CN213933620U - 偏振光源和表面缺陷检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种操作方便且能有效抑制高反光材料产品表面的强反光干扰的表面缺陷检测装置及偏振光源。包括支架（1），在所述支架（1）上环绕均布有若干块灯板（2），每块所述灯板（2）上设置有若干灯源（3），在每块所述灯板（2）的所述灯源（3）的表面上方对应设置有第一偏振片（4），每块所述第一偏振片（4）分别与该块第一偏振片（4）对应设置的所述灯板（2）相平行，每块所述灯板（2）及所述第一偏振片（4）相对于水平面为倾斜设置。本实用新型采用偏振光高角度照明，从根本上解决了高反光的问题，因为光的偏振特性可以有效消除高反光物体的镜面反射，而无法消除表面缺陷带来的散射光，从而提高了缺陷区域的信噪比，降低机器视觉系统的漏检率。本实用新型可应用于测试领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及表面缺陷检测领域，尤其涉及一种偏振光源和表面缺陷检测装置。
背景技术
随着工业4.0的发展及智能制造的推广，机器视觉AOI检测设备起着越来越大的作用，特别是随着3C电子及半导体行业的发展，机器视觉检测技术在生产线上的应用越来越广。在机器视觉测量领域，玻璃盖板、金属表面及透明薄膜等材料的表面缺陷检测由于其表面的高反射率特性成为行业的难点。表面缺陷检测主要是指工件表面的斑点、凹坑、划痕、色差、缺损等缺陷进行检测，由于其样本的多样性和复杂性，如果检测光路上存在干扰，非常容易造成产品缺陷的漏检。
针对玻璃表面和金属表面等高反光材料产品的表面缺陷检测，现有技术采用普通光源进行照明，如果采用低角度打光照明，则背景为暗缺陷为亮，但是由于低角度打光的关系，部分缺陷如微小的点缺陷和划痕等可能难以被照明被成像系统拍摄到，故此时易造成漏检；如果采用高角度打光照明，则背景为亮缺陷为暗，但是由于产品表面的高反光特性，亮区域易造成过曝从而造成缺陷区域被覆盖，此时也易造成漏检。可见，这类产品由于其材料表面的高反射率特性，常规的视觉检测方法极易产生产品局部过亮的问题，此时产品表面成像会出现局部光强饱和的问题，从而造成产品缺陷的漏检。故现有技术难以解决玻璃金属表面等的高反光问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作方便且能有效抑制高反光材料产品表面的强反光干扰的表面缺陷检测装置，以及该装置上的偏振光源，该偏振光源结构简单，能够提供不同角度和偏振的光源。
本实用新型所述偏振光源所采用的技术方案是，它包括支架，在所述支架上环绕均布有若干块灯板，每块所述灯板上设置有若干灯源，在每块所述灯板的所述灯源的表面上方对应设置有第一偏振片，每块所述第一偏振片分别与该块第一偏振片对应设置的所述灯板相平行，每块所述灯板及所述第一偏振片相对于水平面为倾斜设置。
位于若干块所述灯板环绕设置的中心位置处，所述支架设置为中空。
每块所述灯板及所述第一偏振片相对于水平面的倾斜角度为0°～90°。
所述灯板及所述第一偏振片的数量均设置为八块，八块所述灯板及所述第一偏振片在360°空间内均匀连续分布。
所述灯源为LED灯珠，每块所述第一偏振片的方向与对应的所述灯板上的LED灯珠的光轴相垂直。
每块所述灯板上的所述灯源由独立的开关控制开闭。
所述灯板及所述第一偏振片呈等腰梯形，所述第一偏振片为水平偏振片或者垂直偏振片。
一种包含上述偏振光源的表面缺陷检测装置，它还包括第二偏振片及成像模组，所述第二偏振片设置在所述成像模组的入射光路上，任意一块所述灯板的灯源工作时，与该灯板项对应的所述第一偏振片始终与所述第二偏振片的偏振方向相互垂直，若干所述灯板环绕一中心轴设置，所述第二偏振片设置在所述中心轴上，所述成像模组的光轴与所述中心轴重合。
在若干所述灯板的设置灯源的一侧设置有载物台，所述载物台与所述中心轴相垂直且位于所述成像模组的正下方，所述载物台由XY轴移动模组带动在水平面上做平移运动，所述成像模组的入射镜头正对所述载物台设置。
本实用新型的有益效果是：本实用新型采用新式的偏振光源结构，所有灯板将360°范围分为相应数目的扇区，每块灯板的光源单独控制并轮流点亮，每个扇区的灯源前有一块第一偏振片，每个扇区的第一偏振片偏振方向各不相同，各个扇区组合形成一个环形光源，各个扇区光源依次照射在待测产品表面进行打光照明；相机镜头组成一套成像模组，成像模组位于待测产品表面的正上方，其光轴与环形光源对称中心轴重合，成像模组前设置一块可以改变偏振角度的第二偏振片，当各扇区光源轮流点亮经过各自前方的第一偏振片时会出现不同偏振态的偏振光照明，此时调整成像模组前的第二偏振片的偏振角度与照明扇区偏振光线偏振角度垂直，即可得到一个扇区的偏振图像。同理，依次点亮各扇区灯源源及对应调整成像模组前的第二偏振片的偏振角度，可得到其它扇区各自对应的偏振图像；将所有扇区的偏振图像进行图像融合，即可得到一张包含所有缺陷信息的多偏振态图像，将此图像进行缺陷检测算法分析计算即可得到缺陷检测结果。故本实用新型中，所述偏振光源结构简单，能够提供不同角度和偏振的光源，且操作方便且能有效抑制高反光材料产品表面的强反光干扰，极大地提高了对强反光表面缺陷检测的效率。本实用新型通过偏振光消除了待测表面的反射光干扰，提高了待测缺陷的信噪比；经过多个方向的偏振光照明后可以将各类缺陷都进行凸显，经过图像融合后所有的缺陷都会凸显出来，方便软件算法进行分析计算处理，从而降低产品表面缺陷的漏检率。
附图说明
图1是利用偏振光检测高反光表面缺陷的原理图；
图2是本实用新型的简易原理图；
图3是所述偏振光源在第一种状态下的结构图；
图4是所述偏振光源在第二种状态下的结构图；
图5是所述偏振光源在第三种状态下的剖视结构图；
图6是所述偏振光源在第四种状态下的剖视结构图。
具体实施方式
本实用新型利用了偏振光检测高反光表面缺陷的原理，该原理如图1所示。具体如下。
光源发出的光线为自然光不具有偏振特性，经过起偏器后光线变为P方向的偏振光，当P方向的偏振光经过正常高反光表面反射后，光线仍然为P方向的偏振光，经过检偏器后由于检偏器为S方向，与P方向垂直，故此时P方向的偏振光无法透过检偏器在成像系统上成像，此时正常高反光表面的反射光线被过滤。然而，当P方向的偏振光经过高反光表面的缺陷表面时，由于P方向偏振光在缺陷表面发生散射，此时散射会造成去偏振的现象，故经过待测表面的缺陷表面反射后光线不再是单纯的P方向的偏振光，也会含有S方向的偏振光，当此反射光经过检偏器后P方向的偏振光被过滤，S方向的偏振光经过检偏器在成像系统上成像，故缺陷表面能够在成像系统上清晰成像，由于过滤掉了正常表面的反射光，故大大提高了缺陷表面的信噪比。
下面对本实用新型进行具体的描述。
如图2至图6所示，本实用新型所述偏振光源包括支架1，在所述支架1上环绕均布有若干块灯板2，每块所述灯板2上设置有若干灯源3，在本实施例中，灯板采用的是PCB板，灯源采用的是LED光源。在每块所述灯板2的所述灯源3的表面上方对应设置有第一偏振片4，每块所述第一偏振片4分别与该块第一偏振片4对应设置的所述灯板2相平行，每块所述灯板2及所述第一偏振片4相对于水平面为倾斜设置。位于若干块所述灯板2环绕设置的中心位置处，所述支架1设置为中空，在本实施例中，在该中心位置处设置为中空孔8。这便于待测产品表面的反光光线通过该中空孔8顺利进入成像模组内。每块所述灯板2及所述第一偏振片4相对于水平面的倾斜角度为0°～90°。在本实施例中，每块所述灯板2及所述第一偏振片4相对于水平面的倾斜角度设置为30°～60°。更加具体地，该角度设定为60°。所述灯板2及所述第一偏振片4的数量均设置为八块，八块所述灯板2及所述第一偏振片4在360°空间内均匀连续分布。所述灯源3为LED灯珠，每块所述第一偏振片4的方向与对应的所述灯板2上的LED灯珠的光轴相垂直。每块所述灯板2上的所述灯源3由独立的开关控制开闭。所述灯板2及所述第一偏振片4呈等腰梯形，所述第一偏振片4为水平偏振片或者垂直偏振片。
包含了上述偏振光源的表面缺陷检测装置还包括第二偏振片5及成像模组6，所述第二偏振片5设置在所述成像模组6的入射光路上，任意一块所述灯板2的灯源3工作时，与该灯板2项对应的所述第一偏振片4始终与所述第二偏振片5的偏振方向相互垂直，若干所述灯板2环绕一中心轴a设置，所述第二偏振片5设置在所述中心轴a上，所述成像模组6的光轴与所述中心轴a重合。在若干所述灯板2的设置灯源的一侧设置有载物台7，所述载物台7与所述中心轴相垂直且位于所述成像模组6的正下方，所述载物台7由XY轴移动模组带动在水平面上做平移运动，所述成像模组6的入射镜头正对所述载物台7设置。
利用上述表面缺陷检测装置对待测产品表面缺陷进行检测的方法包括以下步骤：
a.将待测产品置于载物台7上并固定，通过所述XY轴移动模组驱动所述载物台7在水平方向上运动，使待测产品的待测区域位于所述中心轴上；
b.依次开启若干所述偏振光源对待测产品的表面进行照射，每次开启一个偏振光源时，调节所述第二偏振片5的偏振角度与开启的所述偏振光源的所述第一偏振片4的偏振角度保持垂直；
c.所述成像模组6在每个所述偏振光源启动一次时分别采集一幅偏振图像；
d.将采集的各偏振态图像进行图像融合，得到一张包含待测产品的待测区域所有缺陷信息的多偏振态图像；
e.对步骤d得到的图像进行缺陷检测算法分析计算，即得到该待测区域的缺陷检测结果；
f.驱动所述载物台7在水平方向上运动，使待测产品的下一个待测区域位于所述中心轴上，重复步骤b～e，得到该待测区域的缺陷检测结果；
g.重复步骤f，直至完成整个待测产品的表面缺陷检测。
本实用新型中，将灯板所在的区域称为扇区。扇区光源发出的光经第一偏振片后变为线偏振光，经过待测产品表面反射或者散射后的光线经过第二偏振片后，在成像模组相机+镜头上成像，第二偏振片的偏振方向经过调整后与第一偏振片的偏振方向相互垂直，此时经过待测表面的反射光线被过滤，只有经过缺陷表面的散射光线被成像模组检测到，故本实用新型可以在过滤反射光线的情况下对表面缺陷进行清晰成像。
本实用新型实施例的工作流程为第一扇区光源发光，光线经过第一扇区的第一偏振片照亮待测产品表面，调整第二偏振片的偏振方向与第一扇区的第一偏振片的偏振方向相互垂直，成像模组拍摄到第一偏振态图像。第一扇区光源关闭，打开第二扇区光源发光，光线经过第二扇区的第一偏振片照亮待测产品表面，调整第二偏振片的偏振方向与第二扇区的第一偏振片的偏振方向相互垂直，成像模组拍摄到第二偏振态图像，同理，最终拍摄八幅不同偏振角度及不同打光方向的偏振态图像。
将八幅不同偏振态的图像进行图像融合，由于每幅图像携带不同方向角度不同偏振态的缺陷信息，故经过图像融合后的图像能将每个缺陷都凸显出来，从而方便表面缺陷算法分析计算，得到缺陷的类型和大小。部分缺陷对某一方向某一偏振态的光比较敏感，但是对其他方向其他偏振态的光不敏感，故只有此方向的偏振光才能对这部分缺陷进行凸显，而其他方向的偏振光无法凸显出这部分的缺陷。故经过八个方向的偏振光照明取像后所有的缺陷都能在这八幅图像中进行凸显，经过图像融合后所有缺陷均能在融合后的图像中显现出来。
本实用新型采用八面偏振光源，从不同方向以不同偏振态进行待测高反光表面的打光照明，能从根本上消除物体表面的镜面反射干扰，同时利用缺陷表面的消偏振态特性，提高了表面缺陷的信噪比，从而能有效的降低表面缺陷的漏检率。
Claims (9)
1.一种偏振光源，其特征在于：它包括支架（1），在所述支架（1）上环绕均布有若干块灯板（2），每块所述灯板（2）上设置有若干灯源（3），在每块所述灯板（2）的所述灯源（3）的表面上方对应设置有第一偏振片（4），每块所述第一偏振片（4）分别与该块第一偏振片（4）对应设置的所述灯板（2）相平行，每块所述灯板（2）及所述第一偏振片（4）相对于水平面为倾斜设置。
2.根据权利要求1所述的偏振光源，其特征在于：位于若干块所述灯板（2）环绕设置的中心位置处，所述支架（1）设置为中空。
3.根据权利要求1所述的偏振光源，其特征在于：每块所述灯板（2）及所述第一偏振片（4）相对于水平面的倾斜角度为0°～90°。
4.根据权利要求1所述的偏振光源，其特征在于：所述灯板（2）及所述第一偏振片（4）的数量均设置为八块，八块所述灯板（2）及所述第一偏振片（4）在360°空间内均匀连续分布。
5.根据权利要求1所述的偏振光源，其特征在于：所述灯源（3）为LED灯珠，每块所述第一偏振片（4）的方向与对应的所述灯板（2）上的LED灯珠的光轴相垂直。
6.根据权利要求1所述的偏振光源，其特征在于：每块所述灯板（2）上的所述灯源（3）由独立的开关控制开闭。
7.根据权利要求1所述的偏振光源，其特征在于：所述灯板（2）及所述第一偏振片（4）呈等腰梯形，所述第一偏振片（4）为水平偏振片或者垂直偏振片。
8.一种包含如权利要求2所述的偏振光源的表面缺陷检测装置，其特征在于：所述表面缺陷检测装置还包括第二偏振片（5）及成像模组（6），所述第二偏振片（5）设置在所述成像模组（6）的入射光路上，任意一块所述灯板（2）的灯源（3）工作时，与该灯板（2）项对应的所述第一偏振片（4）始终与所述第二偏振片（5）的偏振方向相互垂直，若干所述灯板（2）环绕一中心轴（a）设置，所述第二偏振片（5）设置在所述中心轴（a）上，所述成像模组（6）的光轴与所述中心轴（a）重合。
9.根据权利要求8所述的表面缺陷检测装置，其特征在于：在若干所述灯板（2）的设置灯源的一侧设置有载物台（7），所述载物台（7）与所述中心轴相垂直且位于所述成像模组（6）的正下方，所述载物台（7）由XY轴移动模组带动在水平面上做平移运动，所述成像模组（6）的入射镜头正对所述载物台（7）设置。
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