[发明专利]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

权利要求书

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；

其检测方法包括如下步骤：

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；缺陷识别及检测图像处理过程包括以下子步骤：

步骤(1)：根据明场图像，确定透镜边缘及中心位置，并寻找口径内是否有大块黑色图像，若存在，则可认为透镜不满足要求，存在大尺寸缺陷；

步骤(2)：读取环形光源初始位置时的暗场图像，利用连通域处理识别口径内的明亮区域，当存在大块明亮区域时，读取明场图像对应位置处的图像强度，若图像强度与背景一致，则认为该明亮区域为光源镜面反射光造成，不计入缺陷；

步骤(3)：将去除了明亮区域及背景的图像累加至全口径暗场图像；

步骤(4)：重复步骤(2)-(3)，循环读取环形光源不同位置时的暗场图像进行处理，最终获得全口径暗场图像，图中不出现镜面反射光造成的明亮区域；

步骤(5)：对全口径暗场图像进行二值化、连通域及缺陷分类；

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。

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。