专利名称：对玻璃窗的检验的制作方法
技术领域：
本发明涉及对玻璃窗的检验(inspection of glazing)，具体地 说，涉及检验玻璃窗的变形和非变形的瑕疯(fault)。
背景技术：
在生产期间，对用于汽车玻璃窗的玻璃进行各种缺陷的检验， 这些缺陷可能会影响成品玻璃窗产品的光学质量。例如，玻璃可能 会具有由于处理而导致的瑕疯，例如，用于将玻璃切割成合适大小 的切割和研磨处理造成的边缘瑕疯、发亮物(brillantatura )和毛刺 (shiner)。或者，瑕疯可能由于从用于使玻璃成形的煅烧和弯曲处 理造成的变形、厚度和曲率变化而引起。例如，当通过成形的玻璃 观看物体时，可以看到二次图像。对于单层和多层玻璃窗，情就是 这样。
瑕疵也可以在玻璃体内部由玻璃制造工艺引起，或者在玻璃表 面上由制造期间或制造以后的处理引起。例如，使用浮法工艺 (float process)制造的玻璃可能在玻璃体内或在碎玻璃(回收的玻 璃)还没有完全熔化并形成熔融区的区域内具有小气泡和硫化镍内 含物。玻璃表面可能具有锡斑点(tin specks)、辊子印记(由玻璃 韧化炉辊子造成)、磨损、碎片或辊裂印痕(chips and chill cracks)。虽然这些瑕疯中的 一 些可以在玻璃离开浮法线(float line)和诸如煅烧和弯曲的进一步的处理之间被检测到，但是某些瑕 疯例如磨损，由于它们可以在玻璃处理的任何点出现，因此要到最 终的检验才能被检测到。这些瑕疯对玻璃窗的最终的质量、表面外 观和耐用性都有影响。
通常，使用光学检验方法来检测玻璃中的瑕疵。在这些方法中，用透射光或反射光照射玻璃，并且在透射光中的变化用来确定 是否有瑕疯。
一种众所周知的质量检验方法是阴影照相法。在局部
光源(高强度点光源)和屏幕之间放置玻璃窗(glazing)，该玻璃 窗的阴影图像(shadowgraphic image)被投影到屏幕上，并使用 CCD (电荷耦合装置)照相机记录该阴影图像。玻璃窗的阴影照相 法的特征在于照度变化，这种照度变化与玻璃窗的透射变形有关， 是由玻璃厚度的变化导致的。这些厚度变化导致称为"光楔"的效 应，其中，玻璃的浅的、楔形部分被看见，从而导致造成光学变形 的光偏转。光楔角的变化导致光会聚或发散，从而给出阴影照相法 的照度变化。阴影照相法可以从平坦的或弯曲的玻璃窗产生，并且 可以作为最终的检验步骤结合到玻璃处理线中。
也可以使用其它光学技术进行玻璃的检验。可以使用明场和暗 场技术使玻璃内的瑕疯成像。可以使用明场技术来检测小瑕疵(尺 寸小到0.2mm)，在焦点对准时，可以使用明场技术来检测非变形 瑕疯，在焦点没有对准时，可以使用明场技术来检测变形。也可以 使用暗场技术来检测小瑕疵(尺寸小到0.2mm)。但是，由于所有 的瑕疯都散射光，所以变形瑕疯的图像可以在焦点对准时被观察 到。变形瑕疵也可以使用阴影照相技术被观察到。
需要不同的明场和暗场测量来建立玻璃窗质量的精确图片。由 每种技术产生的图像可以使用独立的检测器记录并在处理步骤中被 结合。或者，单个图像的明场和暗场图像分量可以组合到一个检测 器上。但是，当这样做时，在暗场信号中的峰值与明场信号中的波 谷的结合可能导致低的组合响应，由于散射光从而产生暗场图像的 许多瑕疯将在明场图像中吸收光。另外，测量到的信号的动态范围 被受到损害，并且信息被丟失。因此，确定瑕疵是否存在或者是否 满足合格/不合格标准是复杂的，并且可能发生错误拒绝。因此，这 样的方法难以在生产线上成功地实现。
因此，期望找到一种方法将明场和暗场技术有效地结合，以便 用于光学检验方法中。
发明内容
本发明旨在通过一种检验玻璃窗瑕疵的方法解决现有技术中的
方法的问题，该方法包括使用具有第一波长的光照射玻璃窗，以 便产生明场图像；使用具有第二波长的光照射玻璃窗，以便产生暗 场图像；使用具有第一波长的光照射玻璃窗，以便产生阴影图像； 以及使用 一个图像捕获装置捕获明场图像、暗场图像和阴影图像。
通过使用不同的波长产生明场图像和暗场图像并且同时产生阴 影图像，可以使用一个图像捕获装置记录图像。通过使用一个图像 捕获装置，以相同方式将每个图像都聚焦到该装置上，从而得到可 以例如通过加或减进行组合的具有相同几何形状的图像。这样导致 改进对变形瑕疯和非变形瑕疯的检测。
优选地，使用公共透镜将明场图像、暗场图像和阴影图像聚焦 在图像捕获装置上。
优选地，使用来自同一光源的光形成明场图像和阴影图像。优 选地，使用公共透镜将阴影图像聚焦在图像捕获装置上。
优选地，图像捕获装置是CCD (电荷耦合装置)照相机。
具有第一波长的光优选地由点光源产生。该点光源可以是LED (发光二极管)。优选地，具有第二波长的光优选地由线光源产 生。该线光源可以包含LED (发光二极管)线性阵列。优选地，被 检验的玻璃窗是汽车玻璃窗。
本发明还提供用于执行这种方法的设备。
现在将只通过示例的方法参考附图对本发明进行描述，在附图中..
图l是设置用于明场成像的光学检验设备的示例性光线图2是设置用于暗场成像的光学检验设备的示例性光线图；并
且
图3是用于执行本发明的方法的光学检验设备的示例性光线图。
具体实施例方式
在本发明中，已经认识到了，来自两个不同波长光源的光可以 用来产生玻璃窗中的瑕疵的明场图像和暗场图像，并且可以使用一 个图像捕获装置进行检测。通过成功地结合明场和暗场技术，也可 以使用与用于明场图像的光源相同的光源产生玻璃窗的阴影图像。
图1是设置用于明场成像的光学检验设备的示例性光线图。具
光学检验设备10被示出，其中，处于合适的位置的玻璃窗11 (在未 示出的支架上被支撑)在透射光中被检测。设备IO包括LED (发光 二极管)点光源12， LED点光源12发射由大反射镜13反射并入射 到玻璃窗11上的光。来自LED点光源12的光由小反射镜14引导 到大反射镜。条状球面反射镜15被直接置于玻璃窗11后，并将光 穿过玻璃窗反射回到大反射镜13。然后，该光由大反射镜13反射， 通过小反射镜14的边缘，返回到图像捕获装置16。图像捕获装置 16记录非变形缺陷的清晰图像和变形缺陷的模糊图像。图像捕获装 置16也能够检测由玻璃窗内的任何楔形效应造成的照度变化，允许 阴影图像同时被记录。该阴影图像是存在于玻璃窗中的任何变形缺 陷的模糊图像。光从玻璃窗11传播到条状球面反射镜13并再次返 回，从而使得缺陷在反射镜后出现并且因此焦点没有对准。或者， 可以使用分束器代替小反射镜14，在这种情况下，该设备被设置为 使得由大反射镜13反射到图像捕获装置16的光也穿过该分束器。
在图1中，为了清晰起见，从小反射镜14传播到大反射镜13 的光与从大反射镜13返回到图像捕获装置16的光之间的角度被夸 大了。在实际中，该角度被最小化，以确保传播到球面反射镜14并 从球面反射镜14反射的光沿着相同路径传播，从而使得每个缺陷只 有一个图像被检测到。如果想要的话，可以去除大反射镜13，并且 使光源12和图像捕获装置16都直接指向玻璃窗11。在这种情况 下，条状球面反射镜15由全球面反射镜代替。图2是设置用于暗场成像的光学检验设备的示例性光线图。具 光学检验设备20被示出，其中，处于合适的位置的玻璃窗11 (在未 示出的支架上被支撑在透射光中被检测。设备20包括在玻璃窗11 后垂直地布置的LED (发光二极管)线光源21，并且大约lm长， 该LED线光源21包括LED线性阵列。线光源21被这样放置，使 得直接透过玻璃窗的光穿过大反射镜13的一侧，从而使得只有被玻 璃窗内由缺点和缺陷所散射的光被大反射镜13反射到图像捕获装置 16。随着包括变形瑕疵的所有瑕疵散射光，图像捕获装置16记录所 有的清晰的瑕疵。
图3是用于执行本发明方法的光学检验设备的设置的平面图。 在图1中示出的明场成像设备和在图2中示出的暗场成像设备已经 被组合为一个光学探测系统。系统30允许玻璃窗11在透射光中被 检验，并且允许明场图像和暗场图像被记录在一个图像捕获装置 上。由LED点光源12产生的阴影图像也可以被记录。变形瑕疯在 阴影图像中通过亮区域或"光晕"突出显示。
为了结合明场和暗场成像，两个光源以不同的波长工作。优选 地，用于明场成像的LED点光源12发射绿光，用于暗场成像的 LED线光源21发射红光。但是，可以为点光源和线光源使用例如激 光器的可替代的光源。就图1中的设备而言，可以使用分束器代替 小反射镜14，这样设置的设备使得向图像捕获装置16反射的光穿过 该分束器(来自LED点光源并形成明场图像的光在图3中被示出为 实线)。
LED线光源21祐 i殳置用来在距离LED点光源12焦点对准地 照射玻璃窗非常近的点照射该玻璃窗(来自LED线光源并形成暗场 图像的光在图3中被示出为虚线，为了清晰起见，其稍微偏离表示 明场图像的线)。被玻璃窗中的瑕疵直接反射或透视的来自LED点 光源12的光从大反射镜13反射到图像捕获装置16，形成明场图 像。从点光源12返回到照相机的光中的照度变化被用来形成阴影图 像。来自LED线光源21的光被玻璃窗中的瑕疯散射，然后由大反射镜13反射到图像捕获装置16，形成暗场图像。直接透过玻璃窗 11的来自线光源21的光没有经过大反射镜12并且不形成捕获图像 的部分。对两种成像技术相同的是，明场图像和暗场图像都通过单 透镜31聚焦到图像捕获装置16上。因此，明场图像和暗场图像在 图像捕获装置16处例如通过加或减被组合。如果产生阴影图像，其 也将使用透镜31聚焦到照相机上，因此将与明场图像和暗场图像组 合。
在图3中，如在图l中一样，为了清晰起见，从小反射镜14传 播到大反射镜13的光与从大反射镜13返回到图像捕获装置16的光 之间的角度被夸大，在实际中该角度被最小化。就图1中的明场设 备而言，如果想要的话，可以去除大反射镜13，并且使光源12和图 像捕获装置16都直接指向玻璃窗11。在这种情况下，条状球面反射 镜15由全球面反射镜代替。
优选地，使用的图4象捕获装置16是L304kc系列Line Scan三 线性彩色CCD照相才几，得自Basler AG, An der Strusbek 60-62， D-22926， Ahrensburg， Germany。该照相机采用具有三条4080个感光 元件线的三线性传感器来提供光语分离，其中一条线由红色滤波器 覆盖， 一条由绿色滤波器覆盖， 一条由蓝色滤波器覆盖。该照相机 可以在自激(free-run)模式下运行，并且具有用于曝光时间控制的 外部触发器。诸如图3中示出的透镜31的附加透镜可以用来将产生 的图像聚焦到照相机上。Areascan照相机可以用作可替代的图像捕 获装置，在这种情况下，条状球面反射镜15由全球面反射镜代替。
每一条感光元件线由90nm的距离分隔开。可以使用这种分离 帮助将由两个光源在玻璃窗处的照明光分开。30倍放大率的透镜被 用来将玻璃窗的图像聚焦到照相机上。这产生了在玻璃窗处的大约 2.7mm的图像分离。通过分离图像，LED线光源21相对于玻璃窗 放置的角度减小，增加被检测的玻璃窗的高度范围，在这一范围 上，LED线光源21可以在不重新放置的情况下使用。当在LED点 光源12中使用蓝色LED时，在蓝色和红色感光元件之间的间距是180pm，因此在玻璃窗的图像间距增加到大约5.4mm。
用来产生明场图像(、)和用于产生暗场图像(、)的两种波 长应当在使用的图像捕获装置的光语范围内。优选地，LED点光源 可以是得自Lumileds Lighting, LLC, 370 West Trimble Road， San Jose， California, 95131 USA的LED光源。优选地，LED线光源可 以是得自 StockerYale (IRL)， Ltd, 4500 Airport Business Pari, Kinsale Road， Cork, Ireland的COBRA Linescan光源。在上述例 子中，用于线光源(红光)的波长是630nrn，用于点光源(绿光) 的波长是540nm。在这些波长处，来自L304kc照相机的未使用的滤 色器的图像通常被抑制。但是，可以使用不同波长的光源和/或具有 不同光镨范围的图像捕获装置来产生明场图像和暗场图像。例如， 可以使用具有适当滤波器的激光或白光光源。
图像一旦被捕获，在存储在存储器存储装置后，就可以立即或 者在以后的日子里通过屏幕显示给操作者，或者由图像处理软件进 行进一步的处理。瑕疵可以显示为在明场图像中的暗区域或者在暗 场图像中的亮区域。对于导致变形的瑕疯，在阴影图像也被产生和 捕获的地方，瑕疵通常在明场图像中被看到，该瑕疯由亮区域或光 晕环绕。该设备允许检测小到100|iim左右的瑕疯。
当使用linescan照相机捕获明场图像、暗场图像和阴影图像 时，玻璃窗通过照相机和光源的焦点移动，从而使得整个玻璃窗被 扫描。这通常是使用传送带系统来完成的。或者，在使用areascan 照相机捕获明场图像、暗场图像和阴影图像时，玻璃窗保持不动， 而图像被捕获。这样的照相机对于离线图像捕获是有用的。
使用适当的自动控制，可以从在处理线或生产线上移动的玻璃 窗捕获图像。本发明的方法可以用于检测单层玻璃窗或叠层玻璃 窗，每层玻璃窗可以是平坦的或者弯曲的。优选地，被检验的玻璃 窗是汽车玻璃窗，例如，侧灯、后灯或挡风玻璃。或者，被检验的 玻璃窗可以用于建筑。优选地，本发明的方法被用作玻璃处理线的 最后的检测。
权利要求
1. 一种检验玻璃窗瑕疵的方法，包括使用具有第一波长的光照射玻璃窗，以产生明场图像；使用具有第二波长的光照射所述玻璃窗，以产生暗场图像；使用具有第一波长的光照射所述玻璃窗，以产生阴影图像；以及使用一个图像捕获装置捕获明场图像、暗场图像和阴影图像。
2. 根据权利要求1所述的方法，还包括使用公共透镜将所述明 场图像、所述暗场图像和所述阴影图像聚焦到所述图像捕获装置上 的步骤。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述明场图像和所 述阴影图像是使用来自同一光源的光形成的。
4. 根据上述权利要求之一所述的方法，其中，所述图像捕获装 置是CCD (电荷耦合装置)照相机。
5. 根据上述权利要求之一所述的方法，其中，具有第一波长的 光由点光源产生。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，点光源是LED(发光二 极管)。
7. 根据上述权利要求之一所述的方法，其中，具有第二波长的 光由线光源产生。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，所述线光源包含LED (发光二极管)线性阵列。
9. 根据上述权利要求之一所述的方法，其中，所述玻璃窗是汽 车玻璃窗。
10. —种用于执行权利要求1到9中的任意一项所述的方法的设备。
11. 一种基本如上文参考附图所描述的检验玻璃窗瑕疵的方法。
全文摘要
本发明公开一种检验玻璃窗瑕疵的方法。该方法包括使用具有第一波长的光照射玻璃窗以产生明场图像，使用具有第二波长的光照射玻璃窗以产生暗场图像。使用一个图像捕获装置捕获明场图像和暗场图像。该明场图像和暗场图像可以通过公共透镜聚焦到图像捕获装置上。另外，可以同时记录阴影图像。该检验方法提供一种用于玻璃窗例如汽车玻璃窗的改进的瑕疵检测系统。
文档编号G01N21/958GK101449151SQ200780018426
公开日2009年6月3日 申请日期2007年3月28日 优先权日2006年3月29日
发明者B·R·希尔 申请人:皮尔金顿集团有限公司