专利名称：用于检测透明平板的局部缺陷的装置和方法
技术领域：
本发明涉及用于检测诸如原片玻璃板的透明平板的局部缺陷的装置和方法。
技术背景
在诸如原片玻璃板的透明平板的制造过程中可能产生各种缺陷。常见缺陷包括 诸如气泡、石头或节瘤等的夹杂物，以及诸如锡滴、粘锡、滴落物、脏物、划痕、碎片 或灰尘等的表面缺陷。浮法玻璃生产线上的在线检测系统仅对于玻璃板中具有强畸变的 局部缺陷(诸如气泡、石头或节瘤)灵敏，但不能检测具有弱畸变或没有畸变的局部缺 陷，尤其不能检测玻璃板上的表面缺陷(诸如锡滴、辊痕等)。实际上，由表面缺陷导致 的坏品率也是非常高的。人工离线抽样检测常常用于检测不能由在线检测系统检测的缺 陷。但是，人工检测的效率比较低，不能满足对生产线的实时质量控制。
已经开发了许多检测装置和方法用于检测原片玻璃板的局部缺陷。这些装置大 多数是建立在具有不同照明模块的线扫描相机的基础之上的。这些装置中没有一个能够 识别各种局部缺陷，尤其是具有弱畸变或没有畸变的局部缺陷。而且，这些装置大多数 只能确定缺陷的二维位置，难于确定缺陷在玻璃板横断面上的垂直位置。
US5790247A提出了一种用于识别表面缺陷和夹杂物的方法。该方法涉及两种照 明模块，即，内侧照明和外前侧照明。在内侧照明中，具有布置成线光源的光纤抵靠在 玻璃板的边缘。在外侧照明中，光源是成锐角射向玻璃板表面的光。这两种光源以不同 方式照亮缺陷，以使检测装置能够识别缺陷类型以及缺陷位置。该方法只能识别灰尘和 夹杂物，不能确定缺陷的详细类型。
FR2846096A1描述了基于面阵相机以及准直光的装置和方法。该装置包括用于 向玻璃板表面发射平行光束的准直光源、用于在屏幕上显示玻璃表面图像的光学系统、 以及用于分析显示在屏幕上的图像并且识别玻璃表面上的缺陷和确定缺陷位置的两个面 阵相机。玻璃板被光束以在10-70度范围内的角度照亮，从而允许两个相机同时分析 可能导致光束衍射以及散射或反射的缺陷。该装置和方法只能识别具有畸变的缺陷。 FR2846096A1没有清楚描述用于确定缺陷位置的方法。
因此，需要开发一种用于检测透明平板的局部缺陷的装置和方法，该装置和方 法可以克服现有技术中的上述缺点。发明内容
本发明的目的是提供一种用于检测透明平板的局部缺陷的装置和方法，该装置 和方法不仅能够识别透明平板的各种局部缺陷，而且能够确定局部缺陷的三维位置。
根据本发明的一方面，提供一种用于检测透明平板的局部缺陷的装置，包括
用于记录所述将被检测的透明平板的图像的面阵相机，所述面阵相机位于所述 将被检测的透明平板一侧；
位于所述面阵相机与所述将被检测的透明平板之间的镜头；
位于所述将被检测的透明平板一侧并且发射平行光的准直光源，所述平行光能 够从所述准直光源直接投射到所述将被检测的透明平板上、并且被所述将被检测的透明 平板反射到所述镜头，以形成明场反射；
位于所述将被检测的透明平板一侧的低角度环形光源，来自所述低角度环形光 源的光能够与所述将被检测的透明平板的表面成锐角地投射到所述将被检测的透明平板 上、并且与所述将被检测的透明平板的表面成锐角地从所述将被检测的透明平板的表面 反射，以形成暗场反射；以及
位于所述将被检测的透明平板另一侧的背光散射光源，来自背光散射光源的散 射背光能够透过所述将被检测的透明平板，使得大部分散射背光通过所述镜头被所述面 阵相机收集以形成明场透射。
优选地，所述低角度环形光源设置成与所述准直光源和所述镜头同轴。
优选地，所述用于检测透明平板的局部缺陷的装置还包括至少一个测量传感 器，用于测量所述将被检测的透明平板的厚度和平整度变化。
优选地，所述用于检测透明平板的局部缺陷的装置还包括至少一个空气喷嘴， 用于产生气流，以便将灰尘从所述将被检测的透明平板的表面吹掉，从而减少假缺陷的量。
优选地，所述用于检测透明平板的局部缺陷的装置还包括第一控制模块，所述 第一控制模块用于自动控制各个光源的开/关和强度、并且用于控制所述面阵相机以捕 获所述将被检测的透明平板的图像。
优选地，所述镜头是定焦镜头。
优选地，所述用于检测透明平板的局部缺陷的装置还包括电动马达，所述电动 马达通过连接器与所述镜头连接，以便沿着竖直方向移动所述镜头。
优选地，所述面阵相机、所述镜头、所述电动马达、所述准直光源和所述低角 度环形光源被封装成视觉传感器。
优选地，所述视觉传感器不仅能够沿着水平面移动，而且能够沿着与所述水平 面垂直的竖直方向移动，以调整所述视觉传感器的三维位置。
优选地，背光散射光源能够沿着水平面移动。
优选地，背光散射光源的水平移动与所述视觉传感器的水平移动同步进行。
优选地，所述视觉传感器和所述背光散射光源由电动马达自动地移动。
优选地，所述用于检测透明平板的局部缺陷的装置还包括用于自动地控制电动 马达运行的第二控制模块。
优选地，所述用于检测透明平板的局部缺陷的装置还包括用于指挥所述用于检 测透明平板的局部缺陷的装置、并且显示被捕获的图像的计算机系统。
优选地，所述面阵相机是高分辨率的CCD、CMOS或其它面阵相机。
优选地，所述镜头是变焦镜头。
根据本发明另一方面，还提供一种使用所述装置来检测透明平板的局部缺陷的 方法，所述方法包括如下步骤
在所述将被检测的透明平板的表面上设置至少一个标记；
对于将由所述面阵相机捕获的所述透明平板的图像，预定至少一个低分辨率和至少一个高分辨率；
分别在预定低分辨率和预定高分辨率下使所述镜头自动对焦；
在预定低分辨率下对所述将被检测的透明平板进行扫描检测，以确定所有潜在 局部缺陷的水平位置；以及
在预定高分辨率下对所述将被检测的透明平板进行点到点检测，以便识别在预 定低分辨率下通过扫描检测已经检测到的缺陷的详细类型并且计算其详细信息。
优选地，所述镜头是定焦镜头，使所述镜头自动对焦包括分别确定在所述预定 低分辨率和预定高分辨率下从所述面阵相机到所述镜头的像距、和从所述面阵相机到所 述将被检测的透明平板的表面的物距。
优选地，从所述面阵相机到所述镜头的像距分别直接基于所述预定分辨率被确 定；以及
在所述预定分辨率下从所述面阵相机到所述将被检测的透明平板的表面的物距 分别基于所设置的标记和已确定像距被确定。
优选地，从所述面阵相机到所述将被检测的透明平板的表面的物距分别直接基 于所述预定分辨率被确定；以及
在所述预定分辨率下从所述面阵相机到所述镜头的像距分别基于所设置的标记 和已确定物距被确定。
优选地，确定从所述面阵相机到所述镜头的像距包括相对于所述面阵相机调整 所述镜头的竖直位置，使得从所述面阵相机到所述镜头的距离等于在相应分辨率下的像距值。
优选地，确定从所述面阵相机到所述将被检测的透明平板的表面的物距包括在 保持从所述面阵相机到所述镜头的距离等于已确定像距时竖直移动所述面阵相机、并且 获得所述标记的图像的最佳锐度。
优选地，确定从所述面阵相机到所述将被检测的透明平板的表面的物距包括相 对于所述将被检测的透明平板的表面调整所述面阵相机的竖直位置，使得从所述面阵相 机到所述将被检测的透明平板的表面的距离等于在相应分辨率下的物距值。
优选地，确定从所述面阵相机到所述镜头的像距包括在保持从所述面阵相机到 所述将被检测的透明平板的表面的距离等于已确定物距时竖直移动所述镜头、并且获得 所述标记的图像的最佳锐度。
优选地，所述镜头是变焦镜头，使所述镜头自动对焦包括调节所述变焦镜头的 环调节器，以分别获得所述预定低分辨率和预定高分辨率。
优选地，在预定低分辨率下的扫描检测以及在预定高分辨率下的点到点检测过 程中，所述面阵相机相对于所述将被检测的透明平板的表面的竖直位置被进一步调整， 使得从所述面阵相机到所述将被检测的透明平板的表面的距离分别等于在所述预定低分 辨率和预定高分辨率下的物距值。
优选地，在预定低分辨率下对所述将被检测的透明平板进行扫描检测包括控 制所述装置沿着X方向线性地连续移动，接着，在沿着所述X方向的移动完成之后控制 所述装置沿着与X方向垂直的Y方向移动一个距离，其中，当所述装置正沿着X方向线 性地连续移动时，基于每两个相邻图像之间的间隔触发光源闪光、并且同步触发所述面阵相机以上述间隔捕获所述透明平板的图像。
优选地，所有潜在局部缺陷的水平位置通过分析在低分辨率下的扫描检测过程 中获得的图像来确定。
优选地，在同一行的每两个相邻图像之间沿着X方向具有重叠区M、并且在两 个相邻行的图像之间沿着Y方向具有重叠区N。
优选地，所述背光散射光源或所述准直光源被用于在扫描检测过程中照亮所述 透明平板。
优选地，在预定高分辨率下对所述将被检测的透明平板进行点到点检测包括
将所述面阵相机、所述镜头、所述准直光源、所述低角度环形光源和所述背光 散射光源水平地移向由所述扫描检测确定的缺陷的水平位置；
在与所述透明平板厚度相等的距离上竖直向下移动所述面阵相机、所述镜头、 所述准直光源和所述低角度环形光源；以及
在所述面阵相机、所述镜头、所述准直光源和所述低角度环形光源的向下移动 过程中交替地触发三个光源闪光、并且同步捕获从所述透明平板的上表面到下表面的多 个层面的图像，使得对于每个层面获得在三种照明模式下的三幅图像。
优选地，所述缺陷的竖直位置通过分析在三种照明模式下这些被捕获图像的锐 度来确定。
优选地，所述缺陷的详细类型和尺寸通过分析在三种照明模式下的缺陷特征来确定。
优选地，所述的检测透明平板的局部缺陷的方法还包括在点到点检测过程中基 于所述透明平板的厚度或平整度的测量变化自动并且精确地重新调整物距。
优选地，所述的检测透明平板的局部缺陷的方法还包括在点到点检测过程中基 于所述透明平板的厚度或平整度的测量变化自动并且精确地重新调整像距。
优选地，所述将被检测的透明平板是玻璃板。
图1是一个示意主视图，显示了根据本发明的用于检测透明平板的局部缺陷的装置；
图2是一个示意侧视图，显示了根据本发明的用于检测透明平板的局部缺陷的装置；
图3示意地显示了根据本发明的用于检测透明平板的局部缺陷的装置的移动；
图4a示意地显示了低分辨率下的扫描检测模式；
图4b示意地显示了每两个相邻图像之间的重叠；以及
图5a和5b示意地显示了高分辨率下的点到点检测模式。
具体实施方式
以下将参照附图详细描述根据本发明的用于检测透明平板的局部缺陷的装置和 方法。只有根据本发明的用于检测透明平板的局部缺陷的装置的主要组成部件被显示在 附图中，而为了清楚和简洁起见，一些公知的组成部件诸如用于支承主要组成部件的机架没有被显示。根据本发明的转置和方法将示例性地被描述成用于检测玻璃板的局部缺 陷。但是应理解的是，根据本发明的装置和方法可以检测任何透明平板(诸如用于光伏 玻璃、电铬显示器基板，OLED，LED, FPD (LCD&PDP),以及用于薄膜沉积的基板等) 的局部缺陷，以满足无缺陷、高水平和高质量的要求。
参照图1和2，根据本发明的用于检测透明平板的局部缺陷的装置大体包括用于 支承玻璃板1的支架(未示出)。用于记录玻璃板1的图像的面阵相机3位于用于支承 玻璃板1的支架上方。优选地，面阵相机3是高分辨率面阵CCD、CMOS或任何其它面 阵相机。定焦镜头5设置在面阵相机3下方。电动马达7通过连接器9与定焦镜头5连 接，以便沿着竖直方向移动定焦镜头5，使得定焦镜头5相对于面阵相机3的竖直位置， 即，定焦镜头5与面阵相机3之间的距离可被调整以改变面阵相机3的视场(FOV)。
根据本发明的用于检测透明平板的局部缺陷的装置还包括三个照明模块，艮口， 准直光源11、低角度环形光源13和背光散射光源15。准直光源11也位于用于支承玻璃 板1的支架上方。来自准直光源11的平行光沿着准直轴直接投射到玻璃板1上。从玻 璃板1向着定焦镜头5反射的光形成明场反射(BFR)。如果存在具有畸变的缺陷，诸如 在玻璃板1中的石头、节瘤、或气泡，异常的灰度分布出现在玻璃板1在平行光明场反射 下的图像中。
低角度环形光源13也位于用于支承玻璃板1的支架上方、并且设置成与准直光 源11和定焦镜头5同轴。来自低角度环形光源13的光与玻璃板1的表面成锐角地投射 到玻璃板1的表面上、并且与玻璃板1的表面成锐角地从玻璃板1的表面反射。所述锐 角优选地小于45°。在低角度环形光下，如果玻璃板1中不存在缺陷，几乎没有光从玻 璃板1反射到定焦镜头5，玻璃板1的图像是清晰的并且是黑色的。只有那些具有不规则 表面的缺陷诸如锡滴、碎片或灰尘等可将低角度环形光反射到定焦镜头5以形成暗场反 射(DFR)。
背光散射光源15位于用于支承玻璃板1的支架下方。来自背光散射光源15的 散射背光透过玻璃板1，使得大部分散射背光可通过定焦镜头5由面阵相机3收集，以形 成明场透射(BFT)。在明场透射下可获得具有大对比度的清晰照片。具有规则形状的缺 陷诸如气泡可被识别。
优选地，面阵相机3、定焦镜头5、电动马达7、准直光源11和低角度环形光源 13可以被封装成一个视觉传感器17并且位于用于支承玻璃板1的支架上方。
根据本发明的用于检测透明平板的局部缺陷的装置还可以包括至少一个测量传 感器19和至少一个空气喷嘴21。在图1和2中，显示了两个测量传感器19和两个空气 喷嘴21位于用于支承玻璃板1的支架上方。测量传感器19用于测量玻璃板1的厚度和 平整度的变化。空气喷嘴21用于产生气流，以便将灰尘从玻璃板1的上表面吹掉，从而 减少假缺陷的量。
应理解的是，面阵相机3、定焦镜头5、电动马达7、准直光源11、低角度环形 光源13、测量传感器19和空气喷嘴21可以位于用于支承玻璃板1的支架下方。在这种 情况下，背光散射光源15可以位于用于支承玻璃板1的支架上方。
根据本发明的用于检测透明平板的局部缺陷的装置可以包括第一控制模块(未 示出)，以自动控制各个光源的开/关和强度。
根据本发明，包括面阵相机3、定焦镜头5、电动马达7、准直光源11和低角度 环形光源13的视觉传感器17不仅可以沿着水平面移动，而且还可以沿着与水平面垂直的 竖直方向移动，以调整视觉传感器17的三维位置。背光散射光源15可以仅沿着水平面 移动。优选地，背光散射光源15的水平移动与视觉传感器17的水平移动同步进行。优 选地，视觉传感器17和背光散射光源15由相应的电动马达自动地移动。
图3示意地显示了视觉传感器17和背光散射光源15的移动。显示了五个轴XI、 YU ζ、X2和Y2，以限定视觉传感器17和背光散射光源15的移动方向，其中，Z轴与 轴XI、YU X2和Y2垂直。视觉传感器17可以沿着由轴Xl和Yl限定的水平面移动 以调整其水平位置。背光散射光源15可以沿着由轴X2和Y2限定的水平面与视觉传感 器17 —起移动以调整其水平位置。视觉传感器17还可以沿着Z轴移动以调整其竖直位 置。与由电动马达7进行的调整结合，可实现面阵相机3的自动对焦，以便在不同视场和 分辨率下观察玻璃板的图像。测量传感器19和空气喷嘴21与视觉传感器17是分开的、 并且在视觉传感器17的移动过程中位于到玻璃板1的下表面固定距离处。根据本发明的 用于检测透明平板的局部缺陷的装置可以包括第二控制模块(未示出)，以自动控制所有 电动马达的运行。
优选地，根据本发明的用于检测透明平板的局部缺陷的装置可以包括与第一控 制模块、第二控制模块、面阵相机3和测量传感器19连接的计算机系统。计算机系统可 以基于用户的输入信息和来自测量传感器的信息指挥第一控制模块和第二控制模块、并 且显示玻璃板的图像。
根据本发明的用于检测透明平板的局部缺陷的装置可以两种检测模式操作低 分辨率下的扫描检测和高分辨率下的点到点检测。低分辨率下的扫描检测用于检测玻璃 板中所有潜在缺陷。高分辨率下的点到点检测用于识别已经检测到的缺陷的详细类型、 并且计算已经检测到的缺陷的详细信息，诸如三维位置、尺寸等。
以下将参照图4和5解释根据本发明的用于检测透明平板的局部缺陷的装置的操 作。
1、在不同分辨率下的自动对焦
在进行任何检测之前，两个标记23 (图中仅显示了一个标记)分别设置在玻璃板 1的上表面和下表面上，这两个标记23用于校准在不同分辨率下从面阵相机3到玻璃板1 的上表面和下表面的物距。应理解的是，可以在玻璃板1的表面上仅设置一个标记。对 于预定分辨率，具有从面阵相机3到定焦镜头5的确定像距值。通过电动马达7调整定 焦镜头5相对于面阵相机3的竖直位置使得从面阵相机3到定焦镜头5的距离与相应分辨 率的确定像距值对应，可以获得不同视场和分辨率。对于该预定分辨率，通过在保持从 面阵相机3到定焦镜头5的距离等于确定像距值时沿着Z轴竖直移动面阵相机3 (即，视 觉传感器17)、并且获得标记的图像的最佳锐度，两个标记在面阵相机3中被成像，从而 自动地确定在该预定分辨率下从面阵相机3 (或视觉传感器17)到玻璃板1的上表面或下 表面的物距。
在自动对焦过程中，也可以在调整像距之前调整物距。对于预定分辨率，具有 从面阵相机3 (或视觉传感器17)到玻璃板1的表面的确定物距值。在这种情况下，通 过相对于玻璃板1的表面调整面阵相机3 (或视觉传感器17)的竖直位置使得从面阵相机3(或视觉传感器17)到玻璃板1的表面的距离与相应分辨率的确定物距值对应，可以获得 不同视场和分辨率。对于该预定分辨率，通过在保持从面阵相机3 (或视觉传感器17)到 玻璃板1的表面的距离等于确定物距值时沿着Z轴竖直移动定焦镜头5、并且获得标记的 图像的最佳锐度，两个标记在面阵相机3中被成像，从而自动地确定在该预定分辨率下 从面阵相机3到定焦镜头5的像距。
2、低分辨率下的扫描检测
低分辨率下的扫描检测的主要目的是通过在低分辨率下高速地扫描玻璃板1的 整个区域以检测所有潜在缺陷。为此，仅仅一个光源(诸如背光散射光源15或准直光源 11)用于照亮玻璃板1。在预定低分辨率下，当定焦镜头5处于确定像距处、并且视觉传 感器17处于确定物距处时，沿着大体上类似于“Z”的路径进行扫描检测，即，首先， 控制视觉传感器17和背光散射光源15沿着X方向线性地连续移动，接着，在沿着X方 向的移动完成之后控制视觉传感器17和背光散射光源15沿着与X方向垂直的Y方向移 动一个距离。该过程重复进行直到视觉传感器17和背光散射光源15以这种方式通过玻 璃板1的整个区域，如图4a所示。当视觉传感器17和背光散射光源15正沿着X方向 线形地连续移动时，第一控制模块基于每两个相邻图像之间的间隔发出脉冲以触发选定 光源闪光、并且同步控制面阵相机3以上述间隔捕获玻璃板1的图像。为了确保玻璃板 1的所有区域被成像以便被检测，在同一行的每两个相邻图像之间沿着X方向具有重叠区 M、并且在两个相邻行的图像之间沿着Y方向具有重叠区N，如图4b所示。
在低分辨率下的扫描检测过程中，如果背光散射光源15被用于照亮玻璃板1， 除节瘤之外的所有局部缺陷可以通过阀值分割被检测到。如果准直光源11被用于照亮玻 璃板1，通过将玻璃板具有缺陷的图像与玻璃板没有缺陷的清晰图像进行对比，可以检测 所有潜在局部缺陷。所有潜在局部缺陷的水平位置可以通过分析在低分辨率下的扫描检 测过程中获得的图像被确定。
3、高分辨率下的点到点检测
高分辨率下的点到点检测的目的是为了识别由低分辨率下的扫描检测已经检测 到的缺陷的详细类型、并且计算其详细信息，诸如缺陷的竖直位置和尺寸等。在高分辨 率下的点到点检测的过程中，三个光源将被交替地使用。
在进行点到点检测之前，根据自动对焦的校准结果，定焦镜头5被电动马达7移 动到固定竖直位置以获得更小视场和更高分辨率。在该固定竖直位置，从面阵相机3到 定焦镜头5的距离等于与预定高分辨率对应的确定像距值。接着，面阵相机3被沿着Z 轴竖直地移动，使得从面阵相机3 (或视觉传感器17)到玻璃板1的上表面的物距等于与 该预定高分辨率对应的确定物距值以便在玻璃板1的上表面聚焦。
为了识别由扫描检测已经检测到的处于确定水平位置的一个缺陷的详细类型并 且计算其信息，视觉传感器17和背光散射光源15被水平移动以便分别处于已经检测到的 该缺陷的确定水平位置的上方和下方。接着，视觉传感器17被控制成在与玻璃板1的厚 度相等的距离上沿着Z轴(竖直方向)向下移动，如图5b所示。在视觉传感器17的移 动过程中，第一控制模块每隔一定间隔发出脉冲以交替地触发三个光源11、13和15闪 光。同时，面阵相机3捕获从玻璃板1的上表面到下表面的多个层面的图像。对于每个 层面，可以获得在三种不同照明模式下的三幅图像。通过分析这些图像的锐度，可以确12定缺陷的竖直位置(上表面、内部或下表面)。通过分析在三种照明模式下缺陷的特征， 可以确定缺陷的详细类型(例如锡滴、粘锡、气泡、石头、碎片、滴落物或划痕等)以及 尺寸。上述步骤被重复以识别其它缺陷的详细类型并且计算其详细信息，如图5a所示。 图5a和恥中所示黑点表示潜在缺陷。
在点到点检测过程中，玻璃板1的厚度或平整度可能由于诸如玻璃板弯曲变形 等原因发生变化。测量传感器19可以测量玻璃板1的厚度和平整度的变化。当测量传 感器19测到这种变化时，面阵相机3 (或视觉传感器17)的竖直位置可自动并且精确地以 上述方式被重新调整以适应这种变化，从而提高图像质量。
在本发明的上述实施例中，使用的是定焦镜头。应理解的是，可以使用变焦镜 头来代替定焦镜头。当使用变焦镜头时，可以更简单方式实现不同分辨率。具体地，在 不同分辨率下的自动对焦过程中，通过调节变焦镜头的环调节器，可以获得不同视场。 为了获得高质量的图像，在预定低分辨率下的扫描检测以及在预定高分辨率下的点到点 检测过程中，面阵相机相对于玻璃板的表面的竖直位置被细微地调整，使得从面阵相机 到玻璃板的表面的距离分别等于在相应分辨率下的物距值。其它操作步骤大体上与上述 实施例中的步骤相同。
当使用定焦镜头时，可以实现更好的光学性能、并且获得成本低廉的装置和方 法。
尽管参照附图以非限定性方式详细描述了本发明的优选实施例，应理解的是， 在不脱离本发明权利要求限定的范围的情况下可以做出各种改变和修改。例如，面阵相 机、定焦镜头、电动马达、准直光源和低角度环形光源可以不被封装。此外，用于支承 玻璃板的支架可以是与根据本发明的装置分开的结构。根据本发明的装置可以手动地而 不是自动地被调整或移动。而且，根据本发明的装置可以不移动，而是玻璃板三维地移 动。所有这些改变和修改都将落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种用于检测透明平板的局部缺陷的装置，包括用于记录所述将被检测的透明平板的图像的面阵相机(3)，所述面阵相机(3)位于所 述将被检测的透明平板一侧；位于所述面阵相机(3)与所述将被检测的透明平板之间的镜头(5)；位于所述将被检测的透明平板一侧并且发射平行光的准直光源(11)，所述平行光能 够从所述准直光源(11)直接投射到所述将被检测的透明平板上、并且被所述将被检测的 透明平板反射到所述镜头(5)，以形成明场反射；位于所述将被检测的透明平板一侧的低角度环形光源(13)，来自所述低角度环形光 源(13)的光能够与所述将被检测的透明平板的表面成锐角地投射到所述将被检测的透明 平板上、并且与所述将被检测的透明平板的表面成锐角地从所述将被检测的透明平板的 表面反射，以形成暗场反射；以及位于所述将被检测的透明平板另一侧的背光散射光源(15)，来自背光散射光源(15) 的散射背光能够透过所述将被检测的透明平板，使得大部分散射背光通过所述镜头(5) 被所述面阵相机(3)收集以形成明场透射。
2.如权利要求1所述的用于检测透明平板的局部缺陷的装置，其特征在于，所述低角 度环形光源(13)设置成与所述准直光源(11)和所述镜头(5)同轴。
3.如权利要求1所述的用于检测透明平板的局部缺陷的装置，其特征在于，还包括至 少一个测量传感器(19)，用于测量所述将被检测的透明平板的厚度和平整度变化。
4.如权利要求1所述的用于检测透明平板的局部缺陷的装置，其特征在于，还包括至 少一个空气喷嘴(21)，用于产生气流，以便将灰尘从所述将被检测的透明平板的表面吹 掉，从而减少假缺陷的量。
5.如权利要求1所述的用于检测透明平板的局部缺陷的装置，其特征在于，还包括第 一控制模块，所述第一控制模块用于自动控制各个光源的开/关和强度、并且用于控制 所述面阵相机(3)以捕获所述将被检测的透明平板的图像。
6.如权利要求1所述的用于检测透明平板的局部缺陷的装置，其特征在于，所述镜头 (5)是定焦镜头。
7.如权利要求6所述的用于检测透明平板的局部缺陷的装置，其特征在于，还包括电 动马达(7)，所述电动马达(7)通过连接器(9)与所述镜头(5)连接，以便沿着竖直方向 移动所述镜头(5)。
8.如权利要求7所述的用于检测透明平板的局部缺陷的装置，其特征在于，所述面阵 相机(3)、所述镜头(5)、所述电动马达(7)、所述准直光源(11)和所述低角度环形光源 (13)被封装成视觉传感器(17)。
9.如权利要求8所述的用于检测透明平板的局部缺陷的装置，其特征在于，所述视 觉传感器(17)不仅能够沿着水平面移动，而且能够沿着与所述水平面垂直的竖直方向移 动，以调整所述视觉传感器(17)的三维位置。
10.如权利要求9所述的用于检测透明平板的局部缺陷的装置，其特征在于，背光散 射光源(15)能够沿着水平面移动。
11.如权利要求10所述的用于检测透明平板的局部缺陷的装置，其特征在于，背光散 射光源(15)的水平移动与所述视觉传感器(17)的水平移动同步进行。
12.如权利要求11所述的用于检测透明平板的局部缺陷的装置，其特征在于，所述视 觉传感器(17)和所述背光散射光源(15)由电动马达自动地移动。
13.如权利要求12所述的用于检测透明平板的局部缺陷的装置，其特征在于，还包括 用于自动地控制电动马达运行的第二控制模块。
14.如权利要求1所述的用于检测透明平板的局部缺陷的装置，其特征在于，还包括 用于指挥所述用于检测透明平板的局部缺陷的装置、并且显示被捕获的图像的计算机系 统。
15.如权利要求1所述的用于检测透明平板的局部缺陷的装置，其特征在于，所述镜 头(5)是变焦镜头。
16.如权利要求1所述的用于检测透明平板的局部缺陷的装置，其特征在于，所述将 被检测的透明平板是玻璃板。
17.一种使用如权利要求1所述的装置来检测透明平板的局部缺陷的方法，所述方法 包括如下步骤在所述将被检测的透明平板的表面上设置至少一个标记；对于将由所述面阵相机(3)捕获的所述透明平板的图像，预定至少一个低分辨率和 至少一个高分辨率；分别在预定低分辨率和预定高分辨率下使所述镜头自动对焦；在预定低分辨率下对所述将被检测的透明平板进行扫描检测，以确定所有潜在局部 缺陷的水平位置；以及在预定高分辨率下对所述将被检测的透明平板进行点到点检测，以便识别在预定低 分辨率下通过扫描检测已经检测到的缺陷的详细类型并且计算其详细信息。
18.如权利要求17所述的检测透明平板的局部缺陷的方法，其特征在于，所述镜头 (5)是定焦镜头，使所述镜头自动对焦包括分别确定在所述预定低分辨率和预定高分辨率 下从所述面阵相机⑶到所述镜头(5)的像距、和从所述面阵相机(3)到所述将被检测的 透明平板的表面的物距。
19.如权利要求18所述的检测透明平板的局部缺陷的方法，其特征在于，从所述面阵 相机⑶到所述镜头(5)的像距分别直接基于所述预定分辨率被确定；以及在所述预定分辨率下从所述面阵相机(3)到所述将被检测的透明平板的表面的物距 分别基于所设置的标记和已确定像距被确定。
20.如权利要求18所述的检测透明平板的局部缺陷的方法，其特征在于，从所述面 阵相机(3)到所述将被检测的透明平板的表面的物距分别直接基于所述预定分辨率被确 定；以及在所述预定分辨率下从所述面阵相机⑶到所述镜头(5)的像距分别基于所设置的标 记和已确定物距被确定。
21.如权利要求19所述的检测透明平板的局部缺陷的方法，其特征在于，确定从所述 面阵相机(3)到所述镜头(5)的像距包括相对于所述面阵相机(3)调整所述镜头(5)的竖 直位置，使得从所述面阵相机⑶到所述镜头(5)的距离等于在相应分辨率下的像距值。
22.如权利要求21所述的检测透明平板的局部缺陷的方法，其特征在于，确定从所述 面阵相机⑶到所述将被检测的透明平板的表面的物距包括在保持从所述面阵相机⑶到所述镜头(5)的距离等于已确定像距时竖直移动所述面阵相机(3)、并且获得所述标记的 图像的最佳锐度。
23.如权利要求20所述的检测透明平板的局部缺陷的方法，其特征在于，确定从所述 面阵相机(3)到所述将被检测的透明平板的表面的物距包括相对于所述将被检测的透明 平板的表面调整所述面阵相机(3)的竖直位置，使得从所述面阵相机(3)到所述将被检测 的透明平板的表面的距离等于在相应分辨率下的物距值。
24.如权利要求23所述的检测透明平板的局部缺陷的方法，其特征在于，确定从所述 面阵相机(3)到所述镜头(5)的像距包括在保持从所述面阵相机(3)到所述将被检测的透 明平板的表面的距离等于已确定物距时竖直移动所述镜头(5)、并且获得所述标记的图像 的最佳锐度。
25.如权利要求17所述的检测透明平板的局部缺陷的方法，其特征在于，所述镜头是 变焦镜头，使所述镜头自动对焦包括调节所述变焦镜头的环调节器，以分别获得所述预 定低分辨率和预定高分辨率。
26.如权利要求25所述的检测透明平板的局部缺陷的方法，其特征在于，在预定低分 辨率下的扫描检测以及在预定高分辨率下的点到点检测过程中，所述面阵相机相对于所 述将被检测的透明平板的表面的竖直位置被进一步调整，使得从所述面阵相机到所述将 被检测的透明平板的表面的距离分别等于在所述预定低分辨率和预定高分辨率下的物距 值。
27.如权利要求17所述的检测透明平板的局部缺陷的方法，其特征在于，在预定低分 辨率下对所述将被检测的透明平板进行扫描检测包括控制所述装置沿着X方向线性地 连续移动，接着，在沿着所述X方向的移动完成之后控制所述装置沿着与X方向垂直的 Y方向移动一个距离，其中，当所述装置正沿着X方向线性地连续移动时，基于每两个 相邻图像之间的间隔触发光源闪光、并且所述面阵相机(3)同时以上述间隔捕获所述透 明平板的图像。
28.如权利要求27所述的检测透明平板的局部缺陷的方法，其特征在于，所有潜在局 部缺陷的水平位置通过分析在低分辨率下的扫描检测过程中获得的图像来确定。
29.如权利要求27所述的检测透明平板的局部缺陷的方法，其特征在于，在同一行的 每两个相邻图像之间沿着X方向具有重叠区M、并且在两个相邻行的图像之间沿着Y方 向具有重叠区N。
30.如权利要求17所述的检测透明平板的局部缺陷的方法，其特征在于，所述背光散 射光源(15)或所述准直光源(11)被用于在扫描检测过程中照亮所述透明平板。
31.如权利要求17所述的检测透明平板的局部缺陷的方法，其特征在于，在预定高分 辨率下对所述将被检测的透明平板进行点到点检测包括将所述面阵相机(3)、所述镜头(5)、所述准直光源(11)、所述低角度环形光源(13) 和所述背光散射光源(15)水平地移向由所述扫描检测已经确定的缺陷的水平位置；在与所述透明平板厚度相等的距离上竖直向下移动所述面阵相机(3)、所述镜头 (5)、所述准直光源(11)和所述低角度环形光源(13)；以及在所述面阵相机(3)、所述镜头(5)、所述准直光源(11)和所述低角度环形光源(13) 的向下移动过程中交替地触发三个光源(11、13、15)闪光、并且捕获从所述透明平板的上表面到下表面的多个层面的图像，使得对于每个层面获得在三种照明模式下的三幅图像。
32.如权利要求31所述的检测透明平板的局部缺陷的方法，其特征在于，所述缺陷的 竖直位置通过分析在三种照明模式下这些被捕获图像的锐度来确定。
33.如权利要求31所述的检测透明平板的局部缺陷的方法，其特征在于，所述缺陷的 详细类型和尺寸通过分析在三种照明模式下的缺陷特征来确定。
34.如权利要求31所述的检测透明平板的局部缺陷的方法，其特征在于，还包括在点 到点检测过程中基于所述透明平板的厚度或平整度的测量变化自动并且精确地重新调整 物距。
35.如权利要求17所述的检测透明平板的局部缺陷的方法，其特征在于，所述将被检 测的透明平板是玻璃板。
全文摘要
本发明提供用于检测透明平板的局部缺陷的装置，包括面阵相机(3)；镜头(5)，镜头可沿着竖直方向移动以调整从镜头到面阵相机的像距；可形成明场反射的准直光源(11)；可形成暗场反射的低角度环形光源(13)；以及可形成明场透射的背光散射光源(15)。本发明还提供用于检测透明平板的局部缺陷的方法。根据本发明的装置和方法不仅能够识别透明平板的各种局部缺陷，而且能够确定局部缺陷的三维位置。
文档编号G01B11/06GK102023164SQ20091017587
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月23日 优先权日2009年9月23日
发明者史伟杰, 郑媛, 郭峰, 郭晓锋, 陈大志 申请人:法国圣-戈班玻璃公司