一种应用于内腔毛刺检测的光学系统的制作方法

1.本实用新型实施例涉及照明技术领域，尤其涉及一种应用于内腔毛刺检测的光学系统。


背景技术：

2.手机中框是手机支撑显示屏与后盖的支架，在制程过程中由于制造工艺的问题，在手机中框内腔加工工程中会出现毛刺，在后制成中板装配时，这些毛刺会使中板与中框之间产生缝隙，严重影响手机的品质，因此，在手机中框内腔加工完成后需要对其上是否存在毛刺进行检测，然后用锉刀对毛刺进行清除。
3.通常，采用人工在显微镜下检测的方式检测中框内腔的毛刺，但是人工检测毛刺的效率低，存在人工长时间检测造成疲劳、有些毛刺尺寸过小易漏检等问题，例如尺寸小于或者等于20um的毛寸，会导致漏检，从而影响产品品质的提高。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种应用于内腔毛刺检测的光学系统，通过多光场照明同时线扫拍摄的方式对手机中框内腔的毛刺进行成像，具有检测速度快，高倍率镜头成像精度高、多种照明不同成像效果检测准确性高的优势。
5.第一方面，本实用新型实施例提供了一种应用于内腔毛刺检测的光学系统，包括第一成像模块和第二成像模块；
6.所述第一成像模块包括沿第一轴线依次设置的第一成像单元、第一镜头单元和第一光源，且所述第一光源位于所述第一成像单元靠近检测平面的一侧；所述第一成像模块还包括第二光源，所述第二光源位于所述第一镜头单元远离所述检测平面的一侧；所述第二成像模块包括沿第二轴线依次设置的第二成像单元、第二镜头单元、第三光源和第四光源，所述第三光源和所述第四光源分别位于所述检测平面的两侧，且所述第一成像模块、所述第二成像单元、所述第二镜头单元和所述第三光源均位于所述检测平面的同一侧；
7.所述第一轴线、所述第二轴线和所述第二光源的出光轴相交于所述检测平面的同一待测点；沿逆时针方向，所述第一轴线与检测平面的夹角为α1，所述第二光源的出光轴与所述检测平面的夹角为α2，所述第二轴线与所述检测平面的夹角为α3；其中，0
°
＜α1＜α2＜α3≤90
°
。
8.可选的，25
°
≤α1≤35
°
，65
°
≤α2≤75
°
，α3＝90
°
。
9.可选的，所述第一成像单元和所述第二成像单元包括线扫相机，所述线扫相机的像元尺寸为a，所述线扫相机的拍照频率为b，a≤7um
×
7um，b≥80khz。
10.可选的，所述第一镜头单元包括远心镜头；沿所述第一轴线，所述第一镜头单元靠近所述待测点的端面与所述待测点之间的距离为110
±
2mm。
11.可选的，所述第二镜头单元包括远心镜头；沿所述第二轴线，所述第二镜头单元靠近所述待测点的端面与所述待测点之间的距离为110
±
2mm。
12.可选的，沿所述第一轴线，所述第一光源靠近所述待测点的端面与所述待测点之间的距离为55
±
2mm。
13.可选的，沿所述第二光源的出光轴方向，所述第二光源靠近所述待测点的端面与所述待测点之间的距离为150
±
2mm。
14.可选的，沿所述第二轴线，所述第三光源靠近所述待测点的端面与所述待测点之间的距离为55
±
2mm。
15.可选的，沿所述第二轴线，所述第四光源靠近所述待测点的端面与所述待测点之间的距离为50
±
2mm。
16.可选的，所述第一光源沿所述第一轴线的长度和所述第三光源沿所述第二轴线的长度均小于或者等于80mm，所述第一光源和所述第三光源的功率均为430w～480w；
17.所述第二光源沿其出光轴的长度和所述第四光源沿所述第二轴线的长度均小于或者等于70mm，所述第二光源和所述第四光源的功率均为150w～180w。
18.本实用新型实施例提供的应用于内腔毛刺检测的光学系统，通过将多种照明方式应用于同一套光学系统中，通过多光场照明同时线扫拍摄的方式并实现了对手机中框内腔的毛刺进行多种照明方式的成像效果，具有检测速度快、成像精度高、检测准确性高的优势，提高了手机中框内腔的检测效率，满足手机中框内腔毛刺的应用需求。
附图说明
19.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
20.图1为本技术提供的一种应用于内腔毛刺检测的光学系统的示意图；
21.图2为采用本技术提供的光学系统对手机中框内腔照明获取的不同光场的缺陷拍摄图。
具体实施方式
22.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本实用新型实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本实用新型的技术方案。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本实用新型的保护范围之内。
23.实施例
24.图1为本技术提供的一种应用于内腔毛刺检测的光学系统的示意图。如图1所示，本技术实施例提供了一种应用于内腔毛刺检测的光学系统，可在手机中框内腔加工完成后对其上是否存在毛刺进行检测。本技术实施例提供的应用于内腔毛刺检测的光学系统包括第一成像模块10和第二成像模块20；第一成像模块10包括沿第一轴线l1依次设置的第一成像单元1、第一镜头单元2和第一光源3，且第一光源3位于第一成像单元1靠近检测平面m的一侧；第一成像模块10还包括第二光源4，第二光源4位于第一镜头单元2远离检测平面m的一侧；检测平面m为待测点所在平面，第二成像模块20包括沿第二轴线l3依次设置的第二成像单元5、第二镜头单元6、第三光源7和第四光源8，第三光源7和第四光源8分别位于检测平
面m的两侧，且第一成像模块10、第二成像单元5、第二镜头单元6和第三光源7均位于检测平面m的同一侧；第一轴线l1、第二光源的出光轴l2和第二轴线l3相交于检测平面m的同一待测点o；沿逆时针方向，第一轴线l1与检测平面m的夹角为α1，第二光源4的出光轴l2与检测平面m的夹角为α2，第二轴线l3与检测平面m的夹角为α3；其中，0
°
＜α1＜α2＜α3≤90
°
。
25.具体的，检测平面m为光学系统的固定平面，以检测手机中框9为例，手机中框9内腔为环型，手机中框9内腔为待测面，光学系统还包括移动台(图中未示出)，移动台带动手机中框9在检测平面m上移动，使得手机中框9内腔移动至检测平面m的待测点o上。如图1所示，光学系统固定设置，第一成像模块10中，第一成像单元1、第一镜头单元2和第一光源3沿第一轴线l1依次设置，第二成像模块20，第二成像单元5、第二镜头单元6、第三光源7和第四光源8沿第二轴线l3依次设置；第一轴线l1、第二光源的出光轴l2和第二轴线l3相交于检测平面m的同一待测点o，沿图中逆时针方向，通过合理设置第一成像模块10的第一轴线l1与检测平面m的夹角α1，第二光源4的出光轴l2与检测平面m的夹角α2，第二成像模块20的第二轴线l3与检测平面m的夹角α3，使得第一光源3出射的同轴光线和第二光源4出射的线光线均可以照射在同一待测点o上，对第一成像单元1照明；第三光源7出射的同轴光线和第四光源8出射的背光线均可以照射在同一待测点o上且互不干扰，实现第二成像单元5照明。
26.当光学系统工作时，分别采用四组光源对手机中框9内腔进行单独照明。第一成像模块10中，第一光源3为同轴光源，第二光源4为线光源，第一光源3和第二光源4对第一镜头单元2起到照明作用；第一光源3出射的光线沿第一轴线l1照射在手机中框9内腔表面，被内腔表面反射的部分光线依次穿过第一光源3、第一镜头单元2到达第一成像单元1；第二光源4出射的光线沿出光轴方向l2照射在手机中框9内腔表面，被内腔表面反射的部分光线依次穿过第一光源3、第一镜头单元2到达第一成像单元1；第二成像模块20中，第三光源7为同轴光源，第四光源8为背光源，第三光源7和第二光源4对第二镜头单元6起到照明作用；第三光源7出射的光线沿第二轴线l3照射在手机中框9内腔表面，被内腔表面表面反射的部分光线依次穿过第三光源7、第二镜头单元6到达第二成像单元5；第四光源8出射的光线沿第二轴线l3照射在手机中框表面后穿过手机中框9再依次穿过第三光源7、第二镜头单元6到达第二成像单元5；利用多种光源照明和图像采集，第一光源3对待测点o照明可在第一成像单元1中呈现明场图片，第二光源4对待测点o照明可在第一成像单元1中呈现暗场图片；第三光源7对待测点o照明可在第二成像单元5中呈现明场图片，第四光源8对待测点o照明可在第二成像单元5中呈现背光图片。其中，第一镜头单元2和第二镜头单元6采用多个透镜组合，对光线起到聚焦准直的效果；第一成像单元1和第一成像单元2采用高速相机，如线扫相机，可高速采集手机中框9内腔图像。
27.可选的，光学系统还包括光源控制器(图中未示出)，光源控制器分别与第一光源3、第二光源4、第三光源7和第四光源8电连接，在光学系统对手机中框内腔检测时，分别控制第一光源3、第一光源4、第三光源7和第四光源8交替出光以及光源的出光功率、时间等。
28.综上，本实用新型实施例提供的应用于内腔毛刺检测的光学系统，通过将多种照明方式应用于同一套光学系统中，通过多光场照明同时线扫拍摄的方式并实现了对手机中框内腔的毛刺进行多种照明方式的成像效果，具有检测速度快、成像精度高、检测准确性高的优势，提高了手机中框的检测效率，满足手机中框内腔毛刺的检测要求。
29.一种可行的实施方式，继续参照图1所示，α1为35
°±
10
°
，α2为70
°±5°
，α3＝90
°
。
30.具体的，结合图1所示，设置第一成像单元1、第一镜头单元2和第一光源3在同一条轴线上，且与水平夹角35
°±
10
°
，第二光源4位于第一镜头单元2和第二镜头单元6之间，且其出光轴l2与水平夹角70
°±5°
，第二成像单元5、第二镜头单元6、第三光源7和第四光源8在同一条轴线上，且与水平夹角90
°
。当分别采用第一光源3、第二光源4、第三光源7和第四光源8进行照明，相机具有最佳成像效果。
31.一种可行的实施方式，继续参照图1所示，第一成像单元1和第二成像单元5包括线扫相机，线扫相机的像元尺寸为a，线扫相机的拍照频率为b，a≤7um
×
7um，b≥80khz。
32.具体的，可以选用4k线扫相机，其像元尺寸a最大为7um
×
7um，其拍摄频率最小为80khz，可以提高待测点表面毛刺检测的转确性和检测效率。其中，相机领域常用术语，拍照频率指的是每秒相机的拍摄图片数量。
33.一种可行的实施方式，继续参照图1所示，第一镜头单元2和第二镜头单元6包括远心镜头，沿第一轴线l1，第一镜头单元2靠近待测点的端面与待测点之间的距离为110
±
2mm；沿第二轴线l3，第二镜头单元靠近待测点o的端面与待测点o之间的距离为110
±
2mm。
34.具体的，远心镜头(telecentric)主要是为纠正传统工业镜头视差而设计，可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会变化，这对被测物不在同一物面上的情况是非常重要的应用；远心镜头由于其特有的平行光路设计一直为对镜头畸变要求很高的机器视觉应用场合所青睐。
35.具体的，结合图1所示，第一镜头单元2和第二镜头单元6均可以采用0.8倍远心镜头，根据第一成像单元1和第二成像单元5的相机成像的要求，位移台将手机中框9内腔移动至待测点o，设置0.8倍远心镜头靠近待测点o的端面与手机中框9内腔表面之间的距离为110
±
2mm，有利于提高待反射光线的入射量，提高4k线扫相机在多光场照明同时线扫拍摄的方式下对手机中框内腔的毛刺进行多种照明方式的成像效果。
36.一种可行的实施方式，继续参照图1所示，沿第一轴线l1，第一光源3靠近待测点o的端面与待测点o之间的距离为55
±
2mm。
37.具体的，如图1所示，位移台将手机中框9内腔移动至待测点o，第一光源3靠近手机中框9内腔的端面与手机中框9内腔表面之间的距离为55
±
2mm，有利于第一光源3对第一镜头单元1照明，在高速相机中呈现手机中框9内腔的明场图片。
38.一种可行的实施方式，继续参照图1所示，沿第二光源的出光轴方向l2，第二光源4包括线光源，第二光源4靠近待测点o的端面与待测点o之间的距离为150
±
2mm。
39.具体的，如图1所示，位移台将手机中框9内腔移动至待测点o，第二光源4靠近手机中框9内腔的端面与手机中框9内腔表面之间的距离为150
±
2mm，有利于第二光源4对第一镜头单元1照明，在高速相机中呈现手机中框9内腔的暗场图片。
40.一种可行的实施方式，继续参照图1所示，沿第二轴线l3，第三光源7靠近所述待测点o的端面与所述待测点o之间的距离为55
±
2mm。
41.具体的，如图1所示，沿第二轴线l3，位移台将手机中框9内腔移动至待测点o，第三光源7靠近手机中框9内腔的端面与手机中框9内腔表面之间的距离为55
±
2mm，有利于第三光源7对第二镜头单元6照明，在高速相机中呈现手机中框9内腔的明场图片。
42.一种可行的实施方式，继续参照图1所示，沿第二轴线l3，第四光源8靠近所述待测点o的端面与所述待测点o之间的距离为50
±
2mm。
43.具体的，如图1所示，沿第二轴线l3，位移台将手机中框9内腔移动至待测点o，第四光源8靠近手机中框9内腔的端面与手机中框9内腔之间的距离为55
±
2mm，有利于第四光源8对第二镜头单元6背光照明，在高速相机中呈现手机中框9内腔的背光图片。
44.可选的，继续参照图1所示，第一成像单元1和第一镜头单元2固定装配；第二成像单元5和第二镜头单元6固定装配。通过将4k线扫相机与0.8倍远心镜头固定装配，既可以使光学系统光路稳定，又可以提高待测点反射光到达4k线扫相机的入射量，提高相机的成像效果。
45.一种可行的实施方式，第一光源3沿第一轴线l1的长度和第三光源7沿第二轴线l3的长度均小于或者等于80mm，第一光源3和第三光源7的功率均为430w～480w；第二光源4沿其出光轴方向l2的长度和第四光源8沿第二轴线l3的长度均小于或者等于70mm，第二光源4和第四光源8的功率均为150w～180w。其中，第一光源3、第二光源4、第三光源7和第四光源8均为气冷散射。
46.下面列举一个具体的线扫多光场拍照实施例，图2为采用本技术提供的光学系统对手机中框内腔照明获取的不同光场的缺陷拍摄图。结合图1和图2所示，本技术实施例提供的光学系统中，采用4k线扫相机1和0.8倍远心镜头2装配在一起，采用4k线扫相机5和0.8倍远心镜头6装配在一起，光学系统固定，手机中框以150mm/s的速度进行运动：4k线扫相机1、4k线扫相机5开始逐行拍照(每行高度为8.75um，每行宽度为35.84mm，拍照频率为34400hz)；同轴光源3、线光源4、同轴光源7、背光源8以34400hz开始交替闪烁发光，发光时间≤29us。同轴光源3、线光源4对应4k线扫相机1起照明作用，同轴光源7、背光源8对应4k线扫相机5起照明作用。整个光学系统的工作距离为110mm，视野为宽度为35.84mm，通过光源的分时频闪匹配相同拍照频率的线扫相机以150mm/s的运动速度完成手机中框内腔的拍照。
47.在手机中框运动完成后，拍照及照明也同时停止；同轴光源3对应4k线扫相机1呈现明场图片，线光源4对应4k线扫相机1呈现暗场图片，同轴光源7对应4k线扫相机5呈现明场图片，背光源8对应4k线扫相机5呈现背光图片。
48.本实施例，参照图1所示为光学系统，包括与水平夹角35
°±
10
°
的成像系统和与水平夹角90
°
的成像系统，图2中(a)图为同轴光源3照明时获取的手机中框内腔的棱边毛刺缺陷拍摄图；图2中(b)图为同轴光源3照明时获取的手机中框内腔的接缝毛刺缺陷拍摄图；图2中(c)图为线光源4照明时获取的手机中框内腔的内边毛刺缺陷拍摄图；图2中(d)图为同轴光源3照明时获取的手机中框内腔的侧孔毛刺缺陷拍摄图。由图2可知，图2中可以清晰的呈现不同位置的毛刺。
49.因此，采用本技术提供的多种照明方式应用于同一套光学系统，通过多光场照明同时线扫拍摄的方式并实现了对手机中框内腔的毛刺进行多种照明方式的成像效果，具有检测速度快、成像精度高、检测准确性高的优势，提高了待测点的检测效率，满足手机中框内腔毛刺检测的应用需求。
50.需要说明的是，以上的相机、镜头、光源的参数可以根据实际情况进行调整，不限于以上所述。
51.注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，本实用新型的各个实施方式的特征可以
部分地或者全部地彼此耦合或组合，并且可以以各种方式彼此协作并在技术上被驱动。对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。