺寸，不利于安装。
通过实验证明，采用本实用新型的表面特征检测装置检测物体表面特征的检测效果明显优于传统检测装置。
综上所述，本实用新型的表面特征检测装置具有几方面优点：
1.无畸变成像：该装置采用特别的光路设计，特别是菲涅尔透镜与半透半反镜的组合，能很好克服图像的畸变，区别于市场上的同类产品。
2.节省空间，外观简约，易于安装：该装置采用反射镜与光源组合，有效地节省了安装空间；该装置外观为箱状，尺寸是360×350×230mm，结构紧凑，设计精巧。
3.不受环境光影响：该装置采用红外LED作为光源，并在镜头端加红外滤镜，能很好与环境光分离开来。
4.低功耗，低散热：该装置采用点LED和特殊控制方法，功耗非常低，额定功率小于1W，低于市场上的同类产品。
5.大视场，可调节：该装置最大视场可达150×200mm，能够满足小到芯片、大到钞票的表面特征检查。
虽然本专利参照当前的较佳实施方式进行了描述，但本技术领域的普通技术人员应当认识到，上述较佳实施方式仅用来说明本专利，并非用来限定本专利的保护范围，任何在本专利的精神和原则范围之内，所做的任何修饰、等效替换、改进等，均应包含在本专利的权利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种表面特征检测装置，包括一光源装置及一相机，其特征在于：还包括一聚光元件及一半透半反镜，该聚光元件包括一吸光面和一透光面，该聚光元件的吸光面用于吸收光源装置的发散光并将其转化成收敛光束从透光面射出，该半透半反镜与平行光束方向成45度方向设置，该相机设于该半透半反镜的透光侧，待检测物体设于该半透半反镜的反光侧。
2.如权利要求1所述的表面特征检测装置，其特征在于：还包括一反射镜，该反射镜设于该聚光元件的吸光面的右侧，该光源装置设于该反射镜的上方，该反射镜与水平成45度设置，该反射镜的反射面与聚光元件的吸光面斜向相对。
3.如权利要求2所述的表面特征检测装置，其特征在于：该聚光元件为菲涅尔透镜，该菲涅尔透镜为竖直设置。
4.如权利要求3所述的表面特征检测装置，其特征在于：该半透半反镜的反射面与该菲涅尔透镜的透光面斜向相对，该半透半反镜的反射面与水平面成45度设置，该待检测物体设于该半透半反镜的反射面的下方，该待测物体成水平设置。
5.如权利要求4所述的表面特征检测装置，其特征在于：该相机的镜头竖直朝下与该半透半反镜的透光面斜向相对。
6.如权利要求5所述的表面特征检测装置，其特征在于：还包括一箱体，该箱体为空心的矩形箱体，所述聚光元件、半透半反镜及反射镜均设于该箱体中，该反射镜、聚光元件及半透半反镜从右至左依次排列，该相机及光源装置分别位于该箱体顶部的左右两侧。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的表面特征检测装置，其特征在于：该光源装置包括一LED点光源。
8.如权利要求7所述的表面特征检测装置，其特征在于：该LED点光源为红外LED，该相机的镜头上配有红外滤光镜。
9.如权利要求7所述的表面特征检测装置，其特征在于：该LED点光源采用频闪的方式控制其亮度。
10.如权利要求7所述的表面特征检测装置，其特征在于：该光源装置还包括一光源固定座、一光学扩散膜及一外壳，该外壳为倒锥形，该外壳的底部与箱体的顶部相连并与箱体的内部相通，该外壳的顶部具有一圆形开口，该光源固定座卡扣于该开口中与外壳连接；该光源固定座为中空的圆柱体，该光源设于该光源固定座内侧上方，光学扩散膜设于该光源固定座内侧下方并与光源相对。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110262092A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-09-20 | 合刃科技（武汉）有限公司 | 一种基于机器视觉***的液晶屏检测方法 |
| CN110501343A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-11-26 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 光源装置、表面缺陷检测方法和装置 |
| CN111213040A (zh) * | 2018-08-10 | 2020-05-29 | 合刃科技（深圳）有限公司 | 振动监控方法和*** |
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2011
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| CN110501343B (zh) * | 2019-08-23 | 2022-04-29 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 光源装置、表面缺陷检测方法和装置 |
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