[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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及测试计量技术领域，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。

背景技术

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。

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。

发明内容

为解决上述问题，本发明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。

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。

作为本发明的进一步改进，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。

作为本发明的进一步改进，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。

作为本发明的进一步改进，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。