阅读说明：本技术 工件侧面成像系统、缺陷检测系统及工件侧面成像方法 (Workpiece side imaging system, defect detection system and workpiece side imaging method ) 是由 崔忠伟 于 2019-10-22 设计创作，主要内容包括：本申请提供了一种工件侧面成像系统、缺陷检测系统及工件侧面成像方法,涉及工件缺陷检测技术领域。工件侧面成像系统,包括：载物台、超远心镜头及点光源；其中超远心镜头位于载物台的一侧；点光源位于载物台的另一侧,且与超远心镜头中心线的第一距离在5mm～100mm范围内。该工件侧面成像系统,以点光源替换常规的普通环性光源或板光源,结合超远心镜头,在为工件侧面成像时,可以显著提升工件侧面图像的清晰度,进而有效提升工件侧面缺陷检测的准确率。尤其对微小缺陷检测的效果尤为明显。(The application provides a workpiece side imaging system, a defect detection system and a workpiece side imaging method, and relates to the technical field of workpiece defect detection. A workpiece side imaging system comprising: an objective table, an ultra-far-center lens and a point light source; the super-telecentric lens is positioned at one side of the objective table; the point light source is positioned on the other side of the objective table, and the first distance between the point light source and the center line of the super-telecentric lens is within the range of 5 mm-100 mm. This work piece side imaging system replaces conventional ordinary annular light source or board light source with the pointolite, combines super-far-center camera lens, when imaging for the work piece side, can show the definition that promotes work piece side image, and then effectively promotes the rate of accuracy that the work piece side defect detected. The method has an especially obvious effect on detecting the tiny defects.)

工件侧面成像系统、缺陷检测系统及工件侧面成像方法

技术领域

本公开涉及工件缺陷检测技术领域，尤其涉及一种工件侧面成像系统、缺陷检测系统及工件侧面成像方法。

背景技术

目前，在对工件侧面进行缺陷检测时，通常需要采用多个相机分别对工件的各侧面进行成像，该方式导致系统过于复杂且成本高。或者，使用多个反射镜将工件不同侧面发射至单个相机中，该方式也会增加系统的复杂度。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种工件侧面成像系统、缺陷检测系统及工件侧面成像方法。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开的一个方面，提供一种工件侧面成像系统，包括：载物台、超远心镜头及点光源；其中超远心镜头位于所述载物台的一侧；点光源位于所述载物台的另一侧，且与所述超远心镜头中心线的第一距离在5mm～100mm范围内。

根据本公开的一实施方式，所述点光源和所述超远心镜头下表面所在平面的第一垂直距离，与所述超远心镜头的负心和所述超远心镜头下表面所在平面的第二垂直距离之差的绝对值，小于所述第二垂直距离的30％。

根据本公开的一实施方式，所述点光源和所述超远心镜头下表面所在平面的第一垂直距离，与所述超远心镜头的负心和所述超远心镜头下表面所在平面的第二垂直距离之差的绝对值，小于30mm。

根据本公开的一实施方式，所述点光源和所述超远心镜头下表面所在平面的垂直距离在70mm～130mm范围之内。

根据本公开的一实施方式，所述第一距离为所述超远心镜头的视野半径的0.5～2倍。

根据本公开的一实施方式，所述点光源和待测工件需成像侧面位置的连线，与经过所述点光源、且与所述超远心镜头的中心线平行的直线之间的夹角在10度～30度范围内。

根据本公开的一实施方式，所述夹角在14度～24度范围之内。

根据本公开的一实施方式，所述第一距离为所述待测工件需成像侧面位置与所述中心线之间的距离的1.5～2.5倍。

根据本公开的一实施方式，所述点光源包括多个色块；其中，各色块的形状相对所述点光源的几何中心为非对称的。

根据本公开的一实施方式，所述点光源包括两个色块，所述两个色块并列排布。

根据本公开的一实施方式，所述点光源包括三个色块，所述三个色块呈Y形排布。

根据本公开的一方面，提供一种工件缺陷检测系统，包括：根据上述任意一种工件侧面成像系统。

根据本公开的一方面，提供一种用于工件侧面成像的方法，应用于包含超远心镜头的工件侧面成像系统中，包括：获取待测工件需成像侧面位置；以及根据所述待测工件需成像侧面位置与所述超远心镜头的位置，确定所述工件侧面成像系统中点光源的位置；其中，所述超远心镜头位于所述工件侧面成像系统中承载所述待测工件的载物台的一侧，所述点光源位于所述载物台的另一侧，且与所述超远心镜头中心线的第一距离在5mm～100mm范围内。

根据本公开的一实施方式，所述方法还包括：将所述点光源移动至确定出的所述点光源的位置。

根据本公开的一实施方式，所述点光源为点光源陈列，所述方法还包括：点亮所述点光源阵列中对应所述点光源的位置的点光源。

根据本公开的一实施方式，根据所述待测工件需成像侧面位置与所述超远心镜头的位置，确定所述工件侧面成像系统中点光源的位置包括：确定所述点光源的位置和待测工件需成像侧面位置的连线，与经过所述点光源、且与所述超远心镜头的中心线平行的直线之间的夹角在10度～30度范围内。

根据本公开的一实施方式，所述夹角在14度～24度范围之内。

根据本公开的一实施方式，根据所述待测工件需成像侧面位置与所述超远心镜头的位置，确定所述工件侧面成像系统中点光源的位置包括：确定所述第一距离为所述待测工件需成像侧面位置与所述中心线之间的距离的1.5～2.5倍。

本公开的实施例所提供的工件侧面成像系统，以点光源替换常规的普通环性光源或板光源，结合超远心镜头，在为工件侧面成像时，可以显著提升工件侧面图像的清晰度，进而有效提升工件侧面缺陷检测的准确率。尤其对微小缺陷检测的效果尤为明显，如可以进一步提高工件侧面1mm左右大小，甚至0.5mm左右大小缺陷的成像对比度，同时提升工件侧面不同位置的成像亮度的均匀度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一示例示出的超远心镜头的成像示意图。

图2A是根据一示例性实施例示出的一种工件侧面成像系统的立体示意图。

图2B是根据一示例性实施例示出的一种工件侧面成像系统的侧视图。

图3A和图3B分别示例性地示出了超远心镜头和点光源在不同放置状态下第一距离的示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的另一种点光源与超远心镜头的位置关系示意图。

图5是根据一示例示出的超远心镜头视野的示意图。

图6是根据一示例性实施例示出的再一种点光源与超远心镜头的位置关系示意图。

图7是根据一示例性实施例示出的再一种点光源与超远心镜头的位置关系示意图。

图8A和图8B分别是根据一示例性实施例示出的点光源包含两个色块的示意图。

图9A和图9B分别是根据一示例性实施例示出的点光源包含三个色块的示意图。

图10是根据一示例性实施例示出的一种用于工件侧面成像的方法的流程图。

图11是根据一示例性实施例示出的另一种用于工件侧面成像的方法的流程图。

图12是根据一示例性实施例示出的再一种用于工件侧面成像的方法的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

在本公开的描述中，需要理解的是，诸如“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等术语在指示方位或位置关系时是基于附图所示的方位或位置关系进行的，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

普通镜头(包括人眼)都是以发散视角对物体成像，远心镜头是以平行视角对物体进行成像。而超远心镜头(Hypercentric Lens/Pericentric Lens)提供了被摄对象的会聚视图，也即拍摄到的图像是聚合式的。区别于其他镜头，超远心镜头具有两大关键特征，一是其入射光瞳位于物理镜头的前面；另一个是其可以对平行于光轴的物体表面成像，也即可以同时在图像中看到被摄对象的顶部和侧面。

图1是根据一示例示出的超远心镜头的成像示意图。如图1所示，在使用超远心镜头1对被摄对象2(图中以瓶盖为例)进行成像时，在拍摄的图像3中，不仅包含对应被摄对象2顶部21的顶部图像31，还包含了对应被摄对象2侧面22的侧面图像对32。被摄对象2的侧面22平行于光轴4。

超远心镜头的该功能避免了在机器视觉检测或鉴别应用中需要使用多台相机或多个反射镜，可有效降低工件检测系统的复杂度。

作为一个新兴技术，超远心镜头开始被应用于工件侧面成像或缺陷检测系统中。但是，虽然超远心镜头在应用于工件侧面缺陷检测时，具有如上优势，而在实际应用时，本公开的发明人发现如果将超远心镜头与工件侧面缺陷系统中常用的普通环性光源或板光源结合使用时，拍摄的工件(尤其是金属表面工件)侧面图像非常不清晰，甚至根本拍摄不到工件侧面的图像。

因此，需要设计一套工件侧面成像系统，有效利用超远心镜头的优势，提供高质量的工件侧面图像。

下面结合附图，说明本公开实施例提供的工件侧面成像系统。

图2A是根据一示例性实施例示出的一种工件侧面成像系统的立体示意图。图2B是根据一示例性实施例示出的一种工件侧面成像系统的侧视图。

参考图2A和2B，工件侧面成像系统10包括：载物台11、超远心镜头12和点光源13。

其中，载物台11用于承载待测工件，以通过超远心镜头12为待测工件拍照。

超远心镜头12位于载物台11的一侧。

点光源13的发光面例如可为其顶面，且具有一定的发光面积。以发光面形状为方形(如正方形、长方形)为例，发光面积如可以为10mm*10mm、20mm*20mm、10mm*20mm等。发光面的形状除了可以为方形外，还可以为圆形、椭圆形等，本公开不以此为限。

点光源13位于载物台11的另一侧，即远离超远心镜头的一侧。并且点光源13与超远心镜头12中心线L1的距离D1在5mm～100mm范围内。

如图2A和2B所示，超远心镜头12竖直放置，距离D1即为点光源13与中心线L1之间的水平距离。

需要说明的是，本公开附图中如无特殊说明，点光源13的位置均以其发光面的中心点(位于中心线L1’上)的位置为例，但本公开不以此为限。

此外，超远心镜头也可以以其他状态放置。图3A和图3B分别示例性地示出了超远心镜头和点光源在不同放置状态下第一距离的示意图。图3A和3B均以侧视图为例示意。

如图3A所示，当超远心镜头12与点光源13及载物台11均倾斜放置时，以点光源13为起点绘制与中心线L1垂直相交的线段，该线段的长度即为距离D1。

也即，距离D1即为点光源13距离中心线L1的最短距离。

如图3B所示，当仅超远心镜头12与载物台11倾斜放置时，以点光源13为起点绘制与中心线L1垂直相交的线段，该线段的长度即为距离D1。

也即，距离D1即为点光源13距离中心线L1的最短距离。

根据本公开实施例提供的工件侧面成像系统，以点光源替换常规的普通环性光源或板光源，结合超远心镜头，在为工件侧面成像时，可以显著提升工件侧面图像的清晰度，进而有效提升工件侧面缺陷检测的准确率。尤其对微小缺陷检测的效果尤为明显，如可以进一步提高工件侧面1mm左右大小，甚至0.5mm左右大小缺陷的成像对比度，同时提升工件侧面不同位置的成像亮度的均匀度。

应清楚地理解，本公开描述了如何形成和使用特定示例，但本公开的原理不限于这些示例的任何细节。相反，基于本公开内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施方式。

图4是根据一示例性实施例示出的另一种点光源与超远心镜头的位置关系示意图。图4以侧视图为示意。

如图4所示，距离D2为点光源13和超远心镜头12下表面S1(即超远心镜头12的镜头前端)所在平面之间的垂直距离，距离D3为超远心镜头12的负心Cp(或可称为聚焦点(Convergence Point，CP))和超远心镜头下表面S1所在平面之间的垂直距离。

超远心镜头12的负心Cp例如可以通过试验的方法确定。如将超远心镜头12的CCD靶面用平板光替换，此时镜头为出光结构。在镜头前放置一张白纸，白纸与镜头前端之间的距离不同，光斑大小也不相同。当光斑直径趋近光点(即最小面积)时，此光斑(光点)位置即为如图3所示的负心Cp的位置。

在一些实施例中，上述距离D2和距离D3之差的绝对值，小于距离D3的30％。

在一些实施例中，上述距离D2与距离D3之差的绝对值，小于30mm。

在一些实施例中，上述距离D2在70mm～130mm范围内。

在上述实施例中，进一步通过点光源13与超远心镜头12的下表面S1所在平面的垂直距离限定了点光源13和超远心镜头12之间的位置关系，这样的位置关系，可以进一步地提高工件侧面图像的清晰度。

如上述，普通镜头(包括人眼)都是以发散视角对物体成像，因而普通镜头视野的面积通常大于镜头的面积。而超远心镜头12提供了被摄对象的会聚视图，超远心镜头12的视野的面积小于镜头的面积。

图5是根据一示例示出的超远心镜头视野的示意图。图5以侧视图为示意，如图5所示，超远心镜头12的视野Vf位于超远心镜头12的负心Cp与超远心镜头12镜头下端平面S1之间。通常载物台所在平面与超远心镜头12镜头下端平面S1平行，此时通过超远心镜头12可见的载物台面积即当前超远心镜头12的视野Vf。

超远心镜头12的当前视野Vf例如可以通过试验的方法确定，如将超远心镜头12的CCD靶面用平板光替换，此时镜头为出光结构。在载物台上放置一张白纸，白纸上会呈现圆形光斑，所述光斑包含区域即超远心镜头12的当前视野Vf。视野Vf的面积(或视野Vf与超远心镜头12的下表面S1之间的距离d)可以根据超远心镜头12的参数进行调整。

在一些实施例中，上述的距离D1，即点光源13与超远心镜头12中心线L1之间的距离D1(参见图2A或图2B)，为视野Vf半径r的0.5～2倍。

该实施例通过限定点光源13与超远心镜头12中心线L1之间的最短距离，与视野Vf半径r之间的关系来进一步限定点光源13与超远心镜头12之间的位置关系，在为工件侧面成像时，可以提供更为清晰的工件侧面图像。

图6是根据一示例性实施例示出的再一种点光源与超远心镜头的位置关系示意图，同样地，图6也以侧视图为示意。

参考图6，点光源13与载物台11上的待测工件Ot需成像侧面的位置P1(图中以侧面底线为例)之间的连线为L2，经过点光源13、且与超远心镜头12的中心线L1平行的直线为L3(图中以点光源13的中心线L1’为例)。

在一些实施例中，连线L2与直线L3之间的夹角θ在10度～30度范围内。更优地，该夹角θ可以在14度～24度范围之内。

需要说明的是，图6中以将待测工件Ot置于载物台中心为例，在实际应用中，待测工件Ot可以置于载物台11的任意位置(位于视野vf之内)。

该实施例进一步地通过上述连线L2和直线L3之间的夹角来限定点光源13与超远心镜头12之间的位置关系，从而可以在为工件侧面成像时，提升其成像质量。

图7是根据一示例性实施例示出的再一种点光源与超远心镜头的位置关系示意图，同样地，图7也以侧视图为示意。

参考图7，待测工件Ot需成像侧面的位置P1与超远心镜头12的中心线L1之间的垂直距离如距离D4所示。

在一些实施例中，距离D1为距离D4的1.5～2.5倍。

该实施例进一步通过限定距离D1和距离D4之间的关系，来限定点光源13与超远心镜头12之间的位置关系，从而可以在为工件侧面成像时，提升其成像质量。

在超远心镜头的应用中，通常以单色光作为其光源。但发明人在实际应用中发现，在使用超远心镜头为工件侧面成像，以用于工件侧面缺陷检测时，使用多色块点光源，可是实现对待测工件侧面异色异向打光，进而可以提取微小缺陷矢量方向信息，对于诸如划痕、鼓泡之类的微小表面缺陷的检测效果非常显著。

在一些实施例中，点光源13可以包括多个色块，并且各色块的性状相对点光源13的几何中心为非对称的。

图8A和图8B分别是根据一示例性实施例示出的点光源包含两个色块的示意图。如图8A所示，点光源13的发光面以圆形为例，包括两个色块A1和A2。色块A1和A2例如可以为红色色块和绿色色块，或者也可以为红色色块和蓝色色块、蓝色色块和绿色色块，本公开不以此为限。两个色块A1和A2如图所示并列排布。类似地，图8B中的点光源13的发光面以正方形为例，两个色块A1和A2如图所示并列排布。

图8A和图8B中所示的两个色块A1和A2相对于点光源13的几何中心Cr均为非对称的。

图9A和图9B分别是根据一示例性实施例示出的点光源包含三个色块的示意图。如图9A所示，点光源13的发光面以圆形为例，包括三个色块A1、A2和A3。色块A1、A2和A3例如可以为红色色块、绿色色块和蓝色色块。三个色块A1、A2和A3如图所示呈Y形排布。类似地，图9B中的点光源13的发光面以正方形为例，三个色块A1、A2和A3如图所示呈Y形排布。

图9A和图9B中所示的三个色块A1、A2和A3如图所示呈Y形排布相对于点光源13的几何中心Cr均为非对称的。

本公开实施例还进一步提供了一种工件缺陷检测系统，包括上述的工件侧面成像系统10。通过在工件缺陷检测系统中采用上述的工件侧面成像系统10，可以有效提升工件侧面缺陷检测的准确度。

下述为本公开方法实施例，可以用于应用本公开装置实施例。对于本公开方法实施例中未披露的细节，请参照本公开装置实施例。

图10是根据一示例性实施例示出的一种用于工件侧面成像的方法的流程图。如图10所示的用于工件侧面成像的方法10应用于包含超远心镜头的工件侧面成像系统中。

参考图10，用于工件侧面成像的方法20包括：

在步骤S202中，获取待测工件需成像侧面位置。

在为待测工件的侧面成像时，待测工件可以被置于载物台上的任意位置(视野vf内)。

首先，获取待测工件需成像侧面位置。

需要说明的是，在获取待测工件需成像侧面位置时，本公开对坐标系的建立不做限定。

在步骤S204中，根据待测工件需成像侧面位置与超远心镜头的位置，确定工件侧面成像系统中点光源的位置。

在该工件侧面成像系统中，超远心镜头位于承载待测工件的载物台的一侧，点光源位于载物台的另一侧，且与超远心镜头中心线的第一距离在5mm～100mm范围内。

在一些实施例中，如可以通过下述方法确定点光源的位置：确定点光源的位置和待测工件需成像侧面位置的连线，与经过点光源、且与超远心镜头的中心线平行的直线之间的夹角在10度～30度范围内。优选地，该夹角可以在14度～24度之间。该位置关系可以如图6所示，在此不再赘述。

在一些实施例中，如可以通过下述方法确定点光源的位置：确定上述第一距离为待测工件需成像侧面位置与上述中心线之间的距离的1.5～2.5倍。该位置关系可以如图7所示，在此不再赘述。

上述方法20例如可以通过一控制模块来实施。该控制模块例如可以被实施为微控制器(Micro programmed Control Unit，MCU)。

图11是根据一示例性实施例示出的另一种用于工件侧面成像的方法的流程图。与图10所示的用于工件侧面成像的方法20不同之处在于，图11所示的用于工件侧面成像的方法30还进一步包括：

在步骤S302中，将点光源移动至确定出的点光源的位置。

以通过控制模块执行本公开实施例方法为例，在确定出点光源的位置后，控制模块如还可以控制一装置去将点光源移动至上述确定出的位置，以在通过超远心镜头为待测工件侧面成像时，提供点光源。

图12是根据一示例性实施例示出的再一种用于工件侧面成像的方法的流程图。与图10所示的用于工件侧面成像的方法20不同之处在于，图12所示的用于工件侧面成像的方法40还进一步包括：

在步骤S402中，点亮点光源阵列中对应点光源位置的点光源。

上述的点光源例如还可以为环绕在超远心镜头中心线周围的阵列。在确定出点光源位置后，可以相应点亮该点光源陈列中对应该位置部分的点光源。

需要注意的是，上述附图仅是根据本公开示例性实施方式的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。