一种手机盖板玻璃缺陷检测系统及方法与流程

1.本发明涉及玻璃检测技术领域，具体而言，涉及一种手机盖板玻璃缺陷检测系统及方法。


背景技术：

2.手机玻璃盖板是贴合在触摸屏的最表层并作为保护屏幕和美化产品的作用。手机盖板玻璃进行丝印工艺前，需要保证来料的良率，以免造成批次印刷不良。常见的手机盖板玻璃缺陷，主要包括擦伤、凹凸等，最小缺陷尺寸可以达到10um量级。近年来随着全面屏的推广，手机盖板玻璃形状由原来的平板玻璃向2.5d和3d造型发展，圆弧面上的缺陷检测，成为了视觉检测技术面临的挑战。
3.目前，通常采用成像系统作为图像获取的输入端，以获得高质量的圆弧面上的缺陷图像。其中，高精度的可靠打光照明技术直接决定着2.5d和3d盖板玻璃缺陷在图像里的效果，是缺陷检测的关键技术，而采用普通的非结构光即条纹光照明，由于光线角度太多，无法有效利用缺陷的起伏特征，缺陷在图像中没有呈现，因此无法进行图像缺陷识别，而当前主流结构光主要是利用dlp投影或是利用光栅加镜头进行投影，其光学镜片系统复杂，且造价高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种手机盖板玻璃缺陷检测系统，该缺陷检测系统光源结构简单可靠性高，以极低的成本在检测应用中实现了条纹结构光的效果。
5.本发明的另一目的在于提供一种手机盖板玻璃缺陷检测方法，该方法通过在图像中观察条纹的特征变形来识别缺陷。
6.本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
7.一方面，本技术实施例提供一种手机盖板玻璃缺陷检测系统，包括检测平台和设置在上述检测平台上的缺陷检测工位，上述缺陷检测工位一侧设有光发射单元，上述缺陷检测工位与上述光发射单元之间设有柱透镜，上述缺陷检测工位、上述柱透镜与上述光发射单元位于同一水平线上，上述缺陷检测工位上方垂直设有图像采集单元。
8.在本发明的一些实施例中，上述光发射单元为多个led颗粒形成的led阵列。
9.在本发明的一些实施例中，多个上述led颗粒呈一条直线排列形成上述led阵列。
10.在本发明的一些实施例中，两个相邻上述led颗粒的中心间距为6.8-7mm。
11.在本发明的一些实施例中，上述光发射单元与上述缺陷检测工位之间的间距为84-112mm。
12.在本发明的一些实施例中，上述光发射单元与上述柱透镜之间的间距为7-8mm。
13.在本发明的一些实施例中，上述柱透镜包括双凸柱透镜和圆柱状透镜中的一种。
14.在本发明的一些实施例中，上述图像采集单元为工业相机。
15.另一方面，本技术实施例提供一种手机盖板玻璃缺陷检测方法，包括以下步骤：
16.光发射单元发出的光束经柱透镜汇聚后，将点光斑转换成线斑，以5-10度的光线发散角出射至盖板玻璃；
17.经盖板玻璃圆弧面形成曲面压缩镜像后，在盖板玻璃圆弧面产生黑白条纹光图像；
18.基于图像的几何形状对缺陷进行分类，进而得到盖板玻璃的缺陷信息。
19.本发明的一些实施例中，上述缺陷分类步骤具体为：当图像中出现黑点时，将盖板玻璃的缺陷分为凸点缺陷；当图像中出现环形时，将盖板玻璃的缺陷分为凹坑缺陷；当图像中出现线状密集黑点时，将盖板玻璃的缺陷分为擦伤缺陷。
20.相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
21.在本发明实施例中，光发射单元、柱透镜与设置在同一水平线上，图像采集单元垂直设置在缺陷检测工位上方，光发射单元发出的光束经柱透镜汇聚后，将点光斑转换成线斑，出射至盖板玻璃，且柱透镜可光束的出射角进行一个维度的平行准直，以保证照明区域的均匀性，提升照明亮度；利用圆弧面曲面镜像压缩原理，将待测盖板玻璃的面型作为考虑，将光发射单元、柱透镜与待测盖板玻璃的圆弧面作为整体进行光学设计，使得光发射单元发出的光束在待测盖板玻璃的圆弧面上形成了条纹光，图像采集单元可采集到黑白条纹图像，实现方案成本的大幅度降低。
22.进一步的，采用现有的dlp或者光栅投影，也可以构造条纹结构光，实现缺陷的检测，但其不考虑被测物体的形态特征，因此需要对光束进行多级变换整形，才能保证光源出射就是条纹光，而本发明实施例中既不需要通过dlp技术中复杂的dmd微透镜控制，也不存在光栅投影技术中的精密光栅器件，而是采用普通的led颗粒、柱透镜和待测盖板玻璃圆弧面统一进行光学设计，将待测盖板玻璃圆弧面当作柱状凸面镜考虑进来，作为光源整形元件之一，而凸面镜本身曲率特点决定了凸面镜上会呈现压缩像，由于原始的led颗粒是分立有间隔的，因此压缩像也是分立有间隔的，通过选取led颗粒合适的间距排布就呈现了黑白相间的条纹效果，通过柱透镜对led颗粒发散角在一个维度进行压缩，来保证照明范围的均匀性，从最大程度上利用了被测物体的表面特征，不需要昂贵的器件和复杂的系统就可以实现条纹结构光照明效果。
23.实际使用时，将待测盖板玻璃置于缺陷检测工位上，光发射单元通电，盖板玻璃圆弧面出现条纹光，通过缺陷检测工位上方的图像采集单元进行采集图像，直到采集到盖板玻璃圆弧面的全部图像，对图像进行分析，得到待测盖板玻璃的缺陷信息。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
25.图1为本发明手机盖板玻璃缺陷检测系统的主视图；
26.图2为本发明手机盖板玻璃缺陷检测系统的俯视图；
27.图3为本发明手机盖板玻璃凸点缺陷的示意图；
28.图4为本发明手机盖板玻璃凹坑缺陷的示意图；
29.图5为本发明手机盖板玻璃擦伤缺陷的示意图。
30.图标：1-检测平台；2-光发射单元；3-柱透镜；4-缺陷检测工位；5-图像采集单元。
具体实施方式
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
32.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
34.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
35.在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。
36.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.实施例1
38.请参照图1和图2，本发明实施例提供一种手机盖板玻璃缺陷检测系统，包括检测平台1和设置在上述检测平台1上的缺陷检测工位4，上述缺陷检测工位4一侧设有光发射单元2，上述缺陷检测工位4与上述光发射单元2之间设有柱透镜3，上述缺陷检测工位4、上述柱透镜3与上述光发射单元2位于同一水平线上，上述缺陷检测工位4上方垂直设有图像采集单元5。
39.在本实施例中，该手机盖板玻璃缺陷检测系统包括光发射单元2、柱透镜3、缺陷检测工位4和图像采集单元5，光发射单元2、柱透镜3与设置在同一水平线上，图像采集单元5垂直设置在缺陷检测工位4上方，光发射单元2发出的光束经柱透镜3汇聚后，将点光斑转换成线斑，出射至盖板玻璃，且柱透镜3可光束的出射角进行一个维度的平行准直，以保证照明区域的均匀性，提升照明亮度；利用圆弧面曲面镜像压缩原理，将待测盖板玻璃的面型作为考虑，将光发射单元2、柱透镜3与待测盖板玻璃的圆弧面作为整体进行光学设计，使得光发射单元2发出的光束在待测盖板玻璃的圆弧面上形成了条纹光，图像采集单元5可采集到黑白条纹图像，实现方案成本的大幅度降低。
40.实际使用时，将待测盖板玻璃置于缺陷检测工位4上，并以圆弧边正对光发射单元
2，将光发射单元2通电，盖板玻璃圆弧边出现条纹光，通过缺陷检测工位4上方的图像采集单元5进行采集图像，直到采集到盖板玻璃圆弧面的全部图像，对图像进行分析，得到待测盖板玻璃的缺陷信息。
41.实施例2
42.请参照图1和图2，本实施例提供一种手机盖板玻璃缺陷检测系统，与实施例1提供的手机盖板玻璃缺陷检测系统，其主要区别在于：上述光发射单元2为多个led颗粒形成的led阵列。
43.进一步的，在实施例1的基础上，选用led颗粒形成的led阵列作为光发射单元2，采用普通的led颗粒、柱透镜3和待测盖板玻璃圆弧面统一进行光学设计，将待测盖板玻璃圆弧面当作柱状凸面镜考虑进来，作为光源整形元件之一，而凸面镜本身曲率特点决定了凸面镜上会呈现压缩像，由于原始的led颗粒是分立有间隔的，因此压缩像也是分立有间隔的，通过选取led颗粒合适的间距排布就呈现了黑白相间的条纹效果，通过柱透镜3对led颗粒发散角在一个维度进行压缩，来保证照明范围的均匀性，从最大程度上利用了被测物体的表面特征，不需要昂贵的器件和复杂的系统就可以实现条纹结构光照明效果。
44.实施例3
45.请参照图1和图2，本实施例提供一种手机盖板玻璃缺陷检测系统，与实施例2提供的手机盖板玻璃缺陷检测系统，其主要区别在于：多个上述led颗粒呈一条直线排列形成上述led阵列。
46.在本实施例中，由于盖板玻璃圆弧面是一个柱状圆弧面，并不是球面，圆弧只是在一个方向上，因此led颗粒的阵列设计也都是在圆弧方向上，led颗粒呈一条直线排列以形成黑白相间的条纹。
47.实施例4
48.请参照图1和图2，本实施例提供一种手机盖板玻璃缺陷检测系统，与实施例3提供的手机盖板玻璃缺陷检测系统，其主要区别在于：两个相邻上述led颗粒的中心间距为6.8-7mm。
49.在本实施例中，led颗粒直径为3.45mm，按照led颗粒发光区形成白条，led颗粒间隔区不发光形成黑条，条纹黑白宽度相等进行设计，因此颗粒间隔也需要3.45mm，考虑安装公差为
±
0.1mm，故间隔范围是3.35-3.55mm，因此两个相邻led颗粒的中心间距范围是3.45+3.35＝6.8mm到3.45+3.55＝7mm。
50.实施例5
51.请参照图1和图2，本实施例提供一种手机盖板玻璃缺陷检测系统，与实施例4提供的手机盖板玻璃缺陷检测系统，其主要区别在于：上述光发射单元2与上述缺陷检测工位4之间的间距为84-112mm。
52.在本实施例中，选取12颗led颗粒，两个相邻led颗粒的中心间距选定7mm，故led阵列总发光面长度是12*7＝84mm，手机盖板玻璃圆弧边高度为6-8mm，根据凸面镜成像原理，led阵列总发光面经过盖板玻璃圆弧边形成的缩小像高度也是6-8mm，此时凸面镜的放大率为6/84＝0.071倍到8/84＝0.095倍，按照几何光学原理，物像距离关系也符合放大倍率关系，led阵列看做物，凸面镜成的缩小像看做像，像距为8mm，则物距为8/0.085＝84mm到8/0.071＝112mm，因此物距范围选择84-112mm。
53.实施例6
54.请参照图1和图2，本实施例提供一种手机盖板玻璃缺陷检测系统，与实施例5提供的手机盖板玻璃缺陷检测系统，其主要区别在于：上述光发射单元2与上述柱透镜3之间的间距为7-8mm。
55.在本实施例中，选用直径30mm的柱透镜3，其焦距为7.5mm，采用7.5mm的工作距离，可使led颗粒位于柱透镜3焦点位置，从而最大限度的压缩led颗粒的原始发散角，使出射光角度控制在10度以内，考虑安装公差为
±
0.5mm，故光发射单元2与柱透镜3之间的间距为7-8mm。
56.实施例7
57.请参照图1和图2，本实施例提供一种手机盖板玻璃缺陷检测系统，与实施例1提供的手机盖板玻璃缺陷检测系统，其主要区别在于：上述柱透镜3包括双凸柱透镜和圆柱状透镜中的一种。
58.在本实施例中，双凸柱透镜和圆柱状透镜两端均存在圆弧，光发射单元2发出的光束必须经过存在两段圆弧的柱透镜3才能对于光线具有汇聚作用。
59.实施例8
60.请参照图1和图2，本实施例提供一种手机盖板玻璃缺陷检测系统，与实施例1提供的手机盖板玻璃缺陷检测系统，其主要区别在于：上述图像采集单元5为工业相机。
61.在本实施例中，工业相机可对下方盖板玻璃进行拍摄，并呈现出黑白条纹图像。
62.实施例9
63.请参照图3、图4和图5，本发明实施例提供一种手机盖板玻璃缺陷检测方法，包括以下步骤：
64.光发射单元2发出的光束经柱透镜3汇聚后，将点光斑转换成线斑，以5-10度的光线发散角出射至盖板玻璃；
65.经盖板玻璃圆弧面形成曲面压缩镜像后，在盖板玻璃圆弧面产生黑白条纹光图像；
66.基于图像的几何形状对缺陷进行分类，进而得到盖板玻璃的缺陷信息。
67.在本实施例中，该方法应用于手机盖板玻璃圆弧面缺陷检测，利用了盖板玻璃圆弧面镜像效果，使得光源出射光在圆弧面上形成了明暗相间的区域，缺陷的起伏特征会形成阴影导致条纹变形，因此可以再图像中观察到条纹变形来识别缺陷。
68.实施例10
69.请参照图3、图4和图5，本实施例提供一种手机盖板玻璃缺陷检测方法，与实施例9提供的手机盖板玻璃缺陷检测系统，其主要区别在于：上述缺陷分类步骤具体为：当图像中出现黑点时，将盖板玻璃的缺陷分为凸点缺陷；当图像中出现环形时，将盖板玻璃的缺陷分为凹坑缺陷；当图像中出现线状密集黑点时，将盖板玻璃的缺陷分为擦伤缺陷。
70.在本实施例中，分析图像的几何形状，黑白条纹未变形时即次盖板玻璃圆弧面不存在缺陷，当黑白条纹图像中出现不规则的黑点时，此时即存在凸点缺陷，黑白条纹图像中出现环形时，即存在凹坑缺陷，黑白条纹图像中出现线状密集黑点时，即存在擦伤缺陷。
71.综上所述，本发明的实施例提供一种手机盖板玻璃缺陷检测系统，该手机盖板玻璃缺陷检测系统包括光发射单元2、柱透镜3、缺陷检测工位4和图像采集单元5，光发射单元
2、柱透镜3与设置在同一水平线上，图像采集单元5垂直设置在缺陷检测工位4上方，光发射单元2发出的光束经柱透镜3汇聚后，将点光斑转换成线斑，出射至盖板玻璃，且柱透镜3可光束的出射角进行一个维度的平行准直，以保证照明区域的均匀性，提升照明亮度；利用圆弧面曲面镜像压缩原理，将待测盖板玻璃的面型作为考虑，将光发射单元2、柱透镜3与待测盖板玻璃的圆弧面作为整体进行光学设计，使得光发射单元2发出的光束在待测盖板玻璃的圆弧面上形成了条纹光，图像采集单元5可采集到黑白条纹图像，实现方案成本的大幅度降低。
72.进一步的，采用现有的dlp或者光栅投影，也可以构造条纹结构光，实现缺陷的检测，但其不考虑被测物体的形态特征，因此需要对光束进行多级变换整形，才能保证光源出射就是条纹光，而本发明实施例中既不需要通过dlp技术中复杂的dmd微透镜控制，也不存在光栅投影技术中的精密光栅器件，而是选用led颗粒形成的led阵列作为光发射单元2，采用普通的led颗粒、柱透镜3和待测盖板玻璃圆弧面统一进行光学设计，将待测盖板玻璃圆弧面当作柱状凸面镜考虑进来，作为光源整形元件之一，而凸面镜本身曲率特点决定了凸面镜上会呈现压缩像，由于原始的led颗粒是分立有间隔的，因此压缩像也是分立有间隔的，通过选取led颗粒合适的间距排布就呈现了黑白相间的条纹效果，通过柱透镜3对led颗粒发散角在一个维度进行压缩，来保证照明范围的均匀性，从最大程度上利用了被测物体的表面特征，不需要昂贵的器件和复杂的系统就可以实现条纹结构光照明效果。
73.实际使用时，将待测盖板玻璃置于缺陷检测工位4上，并以圆弧边正对光发射单元2，将光发射单元2通电，盖板玻璃圆弧边出现条纹光，通过缺陷检测工位4上方的图像采集单元5进行采集图像，直到采集到盖板玻璃圆弧面的全部图像，对图像进行分析，得到待测盖板玻璃的缺陷信息。
74.另外，本发明还提供一种手机盖板玻璃缺陷检测方法，该方法应用于手机盖板玻璃圆弧面缺陷检测，利用了盖板玻璃圆弧面镜像效果，使得光源出射光在圆弧面上形成了明暗相间的区域，缺陷的起伏特征会形成阴影导致条纹变形，因此可以再图像中观察到条纹变形来识别缺陷。
75.以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。