一种空间编码光场对曲面玻璃表面缺陷的检测装置的制作方法

本发明属于缺陷检测领域，更具体地，涉及一种空间编码光场对曲面玻璃表面缺陷的检测装置。

背景技术：

在智能化越来越发达的时代下，玻璃已经脱离了人们以往印象中的坚硬，易碎，平面等特点。曲面玻璃由于更适合人类眼睛视觉的特点，目前被广泛应用于手机、电脑等电子产品领域。而曲面上的细小裂缝往往规格较小且隐藏在玻璃之中，因此很难通过传统的装备和方法进行检测。

传统的检测方法是用大量的有缺陷的样品训练工作人员，利用他们长时间观察和学习得到的经验来判断曲面玻璃上是否拥有裂缝。然而这种方法在批量生产的过程中显然是费时费力，且精准度较低的。总之，对于曲面玻璃上的缺陷检测，现在还处在一个较低的水平，还没有一种较好的办法能够既精准，又快速的检测方法。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种空间编码光场对曲面玻璃表面缺陷的检测装置，旨在解决现有技术对曲面玻璃的缺陷检测效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种空间编码光场对曲面玻璃表面缺陷的检测装置，包括：投影仪、CCD相机和数据处理模块；

工作状态下所述投影仪与CCD相机位于曲面玻璃的同侧，所述投影仪的光轴垂直于曲面玻璃的轴向方向，所述CCD相机的光心与投影仪的光心位于同一水平线上；

所述投影仪与CCD相机均与数据处理模块连接；

所述投影仪通过接收编码指令调制单色光调制产生编码光线，并将其投影至曲面玻璃表面形成编码图像；

所述编码图像的清晰度不受曲面玻璃状态的限制；

所述CCD相机用于采集曲面玻璃表面的编码图像；

所述数据处理模块用于为投影仪提供编码指令，并通过分析编码图像检测玻璃表面缺陷。

优选地，所述投影仪包括:单色光源、准直单元、DMD芯片、TIR棱镜和双远心投影单元；

水平方向上依次排列单色光源、准直单元和TIR棱镜；

所述准直单元用于将单色光耦合至TIR棱镜；

竖直方向上，所述TIR棱镜介于DMD芯片与双远心投影单元之间，用于将入射到DMD芯片上的入射光线和反射光线分开，避免光线的干扰；

即，TIR棱镜将单色光反射到DMD芯片上，且将DMD芯片的出射光透射至双远心投影单元；

所述DMD芯片通过接收的编码指令调制TIR棱镜传递的入射光产生编码光线，并将其反射至TIR棱镜；

所述双远心投影单元位于曲面玻璃上方，且其光轴方向为TIR棱镜出射光线的方向，用于将编码光线投影到曲面玻璃上形成编码图案；

优选地，所述空间编码光场对曲面玻璃表面缺陷的检测装置，还包括：视场光阑，介于所述投影仪与曲面玻璃之间，用于根据曲面玻璃的大小调节投影仪的视场；

优选地，所述空间编码光场对曲面玻璃表面缺陷的检测装置，还包括：单色滤光单元，介于曲面玻璃与CCD相机之间，其光轴方向为CCD相机的光轴方向，用于在曲面玻璃反射的光线中筛选出与单色光源波长相同的光。

优选地，所述空间编码光场对曲面玻璃表面缺陷的检测装置，还包括：玻璃载物台，用于支撑曲面玻璃；

优选地，所述数据处理模块为计算机；

优选地，所述单色光源为波长可调的光源。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：

(1)本发明采用的投影仪通过接收的编码指令调制单色光，使其产生所需要的编码光线，该编码光线投影在曲面玻璃上形成的编码图像的清晰度并不受曲面玻璃状态的限制，例如本发明提供了DMD芯片对入射的光线调制产生编码光线，同时采用双远心投影单元消除或减少由视差引起的测量误差，而且该双远心投影单元具有较大的景深，使编码光线投影至曲面玻璃形成的编码图像的清晰度不会受曲面玻璃的形状、运动状态的影响，所以被投影编码图案畸变小且投影条纹的分辨率高，可应用于批量生产的曲面玻璃缺陷检测，相比于技术人员通过大量的学习和经验去识别玻璃缺陷，效率得到了明显的提升。

(2)本发明采用CCD相机采集曲面玻璃表面的编码图像，先对其预处理校正后进行解码，将采集到的编码图像上的特征点与设定的投影图案上的特征点匹配；再通过投影仪和CCD相机之间标定好的系统参数，利用三角测量原理来重建物体的三维形貌数据，可准确定位曲面玻璃的缺陷位置，因此，本发明相比于传统的人为经验去评判曲面玻璃的缺陷，检测结果更加准确。

(3)本发明一方面采用视场光阑根据样品的大小调节投影仪的视场，在样品大小发生变化时可更换视场光阑，使编码图像全部覆盖于曲面玻璃的表面；另一方面根据实际需求可采用可调单色光源，同时也可采用单色滤光单元在曲面玻璃反射的光线中筛选出与单色光源波长相同的光，提高了装置的抗扰性；视场光阑、单色滤光单元和可调单色光源的灵活性不仅提高了检测装置的测量准确性，同时也提升了检测装置的适用性。

附图说明

图1是本发明提供的检测装置而定结构示意图；

图2是本发明提供的投影仪的内部结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供了一种空间编码光场对曲面玻璃表面缺陷的检测装置，包括：投影仪101、CCD相机109和数据处理模块；

工作状态下所述投影仪101与CCD相机109位于曲面玻璃的同侧，所述投影仪101的光轴垂直于曲面玻璃107的轴向方向，所述CCD相机的光心与投影仪的光心位于同一水平线上；

所述投影仪101与CCD相机均与数据处理模块连接；

所述投影仪101通过接收编码指令调制单色光调制产生编码光线，并将其投影至曲面玻璃表面形成编码图像；

所述编码图像的清晰度不受曲面玻璃状态的限制；

所述CCD相机109用于采集曲面玻璃表面的编码图像；

所述数据处理模块用于为投影仪提供编码指令，并通过分析编码图像检测玻璃表面缺陷。

如图2所示，所述投影仪101包括:单色光源102、准直单元、DMD芯片103、TIR棱镜104和双远心投影单元105；

水平方向上依次排列单色光源102、准直单元和TIR棱镜104；

所述准直单元用于将单色光耦合至TIR棱镜104；

竖直方向上，所述TIR棱镜104介于DMD芯片103与双远心投影单元105之间，用于将入射到DMD芯片上的入射光线和反射光线分开，避免光线的干扰；

即，TIR棱镜104将单色光反射到DMD芯片103上，且将DMD芯片103的出射光透射至双远心投影单元105；

所述DMD芯片103通过接收的编码指令调制TIR棱镜104传递的入射光产生编码光线，并将其反射至TIR棱镜104；

所述双远心投影单元105位于曲面玻璃上方，且其光轴方向为TIR棱镜104出射光线的方向，用于将编码光线投影到曲面玻璃上形成编码图案；

优选地，所述空间编码光场对曲面玻璃表面缺陷的检测装置，还包括：视场光阑106，介于所述投影仪101与曲面玻璃107之间，用于根据曲面玻璃107的大小调节投影仪的视场；

本发明中对双远心投影单元105需要满足的设计要求为：物像方远心光路的前光组的像方焦点与后光组的物方焦点重合，即光学间隔Δ＝0，系统为无焦系统。

设计的步骤为首先设计一个像方远心系统，然后对优化的像方远心系统进行结构的对称变换，得到物方远心系统或者直接重新设计一物方远心系统，最后将物方远心光路和像方远心光路进行组合形成双远心光路。

需指出，所述物方远心光路是指，将孔径光阑设置在物镜的像方焦平面上，仅使物方主光线通过光阑所在的像方焦点成像，所有的光线可看作来自于无穷远处，可以消除或减小由视差引起的测量误差。

所述像方远心光路是指，孔径光阑放置在镜头的物方焦平面上，进入镜头的光束的主光线都通过光阑中心所在的物方焦点，则主光线在像方平行于光轴。

基于所述双远心投影单元105的上述特性可知，像平面位置的变化并不会影响光学系统的成像大小，即像距的改变不会影响图像的大小。

由于本发明所检测的主要为曲面上的缺陷，所以从同一个光源发出的光经过曲面玻璃表面的反射，到达CCD相机109的镜头时所经历的光程各不相同，即因为被测物体离CCD相机的镜头距离的远近不一致，容易造成放大倍率不一样，而远心镜头可以在物距范围内使得到的图像放大倍率不会变化，对被测物不在同一物面上的情况是非常重要的应用。

优选地，所述空间编码光场对曲面玻璃表面缺陷的检测装置，还包括：单色滤光单元110，介于曲面玻璃107与CCD相机之间，其光轴方向为CCD相机的光轴方向，用于在曲面玻璃反射的光线中筛选出与单色光源波长相同的光。

优选地，所述空间编码光场对曲面玻璃表面缺陷的检测装置，还包括：玻璃载物台108，用于支撑曲面玻璃107；

优选地，所述数据处理模块为计算机；

优选地，所述单色光源102为波长可调的均匀光源，能够确保在较长的曲面内，曲面玻璃107的所有面均受到的光照相等且均匀；所述单色光源102的波长可从紫外波长调整至红外波长，功率也可从小到大进行调整，方便对不同曲面玻璃107的测试，实际应用中，可先选取效果较好的波长和功率，再进行图像采集和处理工作。

本发明提供的检测装置尽量在暗室的环境下进行，可最大限度的减小自然光带来的信息对编码光场的干扰。

实际监测过程需按照以下步骤进行：

S1:光路的搭建

S1.1设计满足测量要求的双远心投影系统，双远心投影系统的远心度小于1度；

S1.2采用单色可调高均匀性光源在DMD芯片上实现可调波长的均匀照明；

S1.3 DMD芯片匹配相应的驱动控制器控制DMD芯片中每个微镜的倾斜角度，实现明暗切换需求；

当DMD中的微镜处于亮态时，光束经微镜反射，条纹经双远心投影系统垂直投射到待测样品，产生照明亮条纹。当微镜处于暗态时，反射光束被挡在双远心投影系统外，无光束能进入投影系统，待测DMD呈暗态。

S1.4根据待测样品的大小，确定视场光阑的大小；

S1.5根据所选择的单色光源的波长，确定单色滤光系统筛选出匹配的波长，从而完成光路的搭建；

S2:对投影仪和CCD相机进行标定

S2.1在待测样品的位置放上圆环标定板；

S2.2根据标定工具，获取CCD相机的像素坐标系和标定板代表的世界坐标系之间位姿关系；

S2.3利用PC控制可编程投影仪在x和y两个方向上分别高速投影12幅图像，利用四步相移法进行相位主值计算，再通过三频外差法将包裹相位展开得到绝对相位值，从而得到DLP中特征点的坐标；

S2.4根据DLP中特征点的像素坐标与标定板上特征点的世界坐标，得到DLP坐标系相对标定板代表的世界坐标系之间的位姿关系，即完成DLP的标定；

S2.5建立DLP坐标与CCD相机坐标之间的位姿关系；

S3:PC控制可编程DLP高速投影一副编码图案，同时同步触发CCD相机采集变形的编码图像；

S4:对采集到的变形的编码图像进行预处理校正，并进行解码；

S5:将采集到的编码图像上的特征点与投影图案上的特征点匹配；

S6:根据标定的装置参数，用三角测量原理重建物体的三维形貌数据，从而观察到曲面玻璃表面的情况。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。