一种用于弧周缺陷检测的显微光学系统的制作方法

专利检索2022-05-11  1



1.本实用新型涉及表面缺陷检测技术领域,具体涉及一种用于弧周缺陷检测的显微光学系统。


背景技术:

2.以柔性显示为代表的有机发光二极管(oled

organic light

emitting diode)显示技术越来越普遍,在手机、媒体播放器及小型入门级电视等产品中最为显著,随着人们对屏占比越来越高的要求,全面屏应运而生。前置摄像头闪光灯或扬声器等各种前置功能不得不进入显示区域中,从而出现了全面屏挖孔技术。孔周质量影响孔周像素显示,一旦出现微小的裂纹或其他缺陷,出现更大范围的亮暗缺陷只是时间问题。因此一块全面屏必须要对孔区进行亚微米级缺陷检测,但孔区会有完整或部分的弧形区域,矩形靶面的各类相机在光学检测时往往只能对弧形区域进行交叠覆盖。这种方法因检区域在成像中大小、位置各不相同,由于产品放置位置的微小差别甚至还会出现无效图像,缺陷检测的效果和效率大打折扣。


技术实现要素:

3.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于弧周缺陷检测的显微光学系统,旨在解决现有技术中的问题。
4.本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:
5.一种用于弧周缺陷检测的显微光学系统,包括驱动单元、成像旋转单元和无限远成像单元,所述驱动单元固定设置,用于带动待检测产品的绕竖直设置的轴水平转动,所述成像旋转单元和所述无限远成像单元架设在所述驱动单元的上方;所述无限远成像单元对所述产品进行成像,所述成像旋转单元用于在所述产品成像时旋转图像。
6.本实用新型的有益效果是:检测过程中,首先,手动将待检测的产品置于驱动单元上,驱动单元带动产品旋转,使得产品做圆周运动;然后,产品自身产生的光线经无限远成像单元进行成像;同时,成像旋转单元使得产品成像的图像旋转,以全面采集产品图像,提高产品检测的效果。本实用新型实现孔区弧周缺陷检测,同时克服矩形视野采集弧形目标时检测区域位置大小、重复区域不固定的缺点,光学检测的效率大大提高,且检测更为全面,检测的效果较佳。
7.在上述技术方案的基础上,本实用新型还可以做如下改进。
8.进一步,所述无限远成像单元包括无限远显微物镜和成像装置,所述无限远显微物镜和所述成像装置从下至上间隔架设在所述驱动单元的上方,所述无限远显微物镜用于将所述产品产生的光线形成平行光,再由所述成像装置成像;所述成像旋转单元位于所述无限远显微物镜和所述成像装置之间。
9.采用上述进一步方案的有益效果是检测过程中,产品自身产生的光线经无限远显微物镜形成平行光,再由成像装置成像,成像的效果更佳,以提高产品缺陷检测的效果。
10.进一步,所述无限远成像单元还包括自动对焦装置,所述自动对焦装置固定设置,用于驱动所述无限远显微物镜上下移动。
11.采用上述进一步方案的有益效果是检测过程中,通过自动对焦装置驱动无限远显微物镜上下移动,以满足不同产品的成像要求,适用范围更广。
12.进一步,所述成像装置包括成像筒镜和相机组件,所述成像筒镜和相机组件从下至上间隔固定安装在所述成像旋转单元的上方,且所述成像筒镜与所述无限远显微物镜同轴设置。
13.采用上述进一步方案的有益效果是检测过程中,产品产生的光线经过无限远显微物镜形成平行光后,再由成像筒镜聚焦成像到相机组件的靶面,相机组件输出图像,使得产品能够更好的成像于相机组件,提高成像的效果,进而提高检测的效果。
14.进一步,所述成像旋转单元包括驱动件和像旋转器,所述像旋转器可绕竖直轴水平转动的安装在所述无限远显微物镜和所述成像装置之间;所述驱动件固定设置,用于驱动所述像旋转器旋转以对所述产品的成像进行旋转。
15.采用上述进一步方案的有益效果是成像过程中,通过驱动件驱动像旋转器旋转,产品产生的图像经像旋转器被旋转设定角度,既实现了产品的全面采集,又可尽可能的减小相邻两个图像重叠区域的面积,避免重复采集,检测效率大大提高。
16.进一步,所述像旋转器为道威棱镜。
17.采用上述进一步方案的有益效果是道威棱镜是一种像旋转器,光线经过此棱镜后,此像被颠倒180
°
,既实现了产品的全面采集,又使得相邻两个图像重叠区域的面积最小,最大限度的避免重复采集,检测效率高;另外,使道威棱镜以其光轴为轴旋转时,像的旋转角为道威棱镜旋转角的两倍。
18.进一步,还包括照明单元,所述照明单元用于产生光线,并照射在所述产品上,经所述产品反射后再由所述无限远成像单元进行成像。
19.采用上述进一步方案的有益效果是检测过程中,通过照明单元产生光线,光线照射在产品上,经产品反射后再由无限远成像单元进行成像,保证产品成像的效果,避免因产品产生的光线较弱而影响成像的效果。
20.进一步,所述照明单元包括光源,所述光源固定设置在所述驱动单元的上方。
21.采用上述进一步方案的有益效果是检测过程中,通过光源产生光线,光线照射在产品上并经产品反射至无限远成像单元进行成像,保证成像光线的亮度,从而保证产品成像的效果,进一步提高产品检测的效果。
22.进一步,还包括光线处理装置,所述光线处理装置固定安装在所述无限远成像单元和所述光源之间,所述光源产生的光线经所述光线处理装置处理后照射于所述产品上,并经所述产品反射至所述无限远成像单元进行成像。
23.采用上述进一步方案的有益效果是检测过程中,光源产生的光线经光线处理装置处理后照射于产品上,并经产品反射至无限远成像单元进行成像,保证光源产生的光线能够顺利到达产品,从而保证产品成像的效果。
24.进一步,所述光源为同轴光源、离轴光源和背光光源中的一种或多种。
25.采用上述进一步方案的有益效果是光源采用一种光源时,该光源产生的光线到达产品对应的部位处,从而检测产品对应部位上是否存在缺陷;光源采用多种光源时,多种光
源合理分布,多种光源产生的光线到达产品的不同部位,从而检测产品不同部位的缺陷,检测更为全面,检测效果更佳。
附图说明
26.图1为本实用新型中照明方式为科勒照明和离轴光源结合的整体结构示意图;
27.图2为本实用新型中照明方式为科勒照明的整体结构示意图;
28.图3为本实用新型中照明方式为普通同轴光源的整体结构示意图;
29.图4为本实用新型中照明方式为离轴光源的整体结构示意图;
30.图5为本实用新型中照明方式为背光光源的整体结构示意图;
31.图6为本实用新型中无限远成像单元的结构示意图;
32.图7为本实用新型采集弧边图像的示意图之一;
33.图8为本实用新型采集弧边图像的示意图之二;
34.图9为本实用新型采集弧边图像的示意图之三;
35.图10为现有技术采集弧边图像的示意图之一;
36.图11为现有技术采集弧边图像的示意图之二;
37.图12为现有技术采集弧边图像的示意图之三。
38.附图中,各标号所代表的部件列表如下:
39.2、像旋转器;3、自动对焦装置;4、产品;5、光源;11、无限远显微物镜;12、成像筒镜;13、相机组件;523、透镜一;525、孔径光阑;524、视场光阑;522、透镜二;142、分束镜一;141、分束镜二。
具体实施方式
40.以下结合附图及具体实施例对本实用新型的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本实用新型,并非用于限定本实用新型的范围。
41.如图1至图9所示,本实用新型提供一种用于弧周缺陷检测的显微光学系统,包括驱动单元、成像旋转单元和无限远成像单元,驱动单元固定设置,用于带动待检测的产品4绕竖直设置的轴水平转动,成像旋转单元和无限远成像单元架设在驱动单元的上方;无限远成像单元对产品4进行成像,成像旋转单元用于在产品4成像时旋转图像。检测过程中,首先,手动将待检测的产品4置于驱动单元上,驱动单元带动产品4旋转,使得产品4做圆周运动;然后,产品4自身产生的光线经无限远成像单元进行成像;同时,成像旋转单元使得产品4成像的图像旋转,以全面采集产品4图像,提高产品4检测的效果。本实用新型实现孔区弧周缺陷检测,同时克服矩形视野采集弧形目标时检测区域位置大小、重复区域不固定的缺点,光学检测的效率大大提高,且检测更为全面,检测的效果较佳。
42.实施例1
43.在上述结构的基础上,本实施例还包括平台,驱动单元固定安装在平台上。
44.上述驱动单元可以为电机,电机通过螺栓固定安装在平台上,其驱动端竖直向上,并与水平设置的旋转盘下表面的中心处固定连接。检测时,产品4直接置于旋转盘上,电机驱动旋转盘及产品4转动,使得产品4做圆周运动,以便无限远成像单元全面采集产品4的图像。
45.除实施方式外,检测过程中,也可以直接将待检测的产品4置于平台上,相对于平台静止;此时驱动单元通过支架固定架设在平台上,用于驱动成像旋转单元和无限远成像单元做周向运动,具体安装方式为:平台上固定安装有支架,电机固定安装在支架的顶部,其驱动端竖直向下,并与旋转盘下表面的中心处固定连接;成像旋转单元和无限远成像单元均安装在旋转盘上。检测时,电机驱动旋转盘转动,并带动成像旋转单元和无限远成像单元做圆周运动。
46.上述支架也可以直接固定安装在地面上,其支架的顶部延伸至平台的上方。
47.上述任何一种方案都可行,只要保证产品4与成像旋转单元和无限远成像单元有相对位置,从而保证无限远成像单元能够全面的采集产品4的图像,提高检测的效果。
48.实施例2
49.在上述结构的基础上,本实施例中,无限远成像单元包括无限远显微物镜11和成像装置,无限远显微物镜11和成像装置从下至上间隔架设在驱动单元的上方,无限远显微物镜11用于将产品4产生的光线形成平行光,再由成像装置成像;成像旋转单元位于无限远显微物镜11和成像装置之间。检测过程中,产品4自身产生的光线经无限远显微物镜11形成平行光,再由成像装置成像,成像的效果更佳,以提高产品4缺陷检测的效果。
50.检测时,上述成像装置固定设置,而无限远显微物镜11可以固定设置,此时该检测设备用于检测同一种产品4的缺陷;无限远显微物镜11也可以上下移动设置,此时可以用于检测不同产品4的缺陷,检测时需要根据对应的产品4上下移动无限远显微物镜11,以调节无限远显微物镜11与成像装置之间的间距,从而满足不同产品4的检测需求。
51.实施例3
52.在实施例二的基础上,本实施例中,无限远成像单元还包括自动对焦装置3,自动对焦装置3固定设置,用于驱动无限远显微物镜11上下移动。检测过程中,通过自动对焦装置3驱动无限远显微物镜11上下移动,以满足不同产品4的成像要求,适用范围更广。
53.上述自动对焦装置3采用的是现有技术中的自动对焦系统,其具体结构及原理在此不再进行赘述,且其通过支架固定架设在平台的上方;另外,无限远显微物镜11通过螺栓固定安装在自动对焦系统上,由自动对焦系统上下调节无限远显微物镜11的位置,从而调节无限远显微物镜11与成像装置之间的间距,从而满足不同产品4的检测需求。
54.实施例4
55.在实施例二的基础上,本实施例中,成像装置包括成像筒镜12和相机组件13,成像筒镜12和相机组件13通过支架从下至上间隔固定安装在成像旋转单元的上方,且成像筒镜12与无限远显微物镜11同轴设置。检测过程中,产品4产生的光线经过无限远显微物镜11形成平行光后,再由成像筒镜12聚焦成像到相机组件13的靶面,相机组件13输出图像,使得产品4能够更好的成像于相机组件13,提高成像的效果,进而提高检测的效果。
56.实施例5
57.在上述结构的基础上,本实施例中,成像旋转单元包括驱动件和像旋转器2,像旋转器2可绕竖直轴水平转动的安装在无限远显微物镜11和成像装置之间,即位于无限远显微物镜11和成像筒镜12之间;驱动件通过支架固定设置在平台的上方,用于驱动像旋转器2旋转以对产品4的成像进行旋转。成像过程中,通过驱动件驱动像旋转器2旋转,产品4产生的图像经像旋转器2被旋转设定角度,既实现了产品4的全面采集,又可尽可能的减小相邻
两个图像重叠区域的面积,避免重复采集,检测效率大大提高。
58.优选地,本实施例中,上述驱动件优选电机,电机通过支架固定架设在平台的上方,其驱动端竖直向上,并与像旋转器2固定连接,驱动件用于驱动像旋转器2旋转以对产品4的成像进行旋转。
59.另外,上述相机组件13包括至少一个相机,该相机优先ccd相机。
60.需要说明的是,上述驱动件设置的作用是带动像旋转器2旋转,以改变采集产品4图像的角度,但是不会影响产品4图像的采集。
61.基于上述方案,上述自动对焦装置3可以设置在像旋转器2和无限远显微物镜11之间,也可以设置在像旋转器2和成像筒镜12之间,此时自动对焦装置3可通过连接杆与无限远显微物镜11连接,以带动无限远显微物镜11上下移动。
62.实施例6
63.在实施例五的基础上,本实施例中,像旋转器2为道威棱镜。道威棱镜是一种像旋转器,光线经过此棱镜后,此像被颠倒180
°
,既实现了产品4的全面采集,又使得相邻两个图像重叠区域的面积最小,最大限度的避免重复采集,检测效率高;另外,使道威棱镜以其光轴为轴旋转时,像的旋转角为道威棱镜旋转角的两倍。
64.实施例7
65.在上述结构的基础上,本实施例还包括照明单元,照明单元用于产生光线,并照射在产品4上,经产品4反射后再由无限远成像单元进行成像。检测过程中,通过照明单元产生光线,光线照射在产品4上,经产品4反射后再由无限远成像单元进行成像,保证产品4成像的效果,避免因产品4产生的光线较弱而影响成像的效果。
66.实施例8
67.在实施例七的基础上,本实施例中,照明单元包括光源5,光源5通过支架固定设置在驱动单元的上方,即架设在平台的上方,用于产生光线,光线照射在产品4上并经产品4反射至无限远成像单元进行成像。检测过程中,通过光源5产生光线,光线照射在产品4上并经产品4反射至无限远成像单元进行成像,保证成像光线的亮度,从而保证产品4成像的效果,进一步提高产品4检测的效果。
68.检测时,可增加多组不同波长照明光源5采集不同光源下图像,也可以使用产品4自发光成像不加照明光源;而且,相机的数量与光源5的种类一一对应。
69.实施例9
70.在实施例八的基础上,本实施例还包括光线处理装置,光线处理装置固定安装在无限远成像单元和光源5之间,光源5产生的光线经光线处理装置处理后照射于产品4上,并经产品4反射至无限远成像单元进行成像。检测过程中,光源5产生的光线经光线处理装置处理后照射于产品4上,并经产品4反射至无限远成像单元进行成像,保证光源5产生的光线能够顺利到达产品4,从而保证产品4成像的效果。
71.上述光源5为同轴光源、离轴光源和背光光源中的一种或多种,光源采用一种光源5时,该光源5产生的光线到达产品4对应的部位处,从而检测产品4对应部位上是否存在缺陷;光源5采用多种光源5时,多种光源5合理分布,多种光源5产生的光线到达产品4的不同部位,从而检测产品4不同部位的缺陷,检测更为全面,检测效果更佳。
72.本实用新型检测时,光源5设计的具体情况及工作原理如下:
73.第一种实施方式:光源5为背光光源时(参见图5),此时光源5可以置于产品4的正下方,光源5产生的光线直接穿过产品4后,然后经无限远显微物镜11形成平行光束,再依次经像旋转器2旋转及成像筒镜12聚焦成像到相机组件13的靶面,相机组件13输出图像,使得产品4能够更好的成像于相机组件13,提高成像的效果,进而提高检测的效果。
74.另外,光源5也可以置于产品4下方的一侧,此时光源5经产品4折射的光线经无限远显微物镜11形成平行光束,再依次经像旋转器2旋转及成像筒镜12聚焦成像到相机组件13的靶面,相机组件13输出图像,使得产品4能够更好的成像于相机组件13,提高成像的效果,进而提高检测的效果。
75.基于上述方案,光源5可以直接置于平台上,然后将产品4置于光源5上,此时平台可以为不透光的平台,且驱动单元驱动光源5及产品4一起转动;也可以将光源5固定设置在平台的下方,此时平台为透明的平台。
76.第二种实施方式:光源5为离轴光源时(参见图4),此时光源5通过本领域技术人员所能想到的方式固定设置在产品4上方的一侧,光源5产生的光线照射至产品4上,再由产品4反射的光线经无限远显微物镜11形成平行光束,再依次经像旋转器2旋转及成像筒镜12聚焦成像到相机组件13的靶面,相机组件13输出图像,使得产品4能够更好的成像于相机组件13,提高成像的效果,进而提高检测的效果。
77.第三种实施方式:光源5为同轴光源时(参见图2和图3),图3中虚线式的光源5为示意光源5所在的位置,并不是有多个光源5;此时光源5可以位于无限远显微物镜11竖直轴线的一侧,其具体位置不做限定,此时光源5需要配合光线处理装置,具体方式如下:
78.(1)照明方式为科勒照明(参见图2):一种用于投射式和反射式光学显微镜产生样本照明的方式。科勒照明的作用是产生一种非常均匀的样本照明,保证照明光源的影像(例如卤素灯灯丝)在结果影像中不可见。科勒照明是现代科学光学显微镜样本照明的主要技术。其需要较昂贵的额外光学元件,价格较低的基本功能光学显微镜不一定配备。
79.基于上述方案,此时光线处理装置包括透镜一523、孔径光阑525、视场光阑524、透镜二522及、分束镜一142和分束镜二141,透镜一523、孔径光阑525、视场光阑524、透镜二522及分束镜一142和分束镜二141呈一字型同轴固定分布在无限远成像单元的一侧;分束镜一142和分束镜二141平行设置,且其与水平面之间的夹角均为45
°
;光源5位于透镜一523远离无限远成像单元的一侧。另外,此时相机组件13包括两个ccd相机,两个ccd相机分别位于分束镜一142和分束镜二141的上方,且分束镜二141优选位于成像筒镜12和对应的ccd相机之间。检测时,光源5产生的光线依次经过透镜一523、孔径光阑525、视场光阑524、透镜二522及、分束镜一142,部分光线直接贯穿分束镜一142后到达分束镜二141,经分束镜二141反射后照射到产品4上,再经产品4反射的光线经无限远显微物镜11形成平行光束,再依次经像旋转器2旋转及成像筒镜12聚焦,部分光线依次经分束镜二141和分束镜一142反射后到达ccd相机中成像。
80.(2)照明方式为普通的同轴光源照明(参见图3):该光源5可以位于无限远显微物镜11竖直轴线的一侧,此时光线处理装置包括分束镜,分束镜倾斜设置且其与水平面的夹角为45
°
,分束镜位于产品4和相机组件13之间的任意位置。检测时,光源5产生的光线经分束镜反射后照射于产品4上,光线经产品4反射后经无限远显微物镜11形成平行光束,再依次经像旋转器2旋转及成像筒镜12聚焦成像到相机组件13的靶面,相机组件13输出图像,使
得产品4能够更好的成像于相机组件13,提高成像的效果,进而提高检测的效果。
81.基于上述方案,分束镜可以位于无限远显微物镜11和产品4之间,也可以位于像旋转器2和成像筒镜12之间,还可以位于成像筒镜12和相机组件13之间,具体位置不做限定,根据实际需求进行设计;另外,图3中虚线位置的光源5仅仅只是对光源5所能够设置位置的示意,并不是表示有多个光源5。
82.上述光源5可以为同轴光源、离轴光源和背光光源中的任意一种(参见图2至图5),光源5产生的光线经产品4反射后在相机组件13中成像,此时相机组件13采集的仅仅只是产品4某一部位的图像,即只能检测产品4某一部分的缺陷。
83.上述光源5可以为同轴光源、离轴光源和背光光源中的多种组合(参见图1),此时多种不同的光源5产生的光线照射到产品4的不同部位,光线经产品4反射后在相机组件13中成像,此时相机组件13采集的产品4多个不同部位的图像,即同时检测产品4不同部位的缺陷。基于上述方案,不同的光源5根据需求合理设置,保证相互之间不影响。
84.图1所示的为离轴光源和科勒照明同轴光源的组合照明方式,此时相机组件13包括两个ccd相机,其具体原理为:
85.同轴的光源5产生的光线依次经过透镜一523、孔径光阑525、视场光阑524、透镜二522及、分束镜一142,部分光线直接贯穿分束镜一142后到达分束镜二141,经分束镜二141反射后照射到产品4上,再经产品4反射的光线经无限远显微物镜11形成平行光束,再依次经像旋转器2旋转及成像筒镜12聚焦,部分光线依次经分束镜二141和分束镜一142反射后到达对应的ccd相机中成像。
86.同时,离轴的光源5产生的光线经分束镜反射后照射于产品4上,光线经产品4反射后经无限远显微物镜11形成平行光束,再依次经像旋转器2旋转及成像筒镜12聚焦成像到对应ccd相机的靶面,该ccd相机输出图像。
87.上述方案中,由于光线波长的不同,同轴的光源5产生的光线经产品4反射后,此时的光线不能穿过分束镜二141,只能依次经分束镜二141和分束镜一142反射后到达对应的ccd相机中成像;而离轴的光源5产生的光线经产品4反射后,此时的光线只能穿过分束镜二141到达对应的ccd相机成像,不会经分束镜二141反射,因此两个光源5产生的光线经产品4反射后分别于两个ccd相机中成像,相互不影响。
88.本实用新型与其他方法采集弧边图像的区别如下:
89.如图7所示,以本实用新型的显微光学装置采集图像,由于图像在采集过程中已经进行了旋转,因此产品4与装置的相对位移可以直接按照所需弧边匀速运动,且各个图像之间弧边检测区域位置、大小固定,虽然相邻图像之间有部分重叠,但重叠部分也是固定的,因此这种光学显微装置检测方便,成功率高。
90.如图8所示,即使靶面尺寸与理想尺寸不一致,依然不影响本实用新型的以上特点。
91.如图9所示,本实用新型的弧周光学检测系统的应用可以拓展到含有弧周的复杂边缘检测。其中产品4相对其他部件的运动轨迹与所需检测范围保持一致。产品4从位置a切入运行轨道后像旋转器2角度不变,在位置b到位置c之间运行时像旋转器2相应的旋转90
°
即画面旋转180
°
,在位置c到位置d之间运行时像旋转器2停止旋转,切入位置d之后继续旋转90
°
即画面旋转至360
°
回到原位置,产品4运行轨迹也回到位置a,以此完成复合图形边缘
的检测。
92.如图10所示,由于圆形与矩形运动的不同,当产品4与光学系统之间相对运动时均匀而图像采集帧率固定时,矩形靶面对弧边的覆盖会变得不均匀,或有大量遗漏或有大量交叠,而光学检测需要满足分辨率的情况下全覆盖被采集对象,为了弥补遗漏区域会出现过多重复采集,而且检测区域在图像中的位置、大小不固定,检测效率十分低下。
93.如图11所示,图11为理想矩形靶面对弧边无重叠全覆盖拼接的采集方式,这种方法下检测区域在图像中的位置、大小也不固定,且每幅图像中心不能构成一个速度或距离均匀的位移,或者图像不能使用同一帧率采集,这种方式实现是比较难的。
94.如图12所示,ccd相机的靶面大小有固定的尺寸而本系统需要兼容各类弧边尺寸,因此图像采集过程中并不能完美的无重叠全覆盖整个弧边,此时会产生每相邻两个图像会有不同的交叠区域,给光学检测处理增加了检出难度。
95.需要说明的是,本实用新型中所涉及的光学部件均采用现有技术,其具体结构及原理在此不再进行赘述。
96.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
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