專利名稱：表面特征檢測裝置的制作方法
技術領域：
表面特征檢測裝置
技術領域：
本實用新型涉及一種檢測裝置，特別涉及一種檢測光滑物體表面特征的檢測裝置。
背景技術：
表面特征是指薄膜、玻璃、金屬等光滑物體表面的劃痕、氣泡、凹坑、變形等特征， 表面特征檢測是機器視覺檢測中一個很重要的分支。尤其是近年來集成電路和激光工業(yè)的迅猛發(fā)展，芯片封裝、PCB布線、激光標、全息標等精細化生產(chǎn)所提出的表面特征檢測的應用需求越來越多。傳統(tǒng)的檢測方法通常采用普通的直射光或散射光作為光源去檢查表面特征，特征本身往往很不明顯，容易發(fā)生圖像畸變。

實用新型內(nèi)容因此，有必要提供一種能夠充分展示表面特征信息且不會發(fā)生圖像畸變的表面特征檢測裝置。一種表面特征檢測裝置，包括一光源裝置、一相機、一聚光元件及一半透半反鏡， 該聚光元件包括一吸光面和一透光面，該聚光元件的吸光面用于吸收光源裝置的發(fā)散光并將其轉化成收斂光束從透光面射出，該半透半反鏡與平行光束方向成45度方向設置，該相機設于該半透半反鏡的透光側，待檢測物體設于該半透半反鏡的反光側。通過聚光元件及半透半反鏡可以使得入射到待檢測物體表面的光束和從待檢測物體表面反射到相機的光束同軸，從而不會產(chǎn)生相機斜拍物體產(chǎn)生的圖像畸變。

圖1是本實用新型一實施例的表面特征檢測裝置的立體圖，其中箱體的一側被剖切。圖2是圖1所示表面特征檢測裝置的截面圖及光路原理圖。
具體實施方式
檢查表面特征的理想光源應該能夠充分展示表面特征信息，同時盡量抑制非表面特征信息。構成表面特征的主要要素包括粗糙度和平整度，劃痕、氣泡、凹坑、變形等特征會改變物體本身的粗糙度和平整度。根據(jù)這個原理，設計出合適的光源，突出物體的表面特征，弱化或消除其它特征。這實際上是一個解耦的過程。圖1所示為本實用新型一實施例的表面特征檢測裝置，該檢測裝置包括一光源裝置10、一箱體20及一工業(yè)相機30。該箱體20為空心的矩形箱體，該工業(yè)相機30及光源裝置10分別位于該箱體20頂部的左右兩側。請同時參照圖2，該光源裝置10包括一光源111、一光源固定座112、一光學擴散膜113及一外殼115。該外殼115為倒錐形，該外殼115的底部與箱體20的頂部相連并與箱體20的內(nèi)部相通，該外殼115的頂部具有一圓形開口，該光源固定座112卡扣于該開口中與外殼115連接；該光源固定座112為中空的圓柱體，該光源111設于該光源固定座112 內(nèi)側上方，光學擴散膜113設于該光源固定座112內(nèi)側下方并與光源111相對，從光源111 發(fā)射的光束經(jīng)過光學擴散膜113擴散射向箱體20的內(nèi)部。該光源111為點光源，比如發(fā)光二極管(LED)，本實施例采用紅外LED。該箱體20內(nèi)部從右至左設有一反射鏡13、一菲涅爾透鏡15及一半透半反鏡17。 該反射鏡13可采用鏡面反射光學玻璃，該反射鏡13與水平面成45度設置，該反射鏡13的反射面斜向朝上與光源111相對；該菲涅爾透鏡15位于反射鏡13的左側，該菲涅爾透鏡15 成豎直設置，該菲涅爾透鏡15包括一吸光面151及一透光面153，該吸光面151與反射鏡 13相對；該半透半反鏡17位于該菲涅爾透鏡15的左側并與水平面成45度設置，該半透半反鏡17的反射面與菲涅爾透鏡15的透光面153斜向相對，該半透半反鏡17的下方設有水平設置的待檢測物體70，即該待檢測物體70設于該半透半反鏡17的反光側，該半透半反鏡 17的上方設有工業(yè)相機30，即該工業(yè)相機30設于該半透半反鏡17的透光側。該工業(yè)相機30通過一相機安裝支架四固定在箱體20的上方，該相機30的鏡頭豎直朝下與半透半反鏡17的透光面斜向相對。為避免環(huán)境光(自然光)的干擾，該相機30 的鏡頭上加裝了濾鏡，使得鏡頭只接收光源111發(fā)出的光。比如，當光源111采用紅外LED 時，則該鏡頭加裝紅外濾鏡。該表面特征檢測裝置的工作原理是從光源111發(fā)出的光束41，經(jīng)過反射鏡13反射后投射到菲涅爾透鏡15的吸光面151上，菲涅爾透鏡15將發(fā)散的光束41變成輕微收斂并接近平行的光束43并從透光面153射出，該光束43再投射到半透半反鏡17的反射面上， 由于該半透半反鏡17與水平成45度，其中一部分光束被反射到待檢測物體70表面，如果待檢測物體70表面足夠光滑，就會產(chǎn)生鏡面反射，光束45按照特定路線穿過半透半反鏡17 進入到相機30的鏡頭中。如果待檢測物體70表面有氣泡80等缺陷特征，光束47就會偏離特定路線，最后也就無法到達相機30，在成像上就會形成黑斑，極便于后面的圖像處理。通過半透半反鏡17可以使得入射到待檢測物體70表面的光束和從待檢測物體70 表面反射到相機30的光束同軸，這樣相機30就能在待檢測物體70表面的正上方進行拍攝，而不會產(chǎn)生相機斜拍物體產(chǎn)生的圖像畸變。通過頻閃控制方法，使得僅在相機30需要拍攝時才點亮LED光源111，這樣可以大大降低功耗，并且能增加LED的亮度。比如使用該表面特征檢測裝置對傳送帶上的若干卡片進行檢測，當卡片在傳送帶上移動時，通過傳感器探測到待檢測物體，發(fā)信號給控制板， 控制板一方面控制光源111使其點亮，另一方面控制相機30開始拍攝。待拍攝完成，光源 111關閉，等待下一個卡片到來。如此以來，可以使光源111亮度更大(極短時間內(nèi)可以達到額定功率的兩倍，而整個時間內(nèi)的平均功率卻很低)，同時可以節(jié)能。通過合理設計箱體20的體積、菲涅爾透鏡15的尺寸、半透半反鏡17的尺寸、相機 30的鏡頭的高度等參數(shù)，可以把檢測視場做得較大范圍，如此能適應于更多場合。在其他實施例中，也可用其他聚光元件來替代菲涅爾透鏡，比如凸透鏡。由于菲涅爾透鏡的尺寸可以在低成本的情況下將尺寸做得很大，便于適應更多的測試應用和場合。在其他實施例中，從點光源發(fā)出的光可以直接照射到菲涅爾透鏡上，而無需先通過反射鏡反射，此時點光源必須設置于菲涅爾透鏡的焦距點附近，但如此以來，會增加箱體的尺寸，不利于安裝。通過實驗證明，采用本實用新型的表面特征檢測裝置檢測物體表面特征的檢測效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)檢測裝置。綜上所述，本實用新型的表面特征檢測裝置具有幾方面優(yōu)點1.無畸變成像該裝置采用特別的光路設計，特別是菲涅爾透鏡與半透半反鏡的組合，能很好克服圖像的畸變，區(qū)別于市場上的同類產(chǎn)品。2.節(jié)省空間，外觀簡約，易于安裝該裝置采用反射鏡與光源組合，有效地節(jié)省了安裝空間；該裝置外觀為箱狀，尺寸是360X350X230mm，結構緊湊，設計精巧。3.不受環(huán)境光影響該裝置采用紅外LED作為光源，并在鏡頭端加紅外濾鏡，能很好與環(huán)境光分離開來。4.低功耗，低散熱該裝置采用點LED和特殊控制方法，功耗非常低，額定功率小于1W，低于市場上的同類產(chǎn)品。5.大視場，可調節(jié)該裝置最大視場可達150X200mm，能夠滿足小到芯片、大到鈔
票的表面特征檢查。雖然本專利參照當前的較佳實施方式進行了描述，但本技術領域的普通技術人員應當認識到，上述較佳實施方式僅用來說明本專利，并非用來限定本專利的保護范圍，任何在本專利的精神和原則范圍之內(nèi)，所做的任何修飾、等效替換、改進等，均應包含在本專利的權利保護范圍之內(nèi)。
權利要求1.一種表面特征檢測裝置，包括一光源裝置及一相機，其特征在于還包括一聚光元件及一半透半反鏡，該聚光元件包括一吸光面和一透光面，該聚光元件的吸光面用于吸收光源裝置的發(fā)散光并將其轉化成收斂光束從透光面射出，該半透半反鏡與平行光束方向成 45度方向設置，該相機設于該半透半反鏡的透光側，待檢測物體設于該半透半反鏡的反光側。
2.如權利要求1所述的表面特征檢測裝置，其特征在于還包括一反射鏡，該反射鏡設于該聚光元件的吸光面的右側，該光源裝置設于該反射鏡的上方，該反射鏡與水平成45度設置，該反射鏡的反射面與聚光元件的吸光面斜向相對。
3.如權利要求2所述的表面特征檢測裝置，其特征在于該聚光元件為菲涅爾透鏡，該菲涅爾透鏡為豎直設置。
4.如權利要求3所述的表面特征檢測裝置，其特征在于該半透半反鏡的反射面與該菲涅爾透鏡的透光面斜向相對，該半透半反鏡的反射面與水平面成45度設置，該待檢測物體設于該半透半反鏡的反射面的下方，該待測物體成水平設置。
5.如權利要求4所述的表面特征檢測裝置，其特征在于該相機的鏡頭豎直朝下與該半透半反鏡的透光面斜向相對。
6.如權利要求5所述的表面特征檢測裝置，其特征在于還包括一箱體，該箱體為空心的矩形箱體，所述聚光元件、半透半反鏡及反射鏡均設于該箱體中，該反射鏡、聚光元件及半透半反鏡從右至左依次排列，該相機及光源裝置分別位于該箱體頂部的左右兩側。
7.如權利要求1至6中任意一項所述的表面特征檢測裝置，其特征在于該光源裝置包括一 LED點光源。
8.如權利要求7所述的表面特征檢測裝置，其特征在于該LED點光源為紅外LED，該相機的鏡頭上配有紅外濾光鏡。
9.如權利要求7所述的表面特征檢測裝置，其特征在于該LED點光源采用頻閃的方式控制其亮度。
10.如權利要求7所述的表面特征檢測裝置，其特征在于該光源裝置還包括一光源固定座、一光學擴散膜及一外殼，該外殼為倒錐形，該外殼的底部與箱體的頂部相連并與箱體的內(nèi)部相通，該外殼的頂部具有一圓形開口，該光源固定座卡扣于該開口中與外殼連接；該光源固定座為中空的圓柱體，該光源設于該光源固定座內(nèi)側上方，光學擴散膜設于該光源固定座內(nèi)側下方并與光源相對。
專利摘要一種表面特征檢測裝置，包括一光源裝置、一相機、一聚光元件及一半透半反鏡，該聚光元件包括一吸光面和一透光面，該聚光元件的吸光面用于吸收光源裝置的發(fā)散光并將其轉化成收斂光束從透光面射出，該半透半反鏡與平行光束方向成45度方向設置，該相機設于該半透半反鏡的透光側，待檢測物體設于該半透半反鏡的反光側。通過聚光元件及半透半反鏡可以使得入射到待檢測物體表面的光束和從待檢測物體表面反射到相機的光束同軸，從而不會產(chǎn)生相機斜拍物體產(chǎn)生的圖像畸變。
文檔編號G01N21/88GK202149882SQ20112010345
公開日2012年2月22日 申請日期2011年4月3日 優(yōu)先權日2010年12月15日
發(fā)明者古樂野, 梁思達, 莫雄亮, 郭玉峰, 阮波 申請人:深圳市中鈔科信金融科技有限公司