一种快速定位对焦的工业OCT检测设备的制作方法

一种快速定位对焦的工业oct检测设备
技术领域
1.本发明涉及工业膜层检测领域，特别涉及一种快速定位对焦的工业oct检测设备。


背景技术：

2.光学相干断层扫描成像(optical coherence tomography，oct)是一种非侵入式三维光学成像技术，能够生成样品内部横截面层析图像，从而观察到样品的内部结构。该技术从发明以来一直被用于生物医学成像，同时还拓展了许多其他功能，如血管造影、血流流速测量、眼底视网膜病变探查等。随着oct的发展，oct技术在工业无损检测领域也有了广泛应用，如oct可以测量出一些常规方法不太容易测量的样品厚度、在线地监控一些产品的生产、测量材料表面和内部界面的轮廓、评估材质的缺陷等。
3.而在常规oct成像系统中，为了不干扰样品臂扫描光束的传输，而同时要满足使用者知晓测量定位点，一般采用侧位相机成像，双目视觉成像，其方式方法各有利有弊，无法兼顾成本，视野范围，景深，分辨率诸多因素，而且图像拼接处理过程复杂。此外常规oct成像设备的对焦过程一般为手动或电动点降，操作繁琐，需要对层析图像有一定的认知，才能分辨正像和倒像，无法运用到批量化的工业检测当中，检测效率低下。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种快速定位对焦的工业oct检测设备，其具有更大的视野范围及分辨率，同时满足视觉定位的高分辨率要求，上述技术目的是通过以下技术方案实现的：
5.一种快速定位对焦的工业oct检测设备，其特征在于：包括宽带光源，宽带光源连接光纤耦合器，光纤耦合器通过光谱仪与计算机连接；
6.所述光纤耦合器可将宽带光源输出的激光信号进行分光，并使分光后的光信号分别射入参考臂和样品臂，并将沿两路光路反射回来的光形成干涉；
7.所述样品臂用于将所接收的入射光发射至下方的样品工作台并经反射形成样品光，所述参考臂用于对所接收的入射光进行反射以形成产生参考光。
8.通过上述技术方案，定位完成后，宽带光源1发出的光被2*2光纤耦合器分成两路,并分别进入参考臂和样品臂。参考光与信号光经过光纤耦合器重新汇合后产生干涉信号,此时可把耦合的光看成是从样品后向散射光的各个单色波分量与从参考臂返回的相应分量相干涉后的叠加,干涉信号从光纤耦合器的另一端输出,被光谱仪接收并经光谱仪中的衍射光栅展开,由ccd采集并转换为电信号和数字化后输入计算机。然后,将所得数据进行傅里叶逆变换,即可得到样品的f(z)或一维深度信息。在此基础上,通过横向扫描,就可重构样品的二维层析图像,从而获得样品定位特征区域的结构。
9.进一步地：所述样品臂包括激光测距模块和扫描透镜，所述激光测距模块有所述计算机控制，所述激光测距模块和扫描透镜均安装于可升降的电动滑台上且等高设置。
10.通过上述技术方案，设置激光测距模块与扫描透镜等高，及激光测距模块到样品
工作台的距离与扫描透镜到样品工作台的距离相等，以方便调整焦距。
11.进一步地：所述扫描透镜下方设置有二向色镜和工业相机，所述二向色镜可将样品的反射光反射到所述工业相机内，所述工业相机与计算机连接。
12.通过二向色镜的分光实现谱域oct光路和工业相机光路的共轴，以获取更大的有效视野范围，样品检测区域占监测画面的屏占比，更加清晰直观的测量画面。工业相机通过二向色镜的反射成像，清晰地呈现样品表面，通过计算机图像边界识别处理软件，对样品特征区域进行轮廓提取，再通过谱域oct的成像技术，对该轮廓区域进行二维扫描，实现精定位扫描。
13.进一步地：所述样品臂还包括竖直设置的第一准直透镜和扫描振镜，所述第一准直透镜可接收所述光纤耦合器分光后的光信号，经扫描振镜反射至扫描透镜，所述扫描振镜由所述计算机控制。
14.通过设置扫描振镜，反射样品臂中光线，通过计算机控制对样品表面进行二维横向扫描。
15.进一步地：所述样品臂中还设置有至少一对平行设置的反光镜，反光镜设置于所述扫描透镜下方，用于在不改变光的入射角度的状态下使光线发生偏移。
16.通过在样品臂中设置一对反光镜是为了紧凑光路结构，提供激光测距模块的并行放置空间。
17.进一步地：所述参考臂包括第二准直透镜和参考镜，所述第二准直透镜可将所述光纤耦合器分光后的光信号传递至参考镜。
18.通过设置第二准直透镜，可用于光纤入射光的准直调节。
19.进一步地：所述参考臂中还设置有至少一对平行设置的反射镜，反射镜设置于所述第二准直透镜下方，用以在参考臂内增加光程。
20.在参考臂中的一对反射镜是为了在紧凑空间增加光程，使得样品臂和参考臂的光程差在光源相干长度内，满足干涉条件。
21.进一步地：所述扫描振镜与入射光或反射光的夹角均为45度。
22.用以保证样品臂中光路的水平或竖直传输，方便装置的设置。
23.进一步地：所述反光镜与入射光或反射光的夹角均为45度。
24.用以保证样品臂中光路的水平或竖直传输，方便装置的设置。
25.本发明的有益效果为：
26.通过激光测距模块和电机滑台可以快速地升降样品臂，达成样品臂和参考臂光程的干涉匹配条件，实现快速对焦成像，此外待测物实时的监控画面，具有相当大的视野范围及较高的分辨率，满足工业批量化高效检测需求。
27.在扫描透镜下方设置二向色镜和工业相机反射成像，清晰地呈现样品表面，通过计算机图像边界识别处理软件，对样品特征区域进行轮廓提取，再通过谱域oct的成像技术，对该轮廓区域进行二维扫描，实现精定位扫描。
附图说明
28.图1是本发明的结构及光路示意图。
29.图中，1、宽带光源；2、光纤耦合器；3、光谱仪；4、计算机；5、第一准直透镜；6、扫描
振镜；7、激光测距模块；9、扫描透镜；10、二向色镜；11、工业相机；12、第二准直透镜；13反射镜；14、参考镜；15、样品工作台。
具体实施方式
30.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.如图1所示，在该实施例中，宽带光源1的型号可为cblmd
‑
t
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850
‑
mp，superlum inc，用于发射红外光，其光源中心波长为850nm，带宽为160nm；光谱仪3型号可为cobra
‑
800s，wasatch；激光测距模块7型号可为hg
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c1030，panasonic；工业相机11型号可为mv
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cb060
‑
10uc
‑
b，海康视觉，其分辨率为3072*2048；需要说明的是，光源、光谱仪、激光测距模块和工业相机的型号不仅限本实施例的型号。
33.首先，激光测距模块7对待测样品进行测距，并将距离信息反馈到计算机4，计算机4的测量程序对该值进行判断。由于激光测距模块7与扫描透镜9是并排等高安装的，如果该值大于扫描透镜9的有效焦距，则说明oct成像系统处于离焦状态，计算机4会向电动滑台发送下降指令，直到该距离等于扫描透镜9的有效焦距，机头停止，完成对焦。如果该值小于扫描透镜9的有效焦距，计算机4会向电动滑台发送上抬指令，直到该距离等于扫描透镜9的有效焦距，机头停止，完成对焦。由于对焦的精度会直接影响oct成像输出倒像，所以所选取的激光测距模块精度必须要高，而本设备采用的谱域oct系统，其穿透深度受光谱仪决定，为2mm，根据成像的正像与倒像差异，在200微米范围内，而激光测距模块7的精度在10微米左右，所以通过激光测距模块7可迅速的将设备机头，即谱域oct系统的样品臂正确的拉到样品的对焦高度。
34.在一些实施例中，扫描透镜9的型号可为lsm54
‑
850，thorlabs，其有效焦距为64mm。对焦完成后，工业相机11通过二向色镜10的反射成像，清晰地呈现样品表面，通过计算机图像边界识别处理软件，对样品特征区域进行轮廓提取，再通过谱域oct的成像技术，对该轮廓区域进行二维扫描，实现精定位扫描。
35.定位完成后，宽带光源1发出的光被2*2光纤耦合器2(50:50分束)分成两路,并分别进入有反射镜13的参考臂和放有被测样品的样品臂。反射镜13反射回来的光(参考光)与样品的后向散射光(信号光)经过光纤耦合器2重新汇合后产生干涉信号,此时可把耦合的光看成是从样品后向散射光的各个单色波分量与从参考镜14返回的相应分量相干涉后的叠加,干涉信号从光纤耦合器2的另一端输出,被光谱仪3接收并经光谱仪3中的衍射光栅展开,由ccd采集并转换为电信号和数字化后输入计算机4。然后,将所得数据进行傅里叶逆变换,即可得到样品的f(z)或一维深度信息。在此基础上,通过横向扫描,就可重构样品的二维层析图像,从而获得样品定位特征区域的结构。
36.在一些实施例中，样品臂包括第一准直透镜5、扫描振镜6、反光镜(图中未示出)和
扫描透镜9；参考臂包括第二准直透镜12、反射镜13和参考镜14，其中，第一准直透镜5和第二准直透镜12的型号可为ac080
‑
020
‑
b
‑
ml，焦距20mm；扫描振镜6的型号可为jd1105，金海创，扫描频率10hz，偏转角最大11
°
。
37.本系统的成像性能参数如下：谱域oct系统b
‑
scan速度达到10khz，成像深度2mm(空气中)，轴向和横向分辨率分别为2.8μm和15.4μm，电动升降滑台对焦3s，工业相机特征区域定位1s。
38.当前样品被工业oct扫描设备检测完后，可通过传送带输送下一块样品，由于样品间的微小差距，计算机4会根据激光测距模块7的距离信息，控制电动升降滑台进行小幅度调整，达到新的对焦位置之后工业相机和oct成像系统对样品进行特征区域检测。此过程的重复循环，可视为工业oct的自动化检测，并且该检测是无损非接触的。
39.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。