CN214097211U - 一种透明平板玻璃的缺陷检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种透明平板玻璃缺陷检测装置，包括线阵CCD相机、白色平行光源、透射式空间光调制器、待测样本、计算机、传送装置、支撑装置、遮光罩等。白色平行光源用于提供检测所需的均匀光照，平行光经过透射式空间光调制器输出线偏振光，偏振光透过待测样本进入线阵CCD相机，即可采集待测样本通过偏振光所成的图像。传送装置用于传输待测样本，实现自动连续检测。支撑装置用于固定线阵CCD相机。遮光罩用于遮挡外部光照，提供暗视场环境。调整透射式空间光调制器直至线阵CCD相机在计算机上呈现全黑色图像，启动传送装置，当待测样本进入透射式空间光调制器与线阵CCD相机之间时采集图像，若待测样本存在表面缺陷，线阵CCD采集到白色缺陷轮廓图像，经计算机处理后可判断有无缺陷及缺陷种类。本检测装置可实现透明平板玻璃缺陷的自动实时检测，结构简单，检测效率高。

Description

一种透明平板玻璃的缺陷检测装置

技术领域

本实用新型属于透明平板玻璃缺陷检测领域，是一种关于透明平板玻璃表面划痕、内部气泡或夹杂物等生产缺陷的检测装置，是一种自动化、非接触式、连续准确的透明平板玻璃缺陷的检测装置。

背景技术

透明平板玻璃是一种在工业、建筑等各个领域都广泛使用的一种光学材料，具有特殊的光学特性，以及耐腐蚀性强，易于加工，成本低，稳定性好等种种优点。然而，透明平板玻璃在生产过程中由于其工艺复杂，在浇注、固化、切割以及运输等过程中总是不可避免地产生一些缺陷。带有缺陷的平板玻璃不仅影响观感，还会改变其光学特性，严重影响透明平板玻璃的使用价值，不能进行下一步的加工生产活动，因此，企业在生产过程中需要对透明平板玻璃进行缺陷检测，对于存在缺陷的产品及时剔除。

目前国内的制造业对于透明平板玻璃的缺陷检测仍以人工为主，不仅效率低下，劳务成本高，而且检测结果受工人状态影响，并不能保证检测结果准确可靠。

实用新型内容

1.要解决的问题：

当前国内的制造行业中，对于透明平板玻璃的缺陷检测的仍主要采取人工视觉检测的方法，即用强光照射待测样品，工人去直接观测待测样本有无缺陷及缺陷类型，并进行人工分类。该方法不仅存在效率低、成本高、无法保证检测精度等种种弊端，还会危害工人的眼部健康。如何实现透明平行平板的表面缺陷的自动检测是当前面临的一大难题。

2.技术方案：

针对当前制造业人工检测缺陷的弊端，本实用新型提供一种非接触式透明平板玻璃的缺陷自动检测装置，可以解决上述问题。

本实用新型是一种非接触式透明平板玻璃的缺陷自动检测装置，包括线阵CCD相机1、透射式空间光调制器2、白色平行光源3、待测样本4、传送装置5、支撑装置6-9、计算机10以及遮光罩11。

本实用新型所述支撑装置由基座9、固定台8、伸缩杆6、紧固件7构成。所述基座9固定在地面上且上表面带有滑槽，滑槽与所述固定台8连接，实现固定台8左右移动；所述固定台8上安装有伸缩杆6，所述伸缩杆6通过紧固件7调节其长度；所述线阵CCD相机1固定在伸缩杆6上，可实现在前后、左右、上下三个维度上调节线阵CCD相机1的工作高度及工作位置。线阵CCD相机1与计算机10相连接，实现线阵CCD相机1的远程控制以及图像的存储与处理。

本实用新型所述传送装置5放置在地面上，主要结构为可编程控制的辊子，多个独立可编程控制的辊子共同组成传送装置，辊子的转动由存储在计算机10的预先编制的控制程序根据检测精度与速度进行控制。所述待测样本4放置在传送装置5上随辊子牵引移动，实现透明平板自动实时检测。

本实用新型所述白色平行光源3放置于传送装置5内部，白色平行光源3的发光面积应大于待测样本4所采图像的面积。白色平行光源3由铝基板上布置紧凑的LED灯组阵列构成。光路方向为从白色平行光源3进入透射式空间光调制器2输出线偏振光、再透过待测样本4进入线阵CCD相机1。待测样本4由线阵CCD相机1成像并采集得到图像数据，再将图像数据传输到计算机10上进行相应的图像处理后得出检测结果。

本实用新型所述线阵CCD相机1主要包括光学镜头、偏振片、线阵CCD图像传感器、滤光片等，其中线阵CCD图像传感器和光学镜头的选型由检测精度决定。通过对待测样本4逐行连续扫描，扫描及图像处理速度与传送装置5运动速度一致，可实现整个待测样本表面的均匀检测。

本实用新型所述透射式空间光调制器2是一种可以在控制下对通过调制光场的光束相关参数，如振幅、偏振态、相位等进行调制的器件，可以将白色平行光源3发出的平行光调制为线偏振光输出。透射式空间光调制器2上表面覆有一层保护膜，可防止灰尘、划伤等对采集到的图像产生干扰，保证装置的检测精度、延长装置的使用寿命。透射式空间光调制器2上表面与待测样本4的间距应尽量小。

本实用新型所述计算机10通过驱动软件可以远程操作线阵CCD相机1，同时可以存储图像数据，并进行缺陷的识别。

本实用新型所述遮光罩11在图像采集系统外部，用于遮挡外部光源，整个图像采集过程在暗视场条件下进行。

3.工作原理：

调整透射式空间光调制器2直至线阵CCD相机1成像时产生消光现象，此时光路中无待测样本4，采集到的图像为全黑色的消光图像；在透射式空间光调制器2与线阵CCD 相机1之间放置待测样本4，若待测样本4存在缺陷，则待测样本4的缺陷处在计算机10 采集到的图像上是非消光图像，表现为白色缺陷轮廓。再将图像送至计算机10进行处理，即可判断缺陷的信息。

本实用新型所述的透明平板玻璃的缺陷装置具有以下优势：

1、本实用新型提供一种透明平板玻璃的缺陷检测装置，该检测装置可以实现非接触式自动检测，检测效率高、实用性好、检测结果准确可靠。

2、本实用新型利用线阵CCD相机可以进行连续均匀的图像采集，可不受待测透明平板玻璃的幅面限制，均匀检测整块平板玻璃的图像，再经图像处理算法进行缺陷的识别。检测效果好，可以代替人工检测，节省企业成本。

3、与现有的非接触式透明玻璃缺陷检测装置相比，本实用新型所述的检测装置针对透明平行平板玻璃的缺陷检测，检测装置结构简单，安装方便，维护和改造比较容易。

附图说明

图1为本实用新型提供的透明平板玻璃的缺陷检测装置结构图；

图2为本实用新型所述透明平板玻璃的缺陷检测装置外观示意图；

图3为本实用新型中所述检测装置的光路示意图；

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将结合本实用新型中的相关附图，对本实用新型所述装置进行更为清晰全面的描述。本实施例中所描述的是其中一种较为理想的实施方式，本实用新型可以以其他多种方式予以实现，并不局限于本文中所描述的这一种。本文中的实施例是为了更清楚完整地描述本实用新型所公开的内容。

在本实用新型的描述中需要说明的是，本文中所使用的术语，如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”等以及类似的表述，均是基于本实施例进行描述，目的是简化说明，不是限制本实用新型中所述的如白色平行光源3、支撑装置6-9、传送装置5、透射式空间光调制器2、线阵CCD相机1等器件的所在特定方位。

结合附图1和附图2，在本实用新型的实施例中，所述带有滑槽的基座9固定在地面上，上方连接固定台8，使得固定台8连同伸缩杆6、线阵CCD相机1一起可以左右移动，目的是调节线阵CCD相机1的工作位置。

需要指出的是，所述支撑装置中的伸缩杆6有两部分，一端与固定台8连接，另一端固定线阵CCD相机1，其长度可由紧固件7调节。可实现线阵CCD相机1的工作高度与拍摄位置的调整。

需要指出的是，所述传送装置5放置在地面上，主要结构为可编程控制的辊子，多个独立可编程控制的辊子共同组成传送装置，辊子的转动由存储在计算机10的预先编制的控制程序根据检测精度与速度进行控制。牵引待测样本4随辊子转动而匀速运动。由于线阵CCD相机1每次只采集一行像素点，通过逐行扫描的方式采集得到二维图像，因此图像采集及处理速度与待测样本4的运动速度应满足一定的函数关系。在本实施例中，待测样本4的传动速度v、图像采集及处理n行像素所需时间t、及相机相元尺寸i存在如下关系式，但不限于该约束条件：

需要指出的是，所述白色平行光源3放置于传送装置5内部，白色平行光源3的发光面积应大于待测样本所采图像的面积。白色平行光源3是许多LED灯组紧凑排列在铝基板上，发出一个个点光源，再经导光板、散光膜等使之发出相对均匀的平行光，为缺陷检测提供均匀稳定的照明。

需要指出的是，所述线阵CCD相机1主要包括光学镜头、偏振片、滤光片、线阵CCD图像传感器等。通过对待测样本4逐行连续扫描，扫描及图像处理速度与传送装置5运动速度一致，可实现整个待测样本表面的均匀检测。其选型决定检测系统的精度。其中线阵 CCD图像传感器分辨率与检测精度存在如下关系：

光学镜头焦距、工作距离、相机靶面尺寸和视野等参数之间的关系如下，其中FOV为相机的视场角，WD为工作距离。

需要指出的是，所述透射式空间光调制器2是一种可以在控制下对通过调制光场的光束相关参数，如振幅、偏振态、相位等进行调制的器件，可以将白色平行光源3发出的平行光调制为线偏振光输出。透射式空间光调制器2上表面覆有一层保护膜，可防止灰尘、划伤等对采集到的图像产生干扰，保证装置的检测精度、延长装置的使用寿命。透射式空间光调制器2上表面与待测样本4的间距应尽量小。

需要指出的是，所述计算机10通过驱动软件可以远程操作线阵CCD相机1，同时可以存储图像数据，并进行缺陷的识别。

需要指出的是，所述遮光罩11在图像采集系统外部，用于遮挡外部光源，整个图像采集过程在暗视场条件下进行。

步骤一、在透射式空间光调制器2上方放置一个分辨率板，调节固定台8及伸缩杆6，使线阵CCD相机1处于合适的工作位置及工作距离后固定，调节焦距使成像达到最佳效果。

步骤二、放置好遮光罩11，打开白色平行光源3。当检测装置中无待测样本4时，调节透射式空间光调制器2直至线阵CCD相机1所成的像为全黑的像，即产生消光现象。

步骤三、将待测样本4的一端放置在传送装置5的起始端上，启动传送装置5，当待测样本4随辊子的牵引移动至透射式空间光调制器2与线阵CCD相机1之间时，线阵CCD 相机1开始逐行扫描采集图像，并将图像传输至计算机10进行保存和处理。

步骤四、对所采集的待测样本4缺陷图像进行线性变换，线性变换后的图像整体对比度得到了增强，图像中的细节信息更为突出。图像线性变换是将输入图像g(x,y)和输出图像f(x,y)的灰度映射关系设为线性函数，其数学表达式如下，其中k、b为线性变换参数：

f(x,y)＝k·g(x,y)+b

步骤五、对线性变换后的图像进行高斯滤波处理，高斯滤波可以消除线性变换后产生的噪声干扰。滤波函数表达式如下：

步骤六、采用一阶微分的边缘检测法将滤波后的图像进行缺陷检测。首先，算出高斯滤波后所得图像G(x,y)的梯度幅值M(x,y)及其方向θ(x,y)：

图像G(x,y)在某方向d上求一阶导数：

将▽G(x,y)分解为x、y两个方向，以节省运算时间：

将▽G(x,y)与原图像进行卷积计算：

计算梯度幅值M(x,y)：

计算梯度方向θ(x,y)：

然后，将梯度幅值M(x,y)进行非极大值抑制操作：将当前像素点与沿正负梯度方向上的两个像素点进行比较，如果当前像素点的梯度强度比另外两个像素点大，则该像素点作为边缘点而被保留，反之则将其灰度值置零，如此可达到边缘细化的目的。

步骤七、用双阈值法进行缺陷边缘判别。采集5个像素点以及过高阈值个数，其中，(i,j)是像素点，w是图像参数，n是定义参数，m＝1,2,…5：

对所采集的5个像素点按照灰度值进行排序，并对其进行定级：

n₁＜n₂＜n₃＜n₄＜n₅

利用双阈值选择符合要求的像素，并计算像素点的能量，其中E是能量值，P是像素点的等级：

根据所求的像素点能量值判断缺陷，即大于阈值为缺陷，小于阈值则不属于透明平板玻璃的缺陷。

光路示意图如图3所示，光路方向为从白色平行光源3进入透射式空间光调制器2输出线偏振光、再透过待测样本4进入线阵CCD相机1。待测样本4由线阵CCD相机1成像并采集得到缺陷图像，再将图像传输到计算机10上，进行相应的图像处理后得出检测结果。

以上是针对附图中的实施例对本实用新型进行的表述，透明平板玻璃缺陷检测领域相关的技术人员可提出其他的形式的实施例，但在没有做出创造性工作的条件下，均属本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种透明平板玻璃的缺陷检测装置，其特征在于，包括：线阵CCD相机(1)、透射式空间光调制器(2)、白色平行光源(3)、待测样本(4)、传送装置(5)、支撑装置(6-9)、计算机(10)以及遮光罩(11)；

所述支撑装置由伸缩杆(6)、紧固件(7)、固定台(8)、基座(9)构成，基座(9)固定在地面上，其上表面带有滑槽，滑槽上方与固定台(8)连接，固定台(8)上方安装伸缩杆(6)，其长度由紧固件(7)调节及固定；

所述线阵CCD相机(1)固定在支撑装置中伸缩杆(6)的一端，线阵CCD相机(1)与计算机(10)相连接，并可由计算机(10)远程控制；

所述待测样本(4)放置在传送装置(5)上；

所述白色平行光源(3)放置在传送装置(5)内部；

所述透射式空间光调制器(2)放置在白色平行光源(3)的上方；

所述遮光罩(11)放置在线阵CCD相机(1)外部。

2.根据权利要求1所述的透明平板玻璃的缺陷检测装置，其特征在于，还包括：所述透射式空间光调制器(2)可将白色平行光源(3)发出的光调制成线偏振光输出；

所述透射式空间光调制器(2)上表面覆有一层保护膜；

所述透射式空间光调制器(2)上表面与待测样本(4)下表面的间距应尽量小。

3.根据权利要求1所述的透明平板玻璃的缺陷检测装置，其特征在于，还包括：所述传送装置(5)主要结构为可编程控制的辊子，所述待测样本(4)放置在传送装置(5)上随辊子牵引移动；

所述辊子牵引待测样本(4)的运动的速度由图像采集速度、图像处理速度及缺陷检测精度所决定。

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