用于检查系统的同轴和漫射照明的制作方法

本申请要求于2017年10月6日提出的美国专利申请第15/727,215号的权益，该美国专利申请要求于2016年10月7日提出的美国临时专利申请第62/405,549号的优先权，这些专利文献的每篇的全部内容通过引用并入本文。

本发明的实施例总体上涉及检查系统。本发明的实施例尤其涉及用于检查系统的照明。

背景技术：

基于相机的检查系统已经用于使小型和/或大量制造部件的检查自动化，或者用于增强小型和/或大量制造部件的人工检查。例如，与在没有这种系统的情况下人工所能实现的相比，基于相机的检查系统能够以更快的速度和/或对于非常小的部件识别出不合格项，诸如制造误差或污染。这些系统需要足够的分辨率来识别被检查部件中的不合格项。若干因素影响基于相机的检查系统以其操作的分辨率。这些因素包括相机的质量、正被检查的部件的性质，以及对部件的照明。在某些应用中，对部件的照明是必要的。仍然存在对增强的基于相机的检查系统的持续需求。

技术实现要素：

描述了一种检查系统。该检查系统包括相机和壳体。该壳体容纳反射罩。该反射罩包括顶点和视口。该视口从顶点偏移。相机被安装以捕获通过视口离开该反射罩的光。并且，多个光源绕着该反射罩布置，使得从多个光源输出的光进入该罩。

本发明实施例的其它特征和优点将从附图和以下的详细说明显而易见。

附图说明

在附图的各图中通过举例而非限制的方式示出了本发明的实施例，个图中类似的附图标记表示类似的元件。

图1是根据实施例的检查系统的透视图。

图2是根据实施例的检查系统的另一透视图。

图3是根据实施例的检查系统的照明壳体的详细透视图。

图4是图3实施例的沿着线aa的横截面视图。

图5是图3实施例的沿着线bb的横截面视图。

图6是图3实施例的沿着线aa的详细横截面视图。

图7是图3实施例的沿着线aa的另一详细横截面视图。

图8是图3实施例的沿着线aa但从相对于图4的横截面视图的不同角度的横截面视图。

图9是图3实施例的沿着线aa但从相对于图4的横截面视图的不同角度的横截面视图。

具体实施方式

本文进一步介绍了与基于相机的检查系统相关的照明部件的诸多方面。基于相机的检查系统可以利用两种类型的照明来照亮被检查的部件。第一种类型的照明是同轴照明。在同轴照明中使用的光通常是单一、窄而强的光束。光束的路径可以被正被检查的部件反射，随后直接进入相机。在某些应用中，所述光束的所有光子基本上都沿着平行的路径传播。由于光束的方向一致性，同轴照明会在由具有不规则轮廓(例如，包含隆起、边缘、断片、折叠、折痕等)的表面反射时留下阴影。同轴照明对于评估表面的斜率或结构特征尤其有用。

第二种类型的照明是漫射照明，其中光从多个方向或角度产生。由角距上接近半球(2π球面度)的光源提供的漫射照明也被称为“阴天”照明。在漫射照明中使用的光沿着许多不同并且通常不可预测的路径传播。与同轴照明相比，漫射照明单位面积的强度更低。因此，漫射照明在需要高通量的应用中可能不太有效。由于漫射照明中光的方向变化，漫射照明可以消除许多(即使不是全部)由表面结构导致的阴影。虽然漫射照明在查看曲面时具有很多优点，但是漫射照明会沿着相机的轴线留下盲点。

同轴照明和漫射照明的组合可以提供每种类型照明的若干优点，并减轻每种类型照明的缺点。但是，修改系统以提供两种类型的照明会带来一些挑战。例如，给小型相机系统提供同轴和漫射照明会产生过多的热量，并且会无法适应传统的构型。

组合同轴和漫射照明的一种类型的系统采用反射罩，漫射光被导向到该反射罩中。正被检查的部件被设置在该反射罩下方。孔被设置在该罩的顶点，与正被检查的部件相对。漫射光被该反射罩反射、被该部件反射、通过该孔到在该反射罩上方的与该孔对准设置的相机。光束在该反射罩上方产生，并被导向通过该孔，其中该光束被正被检查的部件以与该部件的定向正交的角度反射，使得该光束直接往回反射进入该孔到该相机。这种光束的路径要求使用分束器，以使得光束能沿着不同方向通过同一孔。但是，使用分束器必然导致其它有用光的大量损失，因而必须产生更多的光来补偿该损失。

本公开涉及照明系统，其给基于相机的检查系统提供或近似同轴和漫射照明，同时最小化或消除如上所述的复杂性。

图1示出了根据实施例的检查系统1。该检查系统1包括相机安装结构2和照明壳体3。一对管5将相机安装结构2连接到照明壳体3。具体而言，照明壳体3通过该对管5悬挂在相机安装结构2下方。该对管5例如可以由金属形成。相机安装结构2被安装到相机组件6。该相机组件6可以包括相机以及用于拍摄、处理和/或分析图像以识别部件中不合格项所需的任何电路(例如，处理器以及其上存储有程序指令的存储器，该程序指令能够由该处理器执行以执行本文所涉及和/或已知用于拍摄、处理和/或分析图像以识别部件中不合格项的任何功能)。相机组件6包括镜头4(未详细说明)。镜头4被定位在照明壳体3上方，以用于接收通过照明壳体3的反射光。

图2从俯视视图示出了图1的检查系统。在图2的视图中，可以看到反射罩10位于照明壳体3内。反射罩10包括视口12。

图3示出了根据实施例的照明壳体3的详细视图。图3的视图示出了反射罩10包括顶侧11。反射罩10的顶侧11为半球形且为凸形。如图3的视图可以看出，视口12是细长的。例如，视口12可以是特别细长的椭圆形或着具有倒圆端部的矩形。视口12是细长的，以捕获将本身细长的线型视场连接到镜头4的圆形入射光瞳的光线束。这种形状使视口12的面积最小，从而最大化罩内的反射表面，同时不会阻挡(渐晕)连接视场和镜头4的光线。反射罩10的顶点17在图3中示出。如图可见，视口12从反射罩10的顶点17偏移。在照明壳体3内和其下方反射的光正是通过视口12传播到镜头4。

图4示出了照明壳体3的沿着图3实施例的线aa截取的横截面视图。图3的视图还示出了照明壳体3的底侧。图3的视图示出了反射罩10包括底侧13。该底侧13为凹形。底侧13包括漫射高反射表面16。该高反射表面16可以限定反射罩10的底侧13的部分或全部。高反射表面16可以反射基本所有的光，使得该高反射表面16基本上不吸收任何光。反射罩10可以由金属形成，诸如铝、不锈钢或其它金属。反射罩10的底侧13可以涂覆有具有高二氧化钛(tio2)含量的表面粗糙热固化环氧树脂，以在形成高反射表面16时实现大约94％的漫射。另外或可选择地，高反射材料涂层可被施加到反射罩10的底侧13，以形成高反射表面16。在这种情况下，反射罩10本身可以不由高反射材料制成。

图4进一步示出了反射环14。该反射环14可以与反射罩10的底侧13部分地交迭。反射环14包括空隙21。如图所示，空隙21为圆形。如本文将进一步解释的，在照明壳体3内产生并且被高反射表面16反射的光可以传播通过空隙21，以被正被检查的部件反射。随后，被该部件反射的光可以再次传播通过空隙21并且通过视口12到镜头4，以由相机接收。

顶点17在图4的视图中示出。该顶点17可以是高反射表面16的最高点和/或反射罩10的底侧13的中心。顶点17从视口12偏移。光不能透过反射罩10的形成顶点17的材料，并且在理想情况下反射罩10的形成顶点17的材料是高反射的。

图5示出了图3实施例的照明壳体3和该对管5的沿着线bb的横截面视图。该对管5中的每个管是中空的，并且包括通道18。通道18可以运载来自相机安装结构2以在照明壳体3内循环的冷却剂流体。照明壳体3还包括基座19。该对管5可以例如借助螺纹接口来直接附接到基座19。通道18可以与照明壳体3中的流体回路22流体地连接。基座19可以形成环结构，反射罩10位于该环结构内侧。

根据一些实施例，照明壳体3还包括散热器20。散热器20被形成为完全围绕反射罩10的周缘延伸的环。散热器20可以设置在基座19的环结构内。散热器20包括散热片，该散热片增大了散热器20的表面积，以利于更大的传热。流体回路22可以由散热器20的径向外表面和基座19的内表面限定。流体回路22使得冷却剂流体能完全地围绕散热器20和反射罩10流动，从而将热量从照明壳体3经由该对管5移走。

根据一些实施例，照明壳体3还包括安装环23。安装环23的顶侧与散热器20的底侧接触，并且可以附接到散热器20的底侧。如根据图5描述的实施例所示，安装环23环绕反射罩10的周缘。安装环23限定照明壳体3的底侧的一部分。安装环23可以是金属基印刷电路板(mcpcb)。安装环23可以包括由金属(诸如铝、铜或其它金属)形成的导热基层。安装环23还可以包括陶瓷层，该陶瓷层将电路层(具有用于向led提供能量的金属导体)与导热基层分离。

安装环23支撑若干结构。例如，多个光源30被附接到安装环23的底侧，诸如被附接到电路层。该多个光源30被布置成完全围绕反射罩10的周缘延伸的环。例如，光源30可以是led。具有在380-460nm之间的波长的蓝光led可以是优选的。每个led能够以5瓦或更大功率运行。该多个光源30可以包括60个单独的光源，诸如60个led。光源30从其发射光的光源30的表面面向下。光源30的与这些表面相反的背侧邻接安装环23。由该多个光源30产生的热通过安装环23(例如，通过导热基层)传导，该安装环23又将热传导到散热器20。

反射环14可以由金属制成，诸如不锈钢或铝。反射环14可被安装或以其它方式附接到安装环23。反射环14的底侧限定照明壳体3的底侧的一部分。反射环14的顶侧包括高反射表面24。高反射表面24可以是抛光金属和/或反射涂层。高反射表面24可以是镜面的。例如，高反射表面24可以反射所有入射光的大于90％。高反射表面24可以通过电抛光(70％磷，25％硫，5％甘油)反射环14的不锈钢、随后溅射重铜基层、而后镀覆银、铝或金涂层以增加光谱反射率并镀覆保护性石英涂层来形成。高反射表面24可以包括溅射铜基层、镀铜层、镀覆或溅射反射金属层、和/或石英保护层。高反射表面24将由多个光源30发出的光反射到反射罩10的面向下的凹形部分中。具体而言，多个光源30沿向下方向发射光，所述光被反射环14的高反射表面24沿向上方向反射，其中所述光随后被反射罩10的高反射表面16反射一次或多次，直到其沿向下方向通过空隙21离开照明壳体3以照亮正被检查的部件。

反射环14的顶侧包括多个扇形部40。该多个扇形部40排列成环。扇形部40的环的半径可以大于反射罩10的半径。每个扇形部40是反射环14内的凹形(例如半球形)凹部。反射环14的高反射表面24可以限定多个扇形部40，使得每个扇形部40都是高反射的。每个扇形部40可以被定位在相应光源30的正下方。多个扇形部40可以帮助确保从多个光源30发射的光被导向到反射罩10内并且不会反射回到光源30本身(反射回到光源30本身将另外产生过量的热，而没有照明效益)。例如，每个扇形部40的半球形可以防止光在被扇形部40的高反射表面24反射之后侧向传播，其中侧向反射的光会另外传播到另一光源30。

图6是图5的横截面视图的详细部分。图7是图5的横截面视图的另一详细部分。如图所示，多个扇形部40向内倾斜，使得它们的径向外表面高于其径向内表面。每个扇形部40的这种倾斜帮助朝反射罩10将光导向到该反射罩10中。

图8是沿图着3的线aa的横截面视图。应注意，图8视图的视角不同于图4视图的视角。图8的视图包括部件46。该部件46为球形。光路48示出了从光源30沿向下方向发射、被反射环14反射并向上传播以被反射罩10的高反射表面16反射、随后向下传播以被部件46反射的光，在该部件46处所述光随后返回向上传播到视口12以由相机接收。该光路48复制了同轴照明的功能，而不提供相对于相机的传统同轴照明，如本文所述的，该传统同轴照明会另外需要分束器。如果视口12在反射罩10的顶点17处，与部件46正交地反射的光不能被反射通过该视口。这将在部件46的图像中在部件46的正中心处形成空白点，使得在该空白点的任何不合格项不能被识别。在视口12不偏移的情况下，必须提供光源，同时使用分束器来将光向下通过在顶点17处的孔照射并通过在顶点17处的孔返回，从而消除该空白点。通过使视口12从顶点17偏移，本文所述的实施例采取了不同的方法。不需要单独的光源，并且可以收集被部件46正交地反射通过视口12到相机的所有光。因此，视口12从顶点17的偏移允许多个光源30的环提供漫射照明，同时近似具有同轴照明的图像。

图9示出了与图8相同的视图，但突出了视口12从顶点17的角度偏移。相对于部件46(其顶部可被定位在反射环14下方大约0.6英寸)，视口12从顶点17偏移角度x。角度x可以在2至10度的范围内。相对于部件46，视口12的边缘具有10至15度的角窗角度y。相对于位于反射环14在下方并且平行于反射环14的底平面50，视口12从底平面50和部件46之间的交叉点偏移角度z。角度z可以在零位(zero)70至78的范围内。应理解的是，其它范围也是可能的。

检查系统1的相机可以是以1.6微米像素运行的16kcmos线扫描相机。检查系统1的优选应用是识别硬盘驱动器磁头悬架组件的挠曲迹线中的不合格项。例如，检查系统1可以识别在8微米(μm)宽迹线上的不合格项。

本文进一步讨论并在附图中示出了各种实施例的进一步特征和修改。虽然公开了多个实施例，但从示出并描述了本发明的说明性实施例的以下详细描述，本发明的其它实施例对本领域技术人员仍然显而易见。因此，附图和详细描述应视为本质上说明性的，而非限制性的。尽管已经参考优选实施例描述了本发明，但本领域技术人员将意识到，在不背离发明的精神和范围的情况下可以在形式和细节上进行改变。