一种检测玻璃面板表面缺陷的系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种检测玻璃面板表面缺陷系统及方法，本发明专利技术将单透镜、远心光路与相位测量偏折术相结合，通过设置编码面结构光显示设备、分束镜、玻璃面板待测表面和图像采集装置在空间的位置使之满足反射定律，在编码面结构光显示设备与分束镜之间设置透镜，并使得编码面结构光显示设备位于透镜的物方焦平面上，通过计算机控制产生相互垂直的标准N步相移面结构光至玻璃面板待测表面，采集图像后经后端图像处理设备处理得到变形面结构光的调制度分布、最佳梯度分布与最佳高度分布。本发明专利技术解决了基于相位测量偏折术的传统系统在缺陷检测时由于系统多义性引起的相位与高度信息不准确的问题，进而提高玻璃面板表面缺陷检测的精度与准确度。

System and method for detecting surface defect of glass panel

The invention provides a method for detecting surface defects of glass panel system and method, the invention uses a single lens, telecentric optical path and phase measuring deflectometry combination, a display device, a beam splitter, a glass panel surface to be measured and the image acquisition device in space to satisfy the law of reflection by setting the encoding structured light in the encoding structured light, display lens is arranged between the device and the beam splitter, and the encoding structured light display device located in the focal plane of lens material, controlled by computer generated standard N step perpendicular phase-shifting structured light to the glass panel surface to be measured, image acquisition and image processing equipment after the back-end processing the deformation surface structure of light modulation distribution, optimal gradient distribution and optimal height distribution. The invention solves the traditional system based on phase measuring deflectometry in defect detection because of ambiguity caused by phase system with highly inaccurate information, and then improve the detection of glass panel surface defects of precision and accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种检测玻璃面板表面缺陷的系统及方法
本专利技术具体涉及一种检测玻璃面板表面缺陷系统及方法。
技术介绍
随着近年来信息技术飞速发展，玻璃面板以其高强度，高硬度，抗压，抗碰撞等优点，被广泛应用在LCD液晶显示屏、手机屏、平板电脑、家用电器等领域，对其质量要求也随之愈发苛刻。玻璃面板生产过程包括：开料、CNC、研磨、抛光、离子交换、超声波清洗、丝印、烘烤，镀膜等，生产过程中各个环节都有可能产生缺陷。因此，玻璃面板的缺陷检测至关重要。传统的检测方法基于反射光或透射光光强检测原理，主要包括人工检测与机器视觉检测两种方法。人工检测主要依靠检测人员的视觉以及经验，易于出错并且耗时。目前，国内的玻璃面板缺陷的检测依然主要依靠人工检测，工作量繁重，且对人眼有较大伤害。机器视觉检测采用CCD相机取代了人眼，通过设置合适的光源使得缺陷突出，该方法稳定性高、测量速度快，但光源设计复杂，只有在特定的角度下才可能观察到缺陷，并且当缺陷导致的反射率变化较小时，更难检测出缺陷。此外，该方法属于二维测量，无法检测玻璃面板的三维面形缺陷。故采用光学三维测量技术成为检测玻璃面板进而获取其表面形貌信息的重要手段之一。基于相位测量偏折术的三维形貌测量技术是基于梯度测量的原理，由于小角度可引起较大的相位变化，适用于镜面及类镜面物体的高精度、高灵敏度的三维测量，并且该方法利用普通非相干光源，但具有接近于干涉仪的测量精度，且无需精密的机械扫描装置，可靠性和耐用性更高，成本更低，对环境温度变化及振动不敏感。然而，实际采用相位测量偏折术测量所得相位不仅受到待测物体的梯度调制，而且还受到待测物体的高度调制，在解调得到的相位数据中不能区分梯度和高度，即所谓的系统多义性，而系统多义性会导致相位测量出现误差。故而，如何消除系统多义性，进而提高检测精度和准确度，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种将单透镜、远心光路与相位偏折术相结合进而解决系统多义性问题的检测系统及检测方法，通过本专利技术检测系统可以获取待测表面的调制度信息，梯度信息和高度信息，以提高玻璃面板缺陷检测的精度与准确性，并且通过分束镜优化系统结构，有利于检测系统微型化。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：技术方案一：一种检测玻璃面板表面缺陷的系统，包括：编码面结构光显示设备，透镜，分束镜，图像采集装置以及图像处理设备；图像采集装置设于玻璃面板待测表面正上方，编码面结构光显示设备和图像采集装置均垂直于玻璃面板待测表面放置，分束镜倾斜45°设置于图像采集装置与玻璃面板待测表面之间，使得编码面结构光显示设备产生光线经分束镜至玻璃面板待测表面的入射方向与经玻璃面板待测表面反射至图像采集装置的光线方向平行，其中：编码面结构光显示设备与分束镜之间设有透镜，并使得编码面结构光显示设备位于透镜的物方焦平面图像采集装置内设有物方远心镜头形成远心光路；编码面结构光显示设备分别输出相互垂直的标准N步相移面结构光，光线通过透镜后再通过分束镜折转于玻璃面板待测表面成像，经玻璃面板待测表面调制后得到的变形面结构光进入图像采集装置的光接收面，图像采集装置分别采集在两个方向上经每次相移后得到的变形结构光图像，并通过后端图像处理设备处理。根据本专利技术实施例，本专利技术中编码面结构光显示设备产生的面结构光模式为正弦条纹。技术方案二：一种玻璃面板表面缺陷的检测方法，包括以下步骤：步骤A：搭建如下检测系统：将图像采集装置设于玻璃面板待测表面正上方，编码面结构光显示设备和图像采集装置均垂直于玻璃面板待测表面放置，分束镜倾斜45°设置于图像采集装置与玻璃面板待测表面之间，使之满足反射定律，其中：图像采集装置内设有物方远心镜头形成远心光路，编码面结构光显示设备与分束镜之间设有透镜，并使得编码面结构光显示设备置于透镜的物方焦平面处；步骤B：基于步骤A搭建的检测系统，控制编码面结构光显示设备分别产生相互垂直的标准N步相移面结构光并通过分束镜投影至玻璃面板待测表面，经玻璃面板待测表面调制后得到的变形面结构光进入图像采集装置中光接收面，图像采集装置分别采集两个方向上所得到的N帧变形面结构光图像，所述N的取值范围为N≧3，并将采集得到的图像数据通过图像处理设备处理得到变形面结构光的调制度分布图、梯度分布图与高度分布图。进一步地，在面结构光模式为正弦条纹时，本专利技术的技术方案如下：一种玻璃面板表面缺陷的检测方法，包括以下步骤：步骤A：搭建如下检测系统：将图像采集装置设于玻璃面板待测表面正上方，编码面结构光显示设备和图像采集装置均垂直于玻璃面板待测表面放置，分束镜倾斜45°设置于图像采集装置与玻璃面板待测表面之间，使之满足反射定律，其中：图像采集装置内设有物方远心镜头形成远心光路，编码面结构光显示设备与分束镜之间设有透镜，并使得编码面结构光显示设备置于透镜的物方焦平面处；步骤B：检测待测表面缺陷信息；B1：基于步骤A搭建的检测系统，编码面结构光显示设备分别投影相互垂直的标准N步相移面结构光至玻璃面板待测表面，经玻璃面板待测表面调制后得到的变形面结构光进入图像采集装置中光接收面，图像采集装置分别采集两个方向上得到N帧变形条纹图像，所述N的取值范围为N≧3，假设相互垂直的两个方向分别为x方向和y方向，则：CCD相机采集第n次相移的水平方向变形条纹图像的光强可表示如下：式中：A(x,y)为背景光强，为x方向条纹对比度，δn为相移大小，是由x方向条纹经玻璃面板待测表面调制后引入的附加相位；CCD相机采集第n次相移的竖直方向变形条纹图像的光强可表示如下：式中：A(x,y)为背景光强，为y方向条纹对比度，δn为相移大小，是由y方向条纹经玻璃面板待测表面调制后引入的附加相位；选择x方向变形条纹图像或y方向变形条纹图像，通过图像处理设备采用如下公式计算得到变形条纹的调制度分布：式中：In(x,y)为x方向变形条纹或者y方向变形条纹第n次相移后所得变形条纹图像的光强值，δn为相移大小；B2：将步骤B1所得N帧x方向变形条纹图像数据和N帧y方向变形条纹图像数据分别通过图像处理设备采用最小二乘法计算得到变形条纹的相位均可采用如下表达式：式中：相位的取值范围为(-π，π)；B3：通过图像处理设备通过以下公式计算得到玻璃面板待测表面的x、y两个方向的梯度分布：式中：gx、gy分别表示x方向和y方向的梯度，分别表示x方向和y方向的相位差，Px或Py为编码面结构光显示设备上正弦条纹的周期，Ly为编码面结构光显示设备到玻璃面板待测表面的距离；B4：通过图像处理设备采用Southwell积分模型对x方向和y方向的梯度分别进行积分，得到玻璃面板待测表面的高度分布为：h＝∫gxdx+gydy。本专利技术原理如下：本专利技术是在显示设备上分别生成水平和竖直方向的面结构光，通过图像采集装置依次采集经待测表面调制后变形面结构光的虚像，计算得出相位偏折信息，通过测量模型可以得到梯度信息，进而由梯度信息通过积分运算可以恢复出被测高反射物体的三维形貌；当考虑高度所带来的相位变化的多义性问题时，经待测表面调制得到变形条纹的相位相比经参考面调制所得条纹的相位之差表达如下：式中：h表示高度变化，Ly表示显示屏到参考面之间的距离，α表示显示屏与相机主光线经反射后的夹角本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测玻璃面板表面缺陷的系统，其特征在于，包括：编码面结构光显示设备(1)，透镜(2)，分束镜(3)，图像采集装置(5)以及图像处理设备；图像采集装置(5)设于玻璃面板待测表面(6)正上方，编码面结构光显示设备(1)和图像采集装置(5)均垂直于玻璃面板待测表面(6)放置，分束镜(3)倾斜45°设置于图像采集装置(5)与玻璃面板待测表面(6)之间，使得编码面结构光显示设备(1)产生光线经分束镜(3)至玻璃面板待测表面(6)的入射方向与经玻璃面板待测表面(6)反射至图像采集装置(5)的光线方向平行，其中：编码面结构光显示设备(1)与分束镜(3)之间设有透镜(2)，并使得编码面结构光显示设备(1)位于透镜(2)的物方焦平面图像采集装置(5)内设有物方远心镜头(4)形成远心光路；编码面结构光显示设备(1)分别输出相互垂直的标准N步相移面结构光，光线通过透镜(2)后再通过分束镜(3)折转于玻璃面板待测表面(6)成像，经玻璃面板待测表面(6)调制后得到的变形面结构光进入图像采集装置(5)的光接收面，图像采集装置(5)分别采集在两个方向上经每次相移后得到的变形结构光图像，并通过后端图像处理设备处理。...

【技术特征摘要】
1.一种检测玻璃面板表面缺陷的系统，其特征在于，包括：编码面结构光显示设备(1)，透镜(2)，分束镜(3)，图像采集装置(5)以及图像处理设备；图像采集装置(5)设于玻璃面板待测表面(6)正上方，编码面结构光显示设备(1)和图像采集装置(5)均垂直于玻璃面板待测表面(6)放置，分束镜(3)倾斜45°设置于图像采集装置(5)与玻璃面板待测表面(6)之间，使得编码面结构光显示设备(1)产生光线经分束镜(3)至玻璃面板待测表面(6)的入射方向与经玻璃面板待测表面(6)反射至图像采集装置(5)的光线方向平行，其中：编码面结构光显示设备(1)与分束镜(3)之间设有透镜(2)，并使得编码面结构光显示设备(1)位于透镜(2)的物方焦平面图像采集装置(5)内设有物方远心镜头(4)形成远心光路；编码面结构光显示设备(1)分别输出相互垂直的标准N步相移面结构光，光线通过透镜(2)后再通过分束镜(3)折转于玻璃面板待测表面(6)成像，经玻璃面板待测表面(6)调制后得到的变形面结构光进入图像采集装置(5)的光接收面，图像采集装置(5)分别采集在两个方向上经每次相移后得到的变形结构光图像，并通过后端图像处理设备处理。2.根据权利要求1所述的一种检测玻璃面板表面缺陷的系统，其特征在于，所述面结构光模式为正弦条纹。3.一种玻璃面板表面缺陷的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：搭建检测系统；将图像采集装置(5)设于玻璃面板待测表面(6)正上方，编码面结构光显示设备(1)和图像采集装置(5)均垂直于玻璃面板待测表面(6)放置，分束镜(3)倾斜45°设置于图像采集装置(5)与玻璃面板待测表面(6)之间，使之满足反射定律，其中：图像采集装置(5)内设有物方远心镜头形成远心光路，编码面结构光显示设备(1)与分束镜(3)之间设有透镜(2)，并使得编码面结构光显示设备(1)置于透镜(2)的物方焦平面处；步骤B：基于步骤A搭建的检测系统，控制编码面结构光显示设备分别投影相互垂直的标准N步相移面结构光至玻璃面板待测表面，经玻璃面板待测表面调制后得到的变形面结构光进入图像采集装置中光接收面，图像采集装置分别采集得到N帧变形面结构光图像，所述N的取值范围为N≧3，通过图像处理设备将N帧变形面结构光图像处理得到变形面结构光的调制度分布图、梯度分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳慧敏，李绒，潘志鹏，陈红丽，刘永，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51