一种曲面屏缺陷检测装置及方法与流程

1.本发明涉及曲面屏缺陷检测技术领域，具体而言，涉及一种曲面屏缺陷检测装置及方法。


背景技术：

2.随着数码科技产品的应用场景越来越多，不同数码科技产品采用的显示屏规格种类也越来越繁杂。为了提升显示屏的生产效率，需要对显示屏进行缺陷检测。针对不同规格种类的显示屏，需要制定不同的缺陷检测方案，从而提高对显示屏缺陷检测的灵敏度和准确度。
3.目前，如图1所示，现有的显示屏缺陷检测系统包括成像模块、分光镜和光源模块以及置物平台，其中，成像模块的下方设置有分光镜，分光镜下方设置有置物平台，置物平台用于放置待检测显示屏；光源模块设置在分光镜的一侧。图1所示的显示屏缺陷检测系统采用明场照明方式中的同轴照明方式进行照明，采用此种照明方式可以使得成像模块的中心和分光镜的中心以及待检测显示屏的中心处于竖直方向的同一中轴线上，且光源模块的中心与分光镜的中心设置在水平方向的同一中轴线上。图1所示的显示屏缺陷检测系统具体检测过程为：首先，光源模块发出的光束经过分光镜反射至待检测显示屏上；然后，经待检测显示屏反射后的光束已经携带了待检测显示屏上各个点的空间信息；进一步地，携带待检测显示屏上各点空间信息的光束经过成像模块中的成像物镜聚焦到成像模块中的线阵相机上；最后，线阵相机采集待检测显示屏的图像信息并将其传输至服务器进行缺陷检测。
4.然而，采用上述显示屏缺陷检测系统对待检测曲面屏进行缺陷检测时，由于待检测曲面屏的曲率半径很小，上述同轴照明方式产生的照明光束在照射到待检测曲面屏上进行反射时，曲面屏边缘点的反射光线出射角度很大，不能按照原光路返回，导致曲面屏边缘点的空间信息无法被成像模块接收，从而造成曲面屏边缘点的空间信息丢失。


技术实现要素：

5.为了解决采用现有的显示屏缺陷检测系统对曲面屏进行缺陷检测，会造成曲面屏边缘点的空间信息丢失的问题，本发明提供了一种曲面屏缺陷检测装置及方法。
6.本发明的实施例是这样实现的：
7.第一方面，本发明实施例提供一种曲面屏缺陷检测装置，包括：成像模块、分光镜、前置照明镜、照明准直镜、光源模块和置物平台以及缺陷检测模块；
8.其中，成像模块设置在分光镜的一侧，且成像模块的中心与分光镜的中心设置在水平方向的同一中轴线上；
9.前置照明镜设置在分光镜的另一侧，且前置照明镜的中心与分光镜的中心设置在水平方向的同一中轴线上，前置照明镜用于对待检测曲面屏反射光线的出射角度进行补偿；
10.照明准直镜的中心与分光镜的中心处于竖直方向的同一中轴线上；
11.光源模块设置在照明准直镜远离分光镜的一侧，且光源模块的中心与照明准直镜的中心处于竖直方向的同一中轴线上；
12.置物平台设置在前置照明镜远离分光镜的一侧，置物平台用于放置待检测曲面屏，待检测曲面屏被设计为曲面柱面结构；
13.缺陷检测模块与成像模块通信连接，缺陷检测模块用于对成像模块采集到的待检测曲面屏图像进行缺陷检测并输出检测结果。
14.在第一方面的一种可实现方式中，前置照明镜包括第一正透镜、第二正透镜；
15.其中，第一正透镜的中心和第二正透镜的中心设置在水平方向的同一中轴线上；
16.第一正透镜设置在靠近置物平台的一侧；
17.第二正透镜设置在靠近分光镜的一侧。
18.在第一方面的一种可实现方式中，前置照明镜的焦距根据待检测曲面屏的曲率半径和工作距离进行计算，其中，工作距离为前置照明镜和待检测曲面屏之间的距离。
19.在第一方面的一种可实现方式中，前置照明镜的焦距，计算公式如下：
20.f
′
＝l+r，
21.其中，f
′
表示前置照明镜的焦距，l表示工作距离，r表示待检测曲面屏的曲率半径。
22.在第一方面的一种可实现方式中，成像模块包括成像物镜和线阵相机；
23.其中，成像物镜和线阵相机连接；
24.成像物镜设置在靠近分光镜的一侧。
25.在第一方面的一种可实现方式中，成像物镜的景深，计算公式如下：
[0026][0027]
其中，δl表示成像物镜的景深，f表示成像物镜的像方数，δ表示线阵相机的最小像方分辨率，f
′
表示前置照明镜的焦距，l表示工作距离。
[0028]
在第一方面的一种可实现方式中，成像物镜的景深和曲面屏缺陷检测装置的最小像方分辨率呈负相关关系。
[0029]
在第一方面的一种可实现方式中，曲面屏缺陷检测装置的最小像方分辨率，计算公式如下：
[0030]
δ
min
＝1.22λf，
[0031]
其中，δ
min
表示曲面屏缺陷检测装置的最小像方分辨率，λ表示光源模块中照明光源的波长，f表示成像物镜的像方数。
[0032]
在第一方面的一种可实现方式中，曲面屏缺陷检测装置还包括控制模块，控制模块分别与光源模块、成像模块及缺陷检测模块通信连接；
[0033]
其中，控制模块用于：
[0034]
控制成像模块在光源模块打开时，采集待检测曲面屏图像，待检测曲面屏图像中包括待检测曲面屏上所有点的空间信息；
[0035]
控制缺陷检测模块对待检测曲面屏图像进行缺陷检测；
[0036]
根据缺陷检测结果，判断待检测曲面屏是否需要被剔除。
[0037]
本发明的实施例是这样实现的：
[0038]
第二方面，本发明实施例提供一种曲面屏缺陷检测方法，包括：
[0039]
控制光源模块打开；
[0040]
在光源模块打开的同时，控制成像模块采集待检测曲面屏图像，其中，待检测曲面屏图像中包括待检测曲面屏上所有点的空间信息，待检测曲面屏被设计为曲面柱面结构；
[0041]
接收待检测曲面屏图像并对其进行缺陷检测；
[0042]
根据缺陷检测结果，判断待检测曲面屏是否需要被剔除。
[0043]
本发明的有益效果：通过在置物平台和分光镜中间设置前置照明镜，进一步通过前置照明镜对经过待检测曲面屏反射后反射光线的汇聚调制作用，可实现减小反射光线的出射角度，从而避免了待检测曲面屏上边缘点的空间信息丢失；进一步通过在照明光路和成像光路中均使用前置照明镜，可实现曲面屏缺陷检测装置集成度的提高。
附图说明
[0044]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0045]
图1为现有的显示屏缺陷检测系统结构示意图；
[0046]
图2为根据本发明一个或多个实施例的一种曲面屏缺陷检测装置结构示意图；
[0047]
图3a为根据本发明一个或多个实施例的一种曲面屏缺陷检测装置中前置照明镜的照明光路示意图；
[0048]
图3b为根据本发明一个或多个实施例的一种曲面屏缺陷检测装置中前置照明镜经待检测曲面屏反射后的反射光路示意图；
[0049]
图4a为采用现有的显示屏缺陷检测系统对曲面屏进行检测时，待检测曲面屏对入射光线进行散调制作用的原理示意图；
[0050]
图4b为根据本发明一个或多个实施例的一种曲面屏缺陷检测装置中前置照明镜对入射光线进行汇聚调制作用的原理示意图；
[0051]
图5为根据本发明一个或多个实施例的一种曲面屏缺陷检测装置中前置照明镜反射光线的出射角度补偿原理图；
[0052]
图6为根据本发明一个或多个实施例的一种曲面屏缺陷检测装置中待检测曲面屏的物面模型结构示意图；
[0053]
图7为根据本发明一个或多个实施例的一种曲面屏缺陷检测方法流程图；
[0054]
图示说明：
[0055]
其中，1-成像模块，10-成像物镜，11-线阵相机；2-分光镜；3-前置照明镜，30-第一正透镜，31-第二正透镜；4-照明准直镜；5-光源模块；6-置物平台；7-缺陷检测模块；8-待检测曲面屏；9-控制模块。
具体实施方式
[0056]
为使本发明的目的、实施方式和优点更加清楚，下面将结合本发明示例性实施例
中的附图，对本发明示例性实施方式进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例性实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0057]
需要说明的是，本发明中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本发明的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。
[0058]
本发明中说明书和权利要求书及上述附图中的术语
″
第一
″
、
″
第二
″
、
″
第三
″
等是用于区别类似或同类的对象或实体，而不必然意味着限定特定的顺序或先后次序，除非另外注明。应该理解这样使用的用语在适当情况下可以互换。
[0059]
术语
″
包括
″
和
″
具有
″
、
″
用于
″
以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的所有组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。
[0060]
术语
″
设置
″
、
″
连接
″
、
″
安装
″
应做广义理解，例如，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。
[0061]
术语
″
模块
″
、
″
系统
″
等均为根据相应的硬件结构和软件程序相结合，可实现本发明的相应步骤的部件。
[0062]
光源模块5的照明方式可以分为明场照明方式和暗场照明方式；明场照明方式包括同轴照明方式等。
[0063]
采用如图1所示的显示屏缺陷检测系统对待检测曲面屏8进行缺陷检测时，由于待检测曲面屏8的曲率半径很小，导致待检测曲面屏8上不同点的成像距离差距较大，特别是对于现有的显示屏缺陷检测系统，即小景深缺陷检测系统而言，会造成曲面屏边缘点的成像不清晰。
[0064]
图2示例性示出了本发明一实施例的一种曲面屏缺陷检测装置结构示意图。
[0065]
在一些实施例中，如图2所示，本发明的一种曲面屏缺陷检测装置，包括：成像模块1、分光镜2、前置照明镜3、照明准直镜4、光源模块5和置物平台6以及缺陷检测模块7；
[0066]
其中，成像模块1设置在分光镜2的一侧，且成像模块1的中心与分光镜2的中心设置在水平方向的同一中轴线上；
[0067]
前置照明镜3设置在分光镜2的另一侧，且前置照明镜3的中心与分光镜2的中心设置在水平方向的同一中轴线上，前置照明镜3用于对待检测曲面屏8反射光线的出射角度进行补偿；
[0068]
照明准直镜4的中心与分光镜2的中心处于竖直方向的同一中轴线上；
[0069]
光源模块5设置在照明准直镜4远离分光镜2的一侧，且光源模块5的中心与照明准直镜4的中心处于竖直方向的同一中轴线上；
[0070]
置物平台6设置在前置照明镜3远离分光镜2的一侧，置物平台6用于放置待检测曲面屏8，待检测曲面屏8被设计为曲面柱面结构；
[0071]
缺陷检测模块7与成像模块1通信连接，缺陷检测模块7用于对成像模块1采集到的待检测曲面屏图像进行缺陷检测并输出检测结果。
[0072]
需要说明的是，上述方案中，通过增加前置照明镜3对待检测曲面屏8反射光线的
出射角度进行补偿，完成照明光瞳匹配的过程，可以实现将光源模块5发射出的照明光束一定程度上汇聚到待检测曲面屏8上，从而调节待检测曲面屏8上各点(包括边缘点)的反射光线的出射角度，使得携带待检测曲面屏8上各点(包括边缘点)空间信息的光束可以按照原入射光路返回，避免了边缘点的空间信息丢失。
[0073]
还需特别指出的是，图2中的前置照明镜3不仅参与照明过程，还作为成像系统，即成像模块1的前置结构参与后续的成像过程，经过待检测曲面屏8反射后的光线依次经过前置照明镜3和成像模块1进行成像。图2中的两条虚线分别指的是水平方向上的中轴线和竖直方向上的中轴线。
[0074]
图6示例性示出了本发明一实施例的一种曲面屏缺陷检测装置中待检测曲面屏的物面模型结构示意图。
[0075]
如图6所示，待检测曲面屏8的物面被设计为曲面柱面结构，具体通过在光路设计中引入场曲像差的方式将待检测曲面屏8的平面物面改变为曲面柱面物面，从而一定程度增大曲面屏缺陷检测装置的景深。
[0076]
上述方案中，将待检测曲面屏8的物面设计为曲面柱面结构，可以高度还原真实的2.5d曲面屏的三维表面结构特征。其物面直接还原了待检测曲面屏8的轮廓，所以在考虑景深范围时不需要考虑由于待检测曲面屏8的物面不是平面而带来的待检测曲面屏8上各点工作距离的差异，只需要考虑检测流水线上各个待检测曲面屏8的位置偏差而带来的工作距离的变化即可。待检测曲面屏8设计为曲面柱面，一定程度上解决了成像物镜的景深过小的问题，还可以适当提高曲面屏缺陷检测装置的孔径，提高待检测曲面屏8的光通量，增加曲面屏缺陷检测装置的最小像方分辨率。
[0077]
图3a示例性示出了本发明一实施例的一种曲面屏缺陷检测装置中前置照明镜3的照明光路示意图。
[0078]
图3b示例性示出了本发明一实施例的一种曲面屏缺陷检测装置中前置照明镜3经待检测曲面屏8反射后的反射光路示意图。
[0079]
在一些实施例中，如图3a和图3b所示，前置照明镜3是一个正透镜组，前置照明镜3包括第一正透镜30、第二正透镜31；
[0080]
其中，第一正透镜30的中心和第二正透镜31的中心设置在水平方向的同一中轴线上；
[0081]
第一正透镜30设置在靠近置物平台6的一侧；
[0082]
第二正透镜31设置在靠近分光镜2的一侧。
[0083]
需要特别说明的是，从图3a和图3b可以看出，光源模块5发出的照明光束经过分光镜2后反射至前置照明镜3上，先经过前置照明镜3的第一正透镜30，再经过第二正透镜31后汇聚到待检测曲面屏8上，待检测曲面屏8上各点(包括边缘点)经过反射后的反射光束均可以返回至前置照明镜3中，可以有效解决待检测曲面屏8的边缘点空间信息丢失问题。另外，第一正透镜30和第二正透镜31均可以采用双凸镜或平凸透镜或凹凸透镜，本发明附图中的前置照明镜3均为示意结构图，并不代表其正透镜组的类型，具体采用哪种类型的正透镜可根据实际场景进行选择，本发明对其不做限制。
[0084]
图4a示例性示出了采用现有的显示屏缺陷检测系统对曲面屏进行检测时，待检测曲面屏8对入射光线进行散调制作用的原理示意图。
[0085]
图4b示例性示出了本发明一实施例的一种曲面屏缺陷检测装置中前置照明镜3对入射光线进行汇聚调制作用的原理示意图。
[0086]
如图4a所示，待检测曲面屏8可以被看作为一个凸面反射镜，由于凸面反射镜会对入射光线产生发散作用，现有的显示屏缺陷检测系统这种的平行光束经过待检测曲面屏8反射后将被发散开，携带有边缘点空间信息的反射光线无法被接收到成像模块1进行图像采集，从而造成边缘点图像信息缺失。然而，如图4b所示，本发明采用正光焦度的前置照明镜3，使得光源模块5发出的入射光线先经过前置照明镜3进行汇聚调制后，在入射至待检测曲面屏8上，从而降低经过待检测曲面屏8反射后的反射光线的出射角度，避免了边缘点图像信息缺失。
[0087]
图5示例性示出了本发明一实施例的一种曲面屏缺陷检测装置中前置照明镜3反射光线的出射角度补偿原理图。
[0088]
如图5所示，当前置照明镜3的像方焦点与待检测曲面屏8的曲率半径对应的圆心(图5中的o表示圆心)重合时，光源模块5发出的照明光束经过前置照明镜3之后在入射至待检测曲面屏8上。由于具有一定角度的照明光束经过前置照明镜3汇聚之后，照射在待检测曲面屏8上各个点的入射光线与该点的法线夹角也很小，从而可以达到减小待检测曲面屏8上各个点反射光线的出射角度。
[0089]
在一些实施例中，前置照明镜3的焦距根据待检测曲面屏8的曲率半径和工作距离计算得到，其中，工作距离为前置照明镜3和待检测曲面屏8之间的距离。
[0090]
在一些实施例中，前置照明镜3的焦距具体计算公式如下：
[0091]f′
＝l+r，
[0092]
其中，f
′
表示前置照明镜3的焦距，l表示工作距离，即前置照明镜3和待检测曲面屏8之间的距离，r表示待检测曲面屏8的曲率半径。
[0093]
需要说明的是，当待检测曲面屏8的曲率半径为r时，若使用前置照明镜3的焦距为f
′
，则前置照明镜3与待检测曲面屏8之间的工作距离应该保持在l＝f
′‑
r处。上述方案可以根据需要待检测曲面屏8的曲率半径灵活选择不同焦距的前置照明镜3以及对应的工作距离，完成照明光瞳匹配，前置照明镜3的焦距或工作距离的具体数值均可以结合实际应用场景，并根据上述计算公式得出，本发明对前置照明镜3的焦距或工作距离不做具体限定。
[0094]
在一些实施例中，如图2所示，成像模块1包括成像物镜10和线阵相机11；
[0095]
其中，成像物镜10和线阵相机11可拆卸连接；
[0096]
成像物镜10设置在靠近分光镜2的一侧。
[0097]
为了使经过待检测曲面屏8上边缘点反射后的反射光线尽可能地被后续的成像模块1所接收，前置照明镜3的聚光能力应该接近待检测曲面屏8的散光能力，即前置照明镜3的焦距应该与待检测曲面屏8的曲率半径相近。但是在满足上述条件时，前置照明镜3与待检测曲面屏8之间的工作距离l会很小，经过待检测曲面屏8上边缘点反射后的反射光线将依次通过前置照明镜3以及后续的成像模块10因此，本发明中的前置照明镜3既参与前期的照明光路调制，也参与后期的成像光路。
[0098]
另外，由于曲面屏的缺陷检测一般都是流水线作业，每个待检测曲面屏8与曲面屏缺陷检测装置的距离都会产生一定范围内的变化；并且，由于待检测曲面屏8的曲率较大，待检测曲面屏8上不同点与曲面屏缺陷检测装置的距离也具有一定差异。因此，后续成像模
块1中的成像物镜10需要具有一定的景深。
[0099]
在一些实施例中，成像物镜10的景深计算公式如下；
[0100][0101]
其中，δl表示成像物镜10的景深，f表示成像物镜10的像方数，δ表示线阵相机11的最小像方分辨率，f
′
表示前置照明镜3的焦距，l表示工作距离，即前置照明镜3和待检测曲面屏8之间的距离。
[0102]
在一些实施例中，曲面屏缺陷检测装置的最小像方分辨率，具体计算公式如下：
[0103]
δ
min
＝1.22λf，
[0104]
其中，δ
min
表示曲面屏缺陷检测装置的最小像方分辨率，λ表示光源模块5中照明光源的波长，f表示成像物镜10的像方数。
[0105]
假设成像物镜10的系统放大率为β，当待检测曲面屏8所需的最小分辨率，即物方分辨率为δ0时，线阵相机11所需最小的像方分辨率δ的计算公式如下：
[0106]
δ＝δ0×
β。
[0107]
此外，成像物镜10的系统放大率还可以根据线阵相机11探测面的大小和待检测曲面屏8的大小进行计算；或者根据前置照明镜3的焦距和成像物镜10的像方数进行计算，具体公式如下：
[0108][0109]
其中，β表示成像物镜10的系统放大率，y
′
表示线阵相机11探测面的大小，y表示待检测曲面屏8的大小，f
′
表示前置照明镜3的焦距，l表示工作距离，即前置照明镜3和待检测曲面屏8之间的距离。
[0110]
在一些实施例中，根据上述计算公式可知，成像物镜10的景深和曲面屏缺陷检测装置的最小像方分辨率呈负相关关系。
[0111]
在一些实施例中，如图2所示，一种曲面屏缺陷检测装置还包括控制模块9，控制模块9分别与光源模块5、成像模块1及缺陷检测模块7通信连接；
[0112]
其中，控制模块9用于：
[0113]
控制成像模块1在光源模块5打开时，采集待检测曲面屏图像，待检测曲面屏图像中包括待检测曲面屏8上所有点的空间信息；
[0114]
控制缺陷检测模块7对待检测曲面屏图像进行缺陷检测；
[0115]
根据缺陷检测结果，判断待检测曲面屏8是否需要被剔除。
[0116]
需要说明的是，本发明中缺陷检测模块7和控制模块9均设置在同一服务器(图中未示出)上，仅根据其功能作用不同进行区分。
[0117]
此外，本发明的所有附图中，除了特殊标记和说明之外，带箭头的线条均代表入射光线或反射光线，具体参见各个附图中的光路方向、成像方向或者对应标记，因此，附图中带箭头的线条，主要指的是入射光线或反射光线均不会使本发明的方案不清楚。
[0118]
图7示例性示出了本发明另一实施例的一种曲面屏缺陷检测方法流程图。
[0119]
在另一些实施例中，如图7所示，本发明的一种曲面屏缺陷检测方法，基于本发明一实施例的一种曲面屏缺陷检测装置实现，方法包括以下步骤：
[0120]
100，控制光源模块5打开；
[0121]
101，在光源模块5打开的同时，控制成像模块1采集待检测曲面屏图像，其中，待检测曲面屏图像中包括待检测曲面屏8上所有点的空间信息，待检测曲面屏8被设计为曲面柱面结构；
[0122]
102，接收待检测曲面屏图像并对其进行缺陷检测；
[0123]
103，根据缺陷检测结果，判断待检测曲面屏8是否需要被剔除。
[0124]
需要特别说明的是，本发明中对于待检测曲面屏图像进行缺陷检测的过程与现有技术中的检测过程相同，剔除过程也与现有技术中的剔除过程相同，此处不再赘述。另外，本发明中并不限制待检测曲面屏8的制作材料，本发明的缺陷检测方案可适用于采用玻璃或晶体或金属或塑料等多种材料中的一种或几种制作而成的任意曲面。
[0125]
本发明通过在置物平台6和分光镜2中间设置前置照明镜3，进一步通过前置照明镜3对经过待检测曲面屏8反射后反射光线的汇聚调制作用，可实现减小反射光线的出射角度，从而避免了待检测曲面屏8上边缘点的空间信息丢失；进一步通过在照明光路和成像光路中均使用前置照明镜3，可实现曲面屏缺陷检测装置集成度的提高。
[0126]
为了方便解释，已经结合具体的实施方式进行了上述说明。但是，上述在一些实施例中讨论不是意图穷尽或者将实施方式限定到上述公开的具体形式。根据上述的教导，可以得到多种修改和变形。上述实施方式的选择和描述是为了更好的解释原理以及实际的应用，从而使得本领域技术人员更好的使用实施方式以及适于具体使用考虑的各种不同的变形的实施方式。