透明板材瑕疵检测全内反射光导入装置及载片方法与流程

本发明涉及透明板材检测技术领域，尤其涉及一种透明板材瑕疵检测全内反射光导入装置及载片方法。

背景技术：

手机盖板玻璃是透明板材中的一种存在形式，盖板玻璃的生产有着严格的流程：包括cnc、钢化、抛光、丝印、镀膜、清洁等环节。而每一个生产环节都涉及玻璃质量检测，工序多达10余道。目前几乎所有的流程都是人工检测。手机盖板玻璃的一些表面缺陷检测的类型主要包括崩边检测、手机裂缝检测、玻璃渣、气泡、手指纹、水迹、水印等检测、手机划痕检测、脏污检测、牙边检测、玻璃划痕检测、丝印不良检测等，目前手机盖板玻璃生产厂家有超过25％的人员在进行盖板玻璃的人工检测，造成大量的人力成本，并且不能有效保证质检的一致性。总之，目前针对透明板材的检测，人工检测抽检合格率低、准确性不高、因人而异，而且实时性差、效率低、劳动强度大、受人工经验和主观因素的影响大。另一方面，质量检测时需要工人们长时间在强光下观察玻璃外观，造成检测人员视力的损伤。

如果应用得当，基于机器视觉检测方法可以很大程度上克服上述弊端。但目前机器视觉检测仍然基于人工检测方法，因而仍然带有人工检测方法的诸多弊端。加之机器视觉检测对于相机和透明板材之间的角度调整没有人工检测那样灵活，因而很难直接取代人工检测。

究其根源，目前缺陷标准规范是光学元件标准中最模糊不清和容易误导的部分。当今可参照的有美国的milprf-13830b，mil-48497，ansi/oeosc标准和国际常用的iso10110，iso14997-2017标准等。二类标准主要区别在于缺陷分类。美国标准采用划痕和瑕疵点。美国以外流行的iso标准主要用表面缺陷和内部的缺陷表征。虽然两类规范并不统一，但都基于明暗场光照的结果，都与人工可视性判断密切相关。由于不同检测员在不同光线和不同注意力状态下检测结果差别很大，因而结果不确定性很大。

对于玻璃一类的透明材料，目前通常采用明暗场及反光结合透光的测试检验方法。其核心是通过光源照射在玻璃表面的角度变化来呈现出玻璃上的瑕疵。通常采用的光线条件是通过在相机一侧的明暗场的反射光以及相机另一侧的透射光来实现的。这些检测方法除了受光线本身的因素影响之外，还与光线、被测表面及观察者之间所形成的角度密切相关。角度的微妙变化会造成瑕疵影像反差的明显变化。瑕疵检测对于角度的敏感性使得这种检测的可靠性大大降低，也是检测标准化难以逾越的一个主要障碍。这些方法从根本上基于目前通用的人工检测方式，通过玻璃与相机和光源之间的相对位置变化将瑕疵暴露在相机的影像上，并通过一定的算法在不同角度光源照射下获得的图像中挑出玻璃的瑕疵，并与瑕疵形态的图库相比较分类，从而达到玻璃检测的目的。这些方法有很多弊病，往往误判率很高。尤其是相机与玻璃面之间的灰尘以及玻璃表面轻微的污染和划痕难以正确地判别，随机性很高。由于受瑕疵本身形态的随机性影响，这些方法很难在光线和角度方面标准化，因此，现有常用的测试方法几乎不可能实现机器视觉标准化和规范化，很难通过这些方法将玻璃一类的透明板材的瑕疵检测规范化。

技术实现要素：

本发明为了解决上述技术问题，提供一种透明板材瑕疵检测全内反射光导入装置，能方便地在透明板材内实现全内反射光照射，利用全内反射光原理，使得透明板材瑕疵检测结果一目了然，易于判断，提高检测的正确性，检测条件易于规范化，有利于透明板材瑕疵检测的规范化和标准化。

本发明另一目的是提供一种透明板材瑕疵检测的载片方法，简单有效，易于实施，控制方便，可靠性高。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的透明板材瑕疵检测全内反射光导入装置，包括光源条、两个遮光板和两个可开合的挡光夹条，光源条设在两个遮光板之间，光源条包括光源安装板及安装在光源安装板上的光源，光源安装板和两个遮光板围成一个槽型缝隙，光源位于槽型缝隙的底部，两个挡光夹条位于槽型缝隙的口部，两个挡光夹条相对地设在两个遮光板上。

本发明要实施的透明板材瑕疵的检测方法，利用全内反射光原理，设置一个或一个以上的光源，使得光源发出的光线照射向透明板材的侧面，在透明板材的上表面和下表面之间形成多次全内反射而不会穿过透明板材的上表面和下表面进入空气；当透明板材既无表面缺陷也无内部瑕疵时，透明板材表面没有光线射出到空气中，则观察者或感光单元从透明板材的上方或下方会观察到一个全黑影像；当透明板材的表面或内部有瑕疵时，光线在瑕疵点会产生不规则的反射和散射，部分反射光线和散射光线光会穿过透明板材的表面进入空气中，从而被观察者或感光单元从透明板材的上方或下方观察到。通过透明板材全内反射光的原理来检测透明板材表面和内部的瑕疵，从而避免任何表面光线反射造成的信噪比的降低。

这种透明板材瑕疵的检测方法，正是利用了全内反射光的原理，光线通过透明板材的侧面以大于透明板材表面临界角的方向从空气介质射入透明板材，当透明板材上、下表面法线的方向与光线传播方向的夹角大于临界角时，光线会在透明板材上、下表面之间形成多次全内反射而不会穿过透明板材的上、下表面，即光线在透明板材内部传播却无法穿过透明板材的上、下表面而进入空气。由于玻璃一类的透明板材是透明的，光线在透明板材内部的传播能量损失极小，透明板材表面无光线射出，也就是说在透明板材表面的上、下方的感光单元无法检测到透明板材内部的光线，因此表面和内部无瑕疵的透明板材在感光单元上呈现全黑的影像。当透明板材的表面或内部有瑕疵时，光线在瑕疵点的范围产生不规则的反射和散射，这些光线中的部分分量会超出临界角的范围，从而穿过透明板材的表面进入空气中，从而被观察者或感光单元捕捉到。

由于透明板材表面或内部的瑕疵造成的光线反射和散射是唯一能够通过透明板材表面的光线，这就排除了进入影像的任何背景光，从而最大化地增强瑕疵影像的对比度。这对于通过机器视觉识别透明板材上的瑕疵非常有利。由于瑕疵对透明板材内部全反射传播光的干扰，在瑕疵位置形成亮点。这就如同透明物体中植入了与瑕疵尺寸有关的发光点。而对于光线而言，任何相当于光波波长尺寸的瑕疵(大约400纳米的瑕疵)都会对全内反射光造成散射，因此这种检测方法可以显现出亚微米尺寸的瑕疵和缺陷。光线越强，这种发光点的影像就会越大，可进一步提高瑕疵检测的准确性。这对于要求很高、瑕疵极微的手机玻璃盖板类的缺陷检测特别有利。

理想情况下，只有进入透明板材的光线才有机会暴露在相机的视野内。实际上由于光路的各种因素，有些光线会间接地通过周围的表面映射在待测透明板材的表面或背面，对图像造成干扰和噪音，从而影响图像的质量。如使用与透明板材表面接近平行的暗场光线，当其照射在透明板材另一侧的挡光设施时会向周围的各个方向散射，从而影响图片的质量。这种暗场光对于玻璃等透明板材表面甚至于接近玻璃表面空气中的灰尘十分敏感，很容易造成误检。因此需要在挡光设施的表面及整个空间的周围采取吸收光线的措施，将各种反射光和散射光的影像降至最小。

本发明据此设计出全内反射光导入装置，以降低瑕疵检测时透明板材外部空间的光线，突出全内反射光在瑕疵和缺陷上溢出的光线，从而最大限度地增强瑕疵和缺陷引起的影像与背景之间的反差。四个全内反射光导入装置设置在玻璃盖板等透明板材的四个边缘处，光源位置可以根据待测玻璃的尺寸设定，以保证设备对不同测试玻璃尺寸的通用性。待测玻璃尺寸不同时，全内反射光导入装置可以在其纵向和横向移动，以保证挡光夹条与待测玻璃边缘位置吻合。全内反射光导入装置的纵向和横向运动可以通过滑轨、滑台或滑杆结合电机驱动实现。四个挡光夹条分别夹住玻璃的四个边缘，挡光夹条背后离开玻璃的方向设有光源，光源被挡光夹条和上下遮光板阻挡，因此只能通过玻璃的侧面进入玻璃内部，以限定的夹角在玻璃上下表面之间做全内反射传播，光线只能通过瑕疵和缺陷在玻璃的上下表面溢出，被置于玻璃上下方的相机捕捉，从而测试到瑕疵的特征。

作为优选，所述的挡光夹条为通过气动机构、液压机构或电动机构驱动的机械式夹条，挡光夹条的内侧通过转轴和所述的遮光板相连。两个挡光夹条在驱动机构的驱动下能绕转轴旋转以达到打开或合拢状态。上下两个挡光夹条打开时，可装载或卸载透明板材；上下两个挡光夹条合拢时，夹持住透明板材的边缘，位于槽型缝隙底部的光源开启，光线只能通过透明板材侧面的表面导入透明板材内部，从而在透明板材内部上下表面之间实现全内反射光。

作为优选，所述的挡光夹条的外侧设有弹性挡光软条，两个挡光夹条上的弹性挡光软条上下相对设置。弹性挡光软条一般为黑色，采用橡胶类材质，通过黏胶或其他方法附着在挡光夹条上。挡光夹条夹住透明板材时，弹性挡光软条在透明板材和挡光夹条硬材料之间被轻微压扁，以达到更好的密封和挡光效果，而且对玻璃等待测透明板材起到很好的保护作用，防止因夹持而损坏待测材料。

作为优选，所述的挡光夹条为气管式夹条，包括可充气吸气的中空弹性条，两个遮光板上的中空弹性条上下相对设置。中空弹性条可设置在遮光板表面，或者在遮光板表面开出一条凹槽，将中空弹性条嵌装在凹槽中，使一部分中空弹性条位于遮光板的凹槽中，其余中空弹性条凸出于遮光板。两个中空弹性条通过气泵等设备可以在充气和抽气状态之间切换。中空弹性条充气时，上下两个中空弹性条因膨胀而合拢并产生弹性，夹住透明板材时，在透明板材和遮光板之间被轻微压扁，以达到更好的密封和挡光效果，而且对玻璃等待测透明板材起到很好的保护作用，防止因夹持而损坏待测材料。中空弹性条抽气时，呈塌陷状态，上下两个中空弹性条分离，可装载或卸载透明板材。

全内反射光导入装置通过挡光夹条夹住透明板材形成整体后可以做上下和前后移动，将待测透明板材移至理想的位置。这样可以避免使用常规的吸盘来搬运待测透明板材，吸盘可能对玻璃等透明板材表面会造成污染，吸盘的存在形成的背景也会进入图像，从而影响图像处理过程。很显然，气管式夹条需要与玻璃接触，因此需要采用无痕材料，以避免气管式夹条与玻璃表面接触时造成的任何污染。由于气管式夹条对玻璃表面的压力远小于吸盘的压力，因而气管式夹条接触玻璃表面造成污染的可能性大大降低。

采用气管式夹条的另一个好处是，不但可以应用于诸如2d、2.5d的平板玻璃，还可以用于3d曲面手机盖板玻璃。曲面盖板玻璃在边角上的起伏可以通过气管式夹条充气产生的压力作用在起伏的玻璃表面来平衡。气管式夹条的微伸缩性使得其边缘保持和玻璃边缘的面都能接触，从而保证气管式夹条能够将玻璃表面的光线完全遮挡在遮光板内，只允许由玻璃边缘导入的光线进入盖板玻璃。而在气管式夹条塌陷状态，玻璃可以自由地装卸载。

本发明的透明板材瑕疵检测的载片方法为：待测透明板材的检测区域设在暗室中，待测透明板材由传送带从暗室外运送到暗室内的指定位置，左右相对的两个所述的全内反射光导入装置的挡光夹条夹在待测透明板材的左右边缘，所述的遮光板遮住待测透明板材的左右边缘区域，使所述的光源发出的光只能照向待测透明板材的左右侧面；由平移机构将两个全内反射光导入装置和待测透明板材构成的整体移至用来检测瑕疵的相机的视场内，再由升降机构将这个整体移至前后相对的两个全内反射光导入装置所在的检测平面，接着前后相对的两个所述的全内反射光导入装置的挡光夹条夹在待测透明板材的前后边缘，遮光板遮住待测透明板材的前后边缘区域，使光源发出的光只能照向待测透明板材的前后侧面，此时待测透明板材位于检测位置，完成载片操作。

待测透明板材通过机器手或人工放置在传送带上的固定位置，再由传送带送入暗室，到达指定位置，再由相对的两个全内反射光导入装置夹持并提取，再由滑台或其他传动机构构成的平移机构移送到相机视场对应的位置，这时对于相机而言，整个待测透明板材处于吸光材料的背景之上，无需复杂的图像处理，透明板材上的任何瑕疵和缺陷都能够在图像上直接显示出来。平移机构由平移机电装置构成，可以采用直线电机、滑台模组配伺服电机或步进电机，或者采用其他平动机构来执行。当左右两个全内反射光导入装置夹持着待测透明板材到达指定视场的下方时，在电机的驱动下升降机构上升或下降，将左右两个全内反射光导入装置和待测透明板材构成的整体上升或下降至前后两个全内反射光导入装置所在的平面，这个平面就是检测平面，最后前后相对的两个全内反射光导入装置的挡光夹条夹在待测透明板材的前后边缘。

检测平面为水平状时，相机可以置于检测平面的上方或下方；检测平面为竖直状时，相机可以置于检测平面的左方或右方。只要待测透明板材进入相机的视场，都能完成瑕疵检测。例如：当相机在检测平面的上方时，在电机的驱动下升降机构上升，将左右两个全内反射光导入装置和待测透明板材构成的整体抬升至前后两个全内反射光导入装置所在的检测平面；当相机在检测平面的下方时，在电机的驱动下升降机构下降，将左右两个全内反射光导入装置和待测透明板材构成的整体下降至前后两个全内反射光导入装置所在的检测平面。

作为优选，待测透明板材在传送带上的位置和方向通过位置调整机构进行调整，待测透明板材是否到达指定位置由定位传感器来确认，确认到达指定位置之后，所述的全内反射光导入装置动作，所述的挡光夹条夹住待测透明板材。

待测透明板材通过机器手或人工放置在传送带上的固定位置，以便待测透明板材进入暗室之后挡光夹条能够准确地夹住其边缘的确切位置。待测透明板材放置在传送带上后，传送过程中待测透明板材相对传送带可能会有轻微的位移，致使挡光夹条不能准确地夹住待测透明板材，因此需要通过位置调整机构进行调整，可以通过导条、滚轮或其他方式调整待测透明板材在传送带上的位置和方向，还可以通过传送带运动方向与待测透明板材之间的微小夹角结合传动带的两旁设置的被动限位导轮来调整待测透明板材位置。其位置细调可在传入暗室之前或之后完成，这样待测透明板材到达指定位置时能够可靠并且准确地按照设定的位置夹起。待测透明板材的一对对边需要与传送带的方向垂直，另一对对边与传送带行驶方向平行，并且待测透明板材相对传送带的位置固定。待测透明板材是否到达指定位置可由光电传感器等定位传感器来确认。

作为优选，所述的两个相对的全内反射光导入装置通过连动机构相连实现同步移动和同步夹持待测透明板材的相对两侧。

作为优选，所述的待测透明板材检测位置相对相机的另一侧设置吸光板；吸光板可以采用受驱动机构驱动可移动的结构，当连同移动结构运动至所述的升降机构位置时，升降机构启动，将置于其上方或下方的吸光板连带由两个全内反射光导入装置和待测透明板材构成的整体一起送至所述的检测平面。为了增加图像的信噪比，使瑕疵检测更加可靠和准确，背景造成的影响必须降至最低，相机捕捉到的影像应该清洁无干扰。因此需要在待测透明板材的背面布置吸光材料制成的吸光板，即相机和吸光板分别位于待测透明板材的两侧，避免任何背景图像进入相机。这样，在透明板材没有任何缺陷和瑕疵的条件下，透明板材上下表面无任何影像，从而提高瑕疵检测的准确性和可靠性。

对透明板材边缘区域的瑕疵检测，只需在待测边缘区域不夹全内反射光导入装置，并使待测边缘区域暴露在相机视场中，从透明板材的另一边缘照射过来的全内反射光从暴露出来的边缘导出，调整曝光强度即可通过相机观察到透明板材上下表面靠近边缘的区域以及边缘的缺陷。

本发明的有益效果是：透明板材瑕疵检测的载片方法及卸片方法，简单有效，易于实施，控制方便，检测条件易于规范化，有利于透明板材瑕疵检测的规范化和标准化。所用全内反射光导入装置，能方便地在透明板材内实现全内反射光照射，从而使透明板材的瑕疵检测可以利用全内反射光原理进行检测。如相机捕捉到有光点或光线，即判断为有瑕疵；如捕捉到的是全黑影像，即判断为无瑕疵。检测结果一目了然，易于区别和判断，检测方便，误检、漏检率极低，提高检测的正确性。

附图说明

图1是本发明的全内反射光导入装置夹持待测透明板材时的一种俯视结构示意图。

图2是本发明中机械式夹条打开时的一种结构示意图。

图3是本发明中机械式夹条合拢时的一种结构示意图。

图4是本发明中气管式夹条充气时的一种结构示意图。

图5是本发明中气管式夹条抽气时的一种结构示意图。

图6是本发明中相机视场处的一种结构示意图。

图7是本发明中升降机构工作时的一种结构示意图。

图中1.遮光板，2.挡光夹条，3.光源安装板，4.光源，5.槽型缝隙，6.弹性挡光软条，7.中空弹性条，8.暗室，9.传送带，10.全内反射光导入装置，11.平移机构，12.相机，13.吸光板，14.升降机构，15.待测透明板材。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本实施例的透明板材瑕疵检测全内反射光导入装置，如图2、图3所示，包括光源条、两个遮光板1和两个可开合的挡光夹条2，两个遮光板上下对称设置，光源条设在两个遮光板之间，光源条包括光源安装板3及安装在光源安装板上的光源4，光源安装板和两个遮光板围成一个槽型缝隙5，光源位于槽型缝隙的底部，两个挡光夹条位于槽型缝隙的口部，两个挡光夹条相对地安装在两个遮光板上。本实施例中的挡光夹条为机械式夹条，呈长条状的挡光夹条的内侧通过转轴和遮光板相连，挡光夹条的外侧朝向待夹透明板材的面上通过黏胶设置有黑色的弹性挡光软条6，两个挡光夹条上的弹性挡光软条上下相对设置，机械式夹条通过气动机构、液压机构或电动机构驱动能绕转轴旋转，从而使上下两个挡光夹条打开或合拢。上下两个挡光夹条打开时，透明板材的边缘可以伸入到槽型缝隙中实现装载，或者透明板材离开槽型缝隙实现卸载；上下两个挡光夹条合拢时，夹持住透明板材的边缘区域，弹性挡光软条在透明板材和挡光夹条硬材料之间被轻微压扁，以达到更好的密封和挡光效果，而且对玻璃等待测透明板材起到很好的保护作用，防止因夹持而损坏待测材料。位于槽型缝隙底部的光源开启，光线只能通过透明板材侧面的表面导入透明板材内部，从而在透明板材内部上下表面之间实现全内反射光。

实施例2：本实施例的透明板材瑕疵检测全内反射光导入装置，如图4、图5所示，包括光源条、两个遮光板和两个可开合的挡光夹条，两个遮光板1上下对称设置，光源条设在两个遮光板之间，光源条包括光源安装板3及安装在光源安装板上的光源4，光源安装板和两个遮光板围成一个槽型缝隙5，光源位于槽型缝隙的底部，两个挡光夹条位于槽型缝隙的口部，两个挡光夹条相对地安装在两个遮光板上。本实施例中的挡光夹条为气管式夹条，包括可充气吸气的中空弹性条7，遮光板的外侧朝向待夹透明板材的面上设置有中空弹性条，两个遮光板上的中空弹性条上下相对设置。可以在遮光板朝向待夹透明板材的表面开出一条凹槽，将中空弹性条嵌装在凹槽中，使一部分中空弹性条位于遮光板的凹槽中，其余中空弹性条凸出于遮光板。两个中空弹性条通过气泵等设备可以在充气和抽气状态之间切换。中空弹性条充气时，上下两个中空弹性条因膨胀而合拢并产生弹性，夹住透明板材时，在透明板材和遮光板之间被轻微压扁，以达到更好的密封和挡光效果，而且对玻璃等待测透明板材起到很好的保护作用，防止因夹持而损坏待测材料。中空弹性条抽气时，因为塌陷，凸出于遮光板的部份被吸合在嵌装在遮光板凹槽的部份上，从而使上下两个中空弹性条分离，槽型缝隙的开口被打开，可装载或卸载透明板材。

使用上述透明板材瑕疵检测全内反射光导入装置的载片方法为：如图6所示，待测透明板材的检测区域设在暗室8中，待测透明板材15由传送带9从暗室外运送到暗室内的指定位置，其间待测透明板材在传送带上的位置和方向通过导条、限位导轮等位置调整机构进行调整，使待测透明板材的一对对边与传送带的方向垂直，另一对对边与传送带行驶方向平行，并且待测透明板材相对传送带的位置固定不变，待测透明板材是否到达指定位置通过光电传感器进行确认，确认到达指定位置之后，左右相对的两个全内反射光导入装置的挡光夹条在驱动机构的驱动下发生连动，夹在待测透明板材的左右边缘，上下遮光板遮住待测透明板材的左右边缘区域，使光源发出的光只能照向待测透明板材的左右侧面；接着由受直线电机驱动的平移机构11将左右两个全内反射光导入装置和待测透明板材构成的整体移至用来检测瑕疵的相机12的下方，吸光板13在驱动机构的驱动下运动至升降机构14的上方时，升降机构启动，如图7所示，将置于其上方的吸光板连带由左右两个全内反射光导入装置和待测透明板材构成的整体一起上推至前后两个全内反射光导入装置所在的检测平面；然后前后相对的两个全内反射光导入装置10的挡光夹条在驱动机构的驱动下发生连动夹在待测透明板材的前后边缘，遮光板遮住待测透明板材的前后边缘区域，使光源发出的光只能照向待测透明板材的前后侧面，如图1所示，此时待测透明板材的四边都被全内反射光导入装置夹持和遮挡，待测透明板材位于检测位置，完成载片操作。点亮所有全内反射光导入装置中的光源，相机可以开始采集待测透明板材的图像。

卸片过程与载片过程基本相反。前后两个全内反射光导入装置的挡光夹条分离，升降机构下降，带动由左右两个全内反射光导入装置和待测透明板材构成的整体回到传送平面，然后由平移机构将这个整体移送到传送带上，左右两个全内反射光导入装置的挡光夹条分离，将检测完成的透明板材卸载在送出暗室的传送带上，通过传送带送出暗室，转入下一道工序。与此同时，瑕疵检测系统根据图像处理的结果，决定该透明板材是否合格。如相机捕捉到有光点或光线，即判断为有瑕疵；如捕捉到的是全黑影像，即判断为无瑕疵。