用于照明材料以进行自动化检测的方法和设备技术

本发明专利技术公开了将远暗场照明和改进的暗带照明相结合的照明构造。该新型组合可对例如透明膜的移动卷材提供更稳固的缺陷检测，优于比单独使用其中任何一种或将其各个部分简单地组合在一起的情况。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及机器视觉，更具体地讲涉及对透明或半透明材料的照 明以尽可能检测和识别缺陷。
技术介绍
近年来，借助强大的计算机技术，使用自动化设备执行一些此前 需要人眼来完成的检测任务已成为可能。此类"机器视觉"技术已日 趋成熟，并且除了其它用途之外，还用于检测片材和巻材。正确调配 机器视觉要求对被检测的制品进行良好的照明，特别是当检测透明或 半透明巻材的表面缺陷时。已经采用的一种技术是所谓的"远暗场"技术，其用于检测会使 光强烈散射的缺陷。使用远暗场技术时，将一个或两个光源布置为使 其光线与照相机视线成一定角度入射到待检测制品(例如膜或类似材 料)上。在没有异常状况(如缺陷)时，照相机通常接收不到来自这 些光源的光线。只有当光束经过表面缺陷时，光线才会被反射向照相 机，从而使缺陷表现为正常暗图像上的亮区域。另一种技术是所谓的"暗带"技术，其用于检测使光轻微散射或 偏转的缺陷。使用暗带技术时，来自光源的照明穿过巻材并直接射向 照相机。使用暗带掩模将该照明漫射并衰减。此掩模旨在阻止大部分 漫射光进入照相机的视野。只有当表面缺陷使光线以其间接路径反射或折射时，光才会转向至照相机，从而使缺陷表现为正常暗图像上的 亮区域。这两种技术各在突出显示透光巻材的缺陷方面具有一些优势，但 如果单独采用这两种方法的其中一种，仍会有一些缺陷无法检测到。
技术实现思路
在一个示例性方面，本专利技术涉及用于照射透明、或半透明或其组 合形式的材料以通过光学接收设备(如照相机)进行检测的照明系统。 该系统包括在照相机方向上照射材料的直接光源，以及位于直接光源 和照相机之间的暗带。另外还包括至少第一暗场光源(在一些实施例 中还包括第二暗场光源)，其使光与照相机成一定角度照射透明材料。 如果存在第二暗场光源，则它的光照射材料时与照相机所成角度不同 于第一暗场光源的光照射材料时与照相机所成角度。构造系统时使得 暗带光源的照明方向垂直于透明片材所在平面尤为合宜。在一些实施 例情况中，结果是通过第一暗场光源的照明方向与被检测材料所在平 面的法线成约10至50度角来实现的，但这并非必需。如果存在第二 暗场光源，优选的是，第二暗场光源的照明方向也与透明片材所在平面的法线成约10至50度角，但与第一暗场光源的方式不同，这也并非必需。在一些实施例中，将透镜布置在第一和第二暗场光源与材料之间。 在一些实施例中，使用纤维导光管作为第一和第二暗场光源，并使用 柱透镜作为透镜尤为合宜。如下将更具体所述，本专利技术的教导是，与 直接光源相关的暗带可比本领域中目前常采用的那些窄得多。当暗带宽度为约1.0至2.5mm时，结合本专利技术所公开的组合可获得满意的结 果，但此范围并非必需。附图说明图1示出了带涂层的光学薄膜中代表性小缺陷的显微照片。图2示出了带涂层的光学薄膜中代表性大缺陷的显微照片。 图3示出了配有根据本专利技术的照明系统的机器视觉工位的示意性 侧视图。图4a示出了混合型缺陷的计算机采集照片的截图，其中仅使用远暗场照明进行照射。图4b示出了对图4a中图像的水平切面的光强度用计算机生成的 曲线图的截图。图4c示出了图4a中缺陷的计算机采集照片的截图，其中仅使用 暗带照明进行照射。图4d示出了对图像4c沿着图4b中图像使用的同 一水平切面的光强度用计算机生成的曲线图的截图。图4e示出了图4a中缺陷的计算机采集照片的截图，这次使用如 图3所示的本专利技术的照明系统进行照射。图4f示出了对图像4e沿着图4b中图像使用的同一水平切面的光 强度用计算机生成的曲线图的截图。图5示出了计算机屏幕的截图，其显示光四次通过测试巻材的同 一部分，其中光来自图3中所示类型的照明系统。具体实施例方式申请人已发现，可以制备受单个成像照相机监控的单个工位形式 的照明构造，其兼具远暗场和暗带技术的优势。更具体地讲，可提供 结合了远暗场照明和改进的暗带照明的照明构造，该新型组合可比单 独使用其中任何一种提供稳固得多的缺陷检测。这两种方法分别着重于每种缺陷的不同方面。而其本身无法为某些缺陷生成可靠的信号对 比度。然而，从光学上进行组合时，它们可以为小型表面缺陷提供出 色的对比度，此对比度超过在后处理方法中将其各自图像汇总可以实 现的对比度。使用任何单一方法或许只能勉强检测到的缺陷部分得以 增强，达到可见并易于检测的程度。现在参见图1，其提供了带涂层的光学薄膜中典型小缺陷的显微照片。基底中的细小划痕可能会导致此类缺陷。相比之下，图2示出 了一类可由(例如)涂层异常导致的大得多的缺陷。可以选择对此前 已知的照明系统，以识别或者这种缺陷或者那种缺陷，但当两种缺陷 同时存在时识别效果较差。现在参见图3,其示出了根据本专利技术的示例性照明系统10的示意图。照明系统10以相对于移动巻材12的运动方向(箭头所示)的侧视图示出，该巻材通常具有不确定长度。应该指出的是，该照明系统 也适用于检测其他产品形式，例如透明(或半透明)的离散片材。照明系统IO包括至少两个光源，或在一些实施例中，包括三个光 源。直接光源14向着照相机16的方向发射光线。远暗场光源18和20 与照相机16成一定角度(分别为a和e)发射光线。最合宜地，将直 接光源14布置在垂直于巻材12所在平面的方向上进行照射。在一些 实施例中，合宜的是使用纤维导光管或荧光灯作为光源在巻材12的整 个宽度上照射出一条光带。虽然光带的取向平行于巻材横向方向较为 合宜，但不认为这是必需的。合宜地，可釆用纤维导光管作为暗场光源18和20，但也可采用 激光光源或其他光源。暗场光源18和20最好在巻材12的整个宽度上 照射出一条光带，该光带沿巻材横向方向取向。然而，在一些实施例 中，这些光源与巻材12所在平面的法向成一定角度安装。据信，与该 法向方向成约25度角是最有利的，但这并非必需。在一些实施例中，使用透镜来聚焦从直接光源和两个暗场光源发 出的光线。例如，当使用纤维导光管作为光源时，可以使用与纤维导 光管平行取向的柱透镜。柱透镜22和24优选地将来自远暗场光源18 和20的光线聚焦到巻材12的下侧，在照相机16的正下方形成一条直 线。聚焦直接光源14光线的柱透镜26可具有与柱透镜22和24相同 的焦距，但来自直接光源的光线会被导向到扩散片28上。在扩散片28的正上方(或上面)安装一个固体(例如拉索或窄金属片)形成暗带 30。在一些实施例中，优选的是暗带30非常暗，合宜地可采用(例如) 具有炭黑色绝缘物质的线缆。对于为给定的应用选择形成暗带的合适 物体而言，本领域的技术人员是熟知的。如下更具体所述，据发现，在本专利技术提供的元件的组合中，当遇 到需要当前被本领域称为"暗带照明"的情况(通常需要比照相机阵 列大得多的暗带)时，最合适的暗带比熟悉光学检测的技术人员常使用的要窄得多。已经发现的是，宽度为约0.04至0.10英寸(1.0到2.5mm)的暗带结合本专利技术可以实现非常好的结果。虽然不希望受到任何理论 限制，但是据信较窄的宽度(接近照相机阵列的宽度)可以形成衍射 现象，以利于缺陷的稳固检测。无论如何，暗带比所列范围宽得多的 系统检测细小划痕的能力可能会明显降低。而暗带比所列范围窄得多 的系统可能会导致照相机在直接光源的所有可用光输出水平上饱和。现在参见图4a，其示出了带涂层的透明薄本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于照射透明或半透明或其组合形式的片材以通过光接收设备进行检测的系统，包括：　直接光源，所述直接光源在照相机方向上照射所述透明材料；　暗带，所述暗带位于所述直接光源和所述照相机之间；　至少第一暗场光源，与所述照相机成一 定角度地照射所述透明材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：肯尼斯G布里顿，史蒂文P弗洛德尔，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]