[发明专利]一种类镜面多尺度表面形貌特征检测系统及其检测方法

说明书

本发明提供的类镜面多尺度表面形貌特征检测系统及其检测方法，基于条纹反射原理，通过显示光源显示理想周期变化的条纹图像，再通过相机采集经类镜面反射形成的条纹图像，通过计算单元以条纹图像的弯曲程度判断和重构类镜面表面形貌，可快速实现类镜面表面的多尺度特征检测，本发明提供的类镜面多尺度表面形貌特征检测系统及方法结构简单，操作方便，能够实现在线检测，检测效率高。

技术领域

本发明涉及类镜面表面形貌检测的技术领域，特别涉及一种类镜面多尺度表面形貌特征检测系统及其检测方法。

背景技术

类镜面是指具有一定高反射率特性的表面，各种类镜面在日常生活中广泛使用，如各种光学透射/反射元件，汽车/火车/飞机前档保护玻璃，电视/电脑/手机显示面板，经抛光加工的金属表面/陶瓷表面等等。在实际应用中，人们关心这些类镜面元件的低阶面形与装配件是否契合，是否影响目视或电子设备成像效果，有否中频波纹、划痕、污渍、橘皮等现象，表面粗糙度是否影响膜系镀制或杂散光控制等等。

目前为了检测这些表面形貌特征性能，低阶面形一般采用轮廓仪来进行扫描检测，亚微米级高精度面形要求的标准光学元件可选用激光干涉仪进行检测；而中频波纹、划痕等通常是采用附加特征光源的显微机器视觉探头或通过激光散斑分析来扫描检测；粗糙度则需基于触针或光学干涉原理的粗糙度仪来检测。

市面诸多测量仪器的参与导致设备成本激增，而且很难实现将所有设备都集成在产线上实现快速在线检测。

发明内容

有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种操作简单且可实现在线检测类镜面多尺度表面形貌特征检测系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一方面，本发明提供了一种类镜面多尺度表面形貌特征检测系统，包括显示光源、与所述显示光源连接的相机及与所述显示光源和所述相机连接的计算单元，所述相机上安装有镜头，所述镜头可切换不同焦距，其中：

所述显示光源显示特征点斑，所述类镜面反射所述特征点斑并形成点斑图像，所述镜头采集所述点斑图像；

所述显示光源依次显示一组具有相位变化的水平条纹，所述类镜面反射所述水平条纹并形成水平条纹图像，所述镜头采集所述水平条纹图像；

所述显示光源依次显示一组具有相位变化的竖直条纹，所述类镜面反射所述竖直条纹并形成竖直条纹图像，所述镜头采集所述竖直条纹图像；

所述计算单元根据所述显示光源显示的特征点斑与所述镜头采集的点斑图像，计算所述显示光源图像坐标系和所述相机的像面坐标系的共相位点关系；

所述计算单元还根据所述镜头所采集的水平条纹图像和竖直条纹图像，进行相位展开和解算重构获得所述类镜面表面形貌特征。

在一些具体的实施例中，所述特征点斑包括九点或九点以上呈预设规则排布的点斑图像。

在一些具体的实施例中，所述一组具有相位变化的水平条纹包括相位相差预设度数的多幅正弦灰度条纹图像或者以色彩变化表征相位相差预设度数的多幅彩色水平条纹图像。

在一些具体的实施例中，所述计算单元包括：

法线分布计算模块，用于根据所述镜头采集的水平条纹图像和竖直条纹图像计算所述类镜面在水平方向和竖直方向上的法线方向分布；

斜率分布计算模块，用于根据所述类镜面在水平方向和竖直方向的法线方向分布，计算所述类镜面水平斜率分布和竖直斜率分布；

表面形貌计算模块，用于根据所述类镜面水平斜率分布和竖直斜率分布，计算类镜面表面形貌特征。

在一些具体的实施例中，所述镜头为光学变焦的镜头。