本发明专利技术提供了一种基于透射反射混合照明的透镜表面瑕疵检测装置，包括上位机、运动控制器、LED驱动电源、四轴电动平移台、成像系统、环形光源、待测透镜、夹持机构和面光源。本发明专利技术的有益效果在于：克服了照明光进入成像系统的影响，实现表面瑕疵的暗场照明，为准确识别表面瑕疵提供高质量图像。面瑕疵提供高质量图像。面瑕疵提供高质量图像。
【技术实现步骤摘要】
基于透射反射混合照明的透镜表面瑕疵检测装置及方法
[0001]本专利技术涉及测试计量
，尤其涉及一种基于透射反射混合照明的透镜表面瑕疵检测装置及方法。
技术介绍
[0002]表面质量是影响光学元件的重要因素。划痕、麻点、灰尘等表面瑕疵易引发散射光，造成系统性能下降，当光束能量过大时甚至可能破坏表面。光学加工中一般需对表面质量进行严格的管控，但由于加工工艺限制，表面瑕疵无法全部避免，因此在质检环节需能够有效测量表面瑕疵。国标与ISO标准均根据瑕疵的尺寸制定等级判定条件，虽然客观，但实际生产中由于难以准确测量尺寸，不易实施，因此目前加工厂家一般使用美国军标，通过人眼在强光下观察透镜，工作环境恶劣，且结果主观性强，一致性较差，成为了高质量透镜加工生产的瓶颈。
[0003]由于需求广泛，目前国内外已有多个企业及研究机构基于机器视觉技术开发了表面瑕疵检测设备，比如德国Dioptic公司、美国Savvy Optics公司、西安光衡光电科技有限公司、浙江大学等。但与织物等材料不同，光学元件由于具有极低的表面粗糙度，易产生镜面反射，导致瑕疵图像可能淹没在光源镜面反射光中，无法识别，因此透镜曲率半径、厚度等参数变化时往往需要重新更改光源及镜头位置，适用性较差，难以大规模推广使用，所以迫切需要开发一种高通用性的球面光学元件表面瑕疵检测方法及装置，解决表面质量控制的痛点问题。
技术实现思路
[0004]为解决上述问题，本专利技术公开了一种基于透射反射混合照明的透镜表面瑕疵检测装置及方法，适用于曲面光学元件表面瑕疵的表征与测量，在光学元件表面质量控制中有广阔的应用前景。
[0005]具体方案如下：一种基于透射反射混合照明的透镜表面瑕疵检测装置，通过混合透射式及反射式照明，克服照明光进入成像系统的影响，实现表面瑕疵的暗场照明，为准确识别表面瑕疵提供高质量图像，其特征在于：包括上位机、运动控制器、LED驱动电源、四轴电动平移台、成像系统、环形光源、待测透镜、夹持机构和面光源；所述运动控制器与上位机以及四轴电动平移台信号连接，用于与上位机进行信号传输，以及控制四轴电动平移台的位移运动；所述LED驱动电源与上位机信号连接，用于控制驱动电流的强度；所述四轴电动平移台上配合安装有可分别升降的成像系统和环形光源，以及可在水平面内位移的待测透镜和面光源，其中，成像系统置于环形光源的上方，且成像系统与上位机信号连接，所述待测透镜和面光源上下设置，待测透镜由夹持机构夹持。
[0006]作为本专利技术的进一步改进，所述运动控制器包括电源模块、电机驱动模块和下位机处理模块，其中，电源模块为电机驱动模块和下位机处理模块供电，电机驱动模块用于控
制四轴电动平移台的位移，下位机处理模块用于读取四轴电动平移台的升降位移信号，并与上位机以及电机驱动模块信号连接。
[0007]作为本专利技术的进一步改进，所述电源模块提供24V电源与5V电源，其中24V电源用于电机驱动模块，5V电压用于下位机处理模块，所述电机驱动模块使用步进电机闭环控制器，提供电机编码器输入接口，使用方向及脉冲方式进行驱动，所述下位机处理模块由单片机及FPGA组成，其中，单片机提供电机驱动信号I/O口、上位机通信及逻辑处理功能，FPGA读取位移计信号，并通过内存形式与单片机通信，以提高通信速度。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述LED驱动电源为连续可调电流光源，具有至少两个控制通道，分别控制环形光源以及面光源，并通过串口与上位机进行通信，控制驱动电流的强度。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述四轴电动平移台由四个独立的单轴电动平移台拼接组成，包括X轴电动平移台、Y轴电动平移台、Z轴电动平移台和Z1轴电动平移台，并均使用带有编码器的步进电机进行驱动，其中，X轴电动平移台和Y轴电动平移台置于水平面中，且相互垂直连接，用于安装定位待测透镜，Z轴电动平移台和Z1轴电动平移台均竖直设置，Z轴电动平移台安装成像系统，Z1轴电动平移台安装环形光源，所述X轴电动平移台、Y轴电动平移台和Z轴电动平移台行程不小于50mm，Z1轴电动平移台行程不小于100mm，所述四轴电动平移台每一轴均配置有光栅尺，光栅尺分辨率为1微米，行程与平移台行程相匹配，所述四轴电动平移台在近端及远端均安装限位开关，并将信号引入运动控制器，防止撞机，造成损害。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述成像系统由物方远心镜头和工业相机组成，其中，物方远心镜头的光圈及像距可手动调整，改变曝光量及放大倍数，工业相机用于记录待测透镜图像，并通过USB或千兆网接口与上位机连接传输图像，相机可自定义增益、曝光时间及感兴趣像素区域。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述环形光源为LED环形阵列，出射面处加入光学弥散板及环形孔径，产生环形线光源，环形光源安装在电动平移台上，可上下移动改变环形光源与所述待测透镜之间的距离，当距离变化时，照明角度发生变化，光源在透镜表面形成像的位置同样发生变化。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述待测透镜已经过抛光处理，具有较低的表面粗糙度，不限制曲率半径。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述夹持机构为自定心透镜架，可确保放置圆形孔径待测透镜时，待测透镜位于成像系统视场中心附近。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述面光源为LED面阵列组成，出光口处加入光学弥散板，所述光学弥散板尺寸大于待测透镜口径，确保透射光能够覆盖透镜。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述上位机包括用于成像系统数据的图像获取模块、用于与运动控制器进行通信的运动通信模块、用于与LED驱动电源通信的光源通信模块，用于人机界面交互的界面模块、用于图像处理及表面质量判断的数据处理模块，以及用于保存数据及配置参数的文件模块，所述图像获取模块、运动通信模块、光源通信模块、界面模块和文件模块均与数据处理模块信号连接。
[0016]一种基于透射反射混合照明的透镜表面瑕疵检测方法，其特征在于，包括以下步
骤：步骤1：复位系统，将环形光源移动至初始设定位置，待测透镜移动至成像系统视场中心；步骤2：打开面光源，关闭环形光源，成像系统采集保存明场图像；步骤3：关闭面光源，打开环形光源，每移动环形光源一定距离，成像系统采集保存暗场图像；步骤4：当待测透镜口径内表面起伏超过成像系统景深时，根据离焦表面位置移动成像系统，确保口径内表面各点均被清晰成像；步骤5：融合处理明场图像及多幅暗场图像，获得全口径暗场图像，开展缺陷识别及检测图像处理；步骤6：根据检测标准，判断待测透镜是否满足表面质量要求。
[0017]本专利技术的有益效果在于：通过使用移动环形线光源及面光源混合照明的方式，可获得透镜全口径暗场图像，便于后续图像处理及缺陷识别，有利于准确测量透镜表面缺陷；相比传统机器视觉设备，本专利技术对透镜曲率半径没有限制，适用性广，具有较高性价比，在光学加工企业具有广阔的市场前景。
附图说明
[0018]图1是本专利技术的结构示意图。
[0019]图2是本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于透射反射混合照明的透镜表面瑕疵检测装置，其特征在于：包括上位机、运动控制器、LED驱动电源、四轴电动平移台、成像系统、环形光源、待测透镜、夹持机构和面光源；所述运动控制器与上位机以及四轴电动平移台信号连接，用于与上位机进行信号传输，以及控制四轴电动平移台的位移运动；所述LED驱动电源与上位机信号连接，用于控制驱动电流的强度；所述四轴电动平移台上配合安装有可分别升降的成像系统和环形光源，以及可在水平面内位移的待测透镜和面光源，其中，成像系统置于环形光源的上方，且成像系统与上位机信号连接，所述待测透镜和面光源上下设置，待测透镜由夹持机构夹持。2.根据权利要求1所述的一种基于透射反射混合照明的透镜表面瑕疵检测装置，其特征在于：所述运动控制器包括电源模块、电机驱动模块和下位机处理模块，其中，电源模块为电机驱动模块和下位机处理模块供电，电机驱动模块用于控制四轴电动平移台的位移，下位机处理模块用于读取四轴电动平移台的升降位移信号，并与上位机以及电机驱动模块信号连接。3.根据权利要求2所述的一种基于透射反射混合照明的透镜表面瑕疵检测装置，其特征在于：所述电源模块提供24V电源与5V电源，其中24V电源用于电机驱动模块，5V电压用于下位机处理模块，所述电机驱动模块使用步进电机闭环控制器，提供电机编码器输入接口，使用方向及脉冲方式进行驱动，所述下位机处理模块由单片机及FPGA组成，其中，单片机提供电机驱动信号I/O口、上位机通信及逻辑处理功能，FPGA读取位移计信号，并通过内存形式与单片机通信。4.根据权利要求1所述的一种基于透射反射混合照明的透镜表面瑕疵检测装置，其特征在于：所述LED驱动电源为连续可调电流光源，具有至少两个控制通道，分别控制环形光源以及面光源，并通过串口与上位机进行通信，控制驱动电流的强度。5.根据权利要求2所述的一种基于透射反射混合照明的透镜表面瑕疵检测装置，其特征在于：所述四轴电动平移台由四个独立的单轴电动平移台拼接组成，包括X轴电动平移台、Y轴电动平移台、Z轴电动平移台和Z1轴电动平移台，并均使用带有编码器的步进电机进行驱动，其中，X轴电动平移台和Y轴电动平移台置于水平面中，且相互垂直连接，用于安装定位待测透镜，Z轴电动平移台和Z1轴电动平移台均竖直设置，Z轴电动平移台安装成像系统，Z1...
【专利技术属性】
技术研发人员：翟春婕，曹兆楼，
申请(专利权)人：南京森林警察学院，
类型：发明
国别省市：
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