一种偏振均匀平行光产生装置及自动光学检测系统
技术领域
本实用新型属于光学检测技术领域，更具体地，涉及一种偏振均匀平行光产生装置及自动光学检测系统。
背景技术
自动光学检测是指采用光学成像技术获取被测目标的图像，再经过快速图像处理与图形识别算法，从摄取图像中获取目标的尺寸、位置、方向、光谱特征、结构以及缺陷等信息，从而可以执行产品检验、装配线上的零部件鉴定及定位、过程监控中的测量、过程控制反馈、分类与分组等任务。
光源照明技术涉及到照明方法与打光技巧，它决定了自动光学检测系统能够摄取目标的信息种类。在缺陷检测过程中，被测目标表面的平整物面区域才能较好的将光反射到相机镜头中，不平整的物面区域(缺陷位置)上的光被斜着反射(散射)到其他方向，因此会在相机拍摄的图像中呈现暗色区域，形成缺陷信息。照明的改变会严重影响摄像机对缺陷信息的灵敏度与分辨能力，尤其是检测曲率变化较大且具有较强光学反射率的复杂表面，光源的选择与打光技巧更为重要。为了提高摄取图像中缺陷信息的对比度，进而提高缺陷检测的准确性，在对被测目标进行检测时，必须保证光源的平行度和均匀程度，同时需要对被测目标表面的镜面反射光进行抑制。
图1是现有技术中常用的照明设备的结构示意图，如图1所示，该照明设备由光源1、漫射板2、分光镜3、吸光板4及防尘片5及散热器6构成。光源1发出来的光经过漫射板2变成均匀光，照射到分光镜3上，一半的光透过分光镜3照射到左侧壁上，这部分光被吸收不会进入摄像头，对成像没有影响；另一半光经分光镜3反射到下面的待测物上，从物体表面反射上来的光照射到分光镜3后，部分光直接透过分光镜3进入到相机，这部分光供成像使用；另一部分光反射回右侧的漫射板2，对成像也没影响。这种照明方式存在以下问题：1、当被测目标的表面较为平滑时容易产生镜面反射光，镜面反射光容易掩盖缺陷信息；2、光源发出的光平行性差，增加了缺陷辨别的难度；3、光源杂散光吸收不彻底，会影响成像的精度；4、光源颜色单一，缺陷信息对比度不够明显；因此，现有的照明设备无法应用在物体的表面缺陷检测中。
实用新型内容
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种偏振均匀平行光产生装置及自动光学检测系统，其目的在于解决现有的光源产生装置存在的无法有效抑制镜面反射光、缺陷检测精度低的问题。
为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种偏振均匀平行光产生装置，该装置包括光源、光束均匀与平行组件、第一起偏器、半透半反镜和第二起偏器；
所述光束均匀与平行组件、第一起偏器、半透半反镜依次设置在光源出射光束的光路上，所述第二起偏器位于半透半反镜远离所述第一起偏器的一侧且与第一起偏器垂直设置；
所述光束均匀与平行组件对光源出射光束进行处理后形成照度均匀的平行光；所述平行光透过所述第一起偏器后形成线偏振光，射向所述半透半反镜的所述线偏振光经反射后垂直照射在待测物品的表面；
该线偏振光与待测物品的表面缺陷作用后产生偏振态发生变化的散射光，与待测物品的表面作用后产生偏振态未变化的镜面反射光；所述散射光和镜面反射光经过半透半反镜后射向第二起偏器，该第二起偏器的偏振方向被配置为与第一起偏器呈90°，用以滤除镜面反射光且允许散射光通过。
优选的，上述偏振均匀平行光产生装置，所述半透半反镜与第一起偏器、第二起偏器之间的夹角为45°。
优选的，上述偏振均匀平行光产生装置，所述光束均匀与平行组件包括光源出射光束的光路上依次设置的光源收集透镜、第一菲涅尔透镜和第二菲涅尔透镜；
所述光源收集透镜对光源出射光束进行会聚后射向第一菲涅尔透镜，经过第一菲涅尔透镜得到均匀光，所述均匀光经第二菲涅尔透镜处理后得到照度均匀的平行光。
优选的，上述偏振均匀平行光产生装置，所述光源包括至少两种颜色的发光体，通过控制不同颜色的发光体的开闭和/或工作电流来调节光源输出的光束的颜色。
优选的，上述偏振均匀平行光产生装置还包括呈“凸”字型的外壳，光源、光束均匀与平行组件、第一起偏器和半透半反镜设置在所述外壳的内部，构成光源出射光束的第一传输通道；第二起偏器设置在外壳的一端面上，其与半透半反镜构成散射光和镜面反射光的第二传输通道，所述第二传输通道与第一传输通道相互垂直。
优选的，上述偏振均匀平行光产生装置，所述外壳的内表面采用锯齿结构且涂覆有黑色图层，用以吸收杂散光。
优选的，上述偏振均匀平行光产生装置还包括无色透明的护盖板，所述护盖板设置在外壳上与第二起偏器相对的另一端面上。
优选的，上述偏振均匀平行光产生装置，所述第一、第二起偏器采用可插拔的方式安装在外壳的内部。
优选的，上述偏振均匀平行光产生装置还包括散热机构，所述散热机构设置于光源非发光面的一侧，用于吸收并释放光源在工作过程中产生的热量。
优选的，上述偏振均匀平行光产生装置，所述第一、第二起偏器可采用偏振片、尼科耳棱镜、格兰棱镜或沃拉斯顿棱镜。
按照本实用新型的另一个方面，还提供了一种自动光学检测系统，该系统包括上述任一项所述的偏振均匀平行光产生装置，还包括图像采集器；所述图像采集器设置于第二起偏器的上方，通过捕获从第二起偏器中出射的散射光成像。
总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本实用新型提供的偏振均匀平行光产生装置，第一起偏器和第二起偏器分设于半透半反镜的两侧且两者垂直设置，第一起偏器与第二起偏器的偏振角度相差90°；第一起偏器、半透半反镜和第二起偏器构成光源出射光束(线偏振光)的传输通道，而第二起偏器和半透半反镜构成镜面反射光、散射光的传输通道；通过这一独特的结构设计阻止偏振态未发生变化的镜面反射光出射，但允许偏振态发生变化的、用于表征缺陷信息的散射光通过，有效滤除对缺陷检测影响较大的镜面反射光，且不影响正常的缺陷成像，从而提高相机对缺陷信息的灵敏度和分辨能力。
(2)本实用新型提供的偏振均匀平行光产生装置，使用两片菲涅尔透镜，光源发出的光经过收集透镜后分别由两片菲涅尔透镜进行匀光和波前控制，从而获得强度均匀分布的平行光，促使测量精度的提升。
(3)本实用新型提供的偏振均匀平行光产生装置，光源采用RGB三色LED模组或者RGB三色激光模组，可以选择性地输出不同颜色的光；硬件结构简单，稳定性强，体积更小，成本更低，使用范围广等特点。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的现有技术中常用的照明设备的结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的偏振均匀平行光产生装置的结构示意图；
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-光源；2-漫射板；3-分光镜；4-吸光板；5-防尘片；6-散热器；7-第一起偏器；8-半透半反镜；9-第二起偏器；10-光源收集透镜；11-第一菲涅尔透镜；12-第二菲涅尔透镜；13-外壳；14-护盖板；15-待测物品。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图2是本实施例提供的一种偏振均匀平行光产生装置的结构示意图，参见图2所示，该装置包括光源1、光束均匀与平行组件、第一起偏器7、半透半反镜8和第二起偏器9；
其中，光束均匀与平行组件、第一起偏器7、半透半反镜8依次设置在光源出射光束的光路上，第二起偏器9位于半透半反镜8远离第一起偏器7的一侧且与第一起偏器7垂直设置；
光束均匀与平行组件对光源出射光束进行处理后形成照度均匀的平行光；该平行光透过第一起偏器7后形成线偏振光，该线偏振光射向半透半反镜8，经半透半反镜8反射后垂直照射在待测物品15的表面；
该线偏振光与待测物品15的表面缺陷作用后产生偏振态发生变化的散射光，与待测物品15的表面作用后产生偏振态未变化的镜面反射光；散射光和镜面反射光经过半透半反镜8后射向第二起偏器9，该第二起偏器9的偏振方向被配置为与第一起偏器7呈90°，用以滤除镜面反射光且允许散射光通过。
本实施例中，第一起偏器7产生的线偏振光经半透半反镜8反射后垂直射向待测物品的表面，若待测物品表面较为平滑，则易于产生镜面反射光，该镜面反射光的偏振态不发生变化，相对于第一起偏器7产生的线偏振光而言，两者的偏振态相同，因此，该镜面反射光无法通过偏振方向被配置为与第一起偏器7呈90°的第二起偏器，完全被第二起偏器滤除。另一方面，若待测物品的表面存在缺陷，线偏振光射向表面缺陷后将发生散射，产生散射光，该散射光相对于第一起偏器7产生的线偏振光而言，其偏振态会发生变化，不再是单纯的线偏振光，因此，该散射光射向第二起偏器后，其中的部分散射光可以顺利通过第二起偏器出射，被相机捕获后成像，得到待测物品的缺陷图像。
本实施例中，第一起偏器7和第二起偏器9分设于半透半反镜8的两侧且两者垂直设置，第一起偏器7与第二起偏器9的偏振角度相差90°；第一起偏器7、半透半反镜8和第二起偏器9构成光源出射光束(线偏振光)的传输通道，而第二起偏器9和半透半反镜8构成镜面反射光、散射光的传输通道；通过这一独特的结构设计阻止偏振态未发生变化的镜面反射光出射，但允许偏振态发生变化的、用于表征缺陷信息的散射光通过，有效滤除对缺陷检测影响较大的镜面反射光，且不影响正常的缺陷成像，从而提高相机对缺陷信息的灵敏度和分辨能力。
本实施例中，半透半反镜8与第一起偏器7、第二起偏器9之间的夹角优选设置为45°，以确保产生的镜面反射光能够垂直射向第二起偏器9，提高滤除效果，并使产生的散射光能够尽可能多地进入由第二起偏器9和半透半反镜8构成的传输通道，提高成像质量。
本实施例中，光束均匀与平行组件包括光源出射光束的光路上依次设置的光源收集透镜10、第一菲涅尔透镜11和第二菲涅尔透镜12；
光源1产生的光首先经过光源收集透镜10进行聚光，聚光后的出射光束射向第一菲涅尔透镜11，经过第一菲涅尔透镜11得到均匀光，该均匀光经第二菲涅尔透镜12处理后得到照度均匀的平行光。
光源1包括至少两种颜色的发光体，通过控制不同颜色的发光体的开闭和/或工作电流来调节光源输出的光束的颜色；本实施例中，光源1采用RGB三色LED模组或者RGB三色激光模组，以RGB三色LED模组为例进行说明，该LED模组中的每一个颜色LED的工作功率单独可调。下面描述三种不同颜色输出光产生的控制方式：(1)控制RGB三色LED模组中的红色LED工作，另外两种颜色的LED关闭，可以实现红光输出；(2)控制RGB三色LED模组中的红、绿、蓝LED同时工作，并通过控制每一个LED的工作电流，可以实现白光输出；(3)控制RGB三色LED模组中的红、绿LED同时工作，蓝色LED关闭，并控制红、绿LED的工作电流，实现黄光输出。
待测物品15的某些缺陷是带有颜色的，在特定颜色的光照明下缺陷会更加凸显出来，成像之后缺陷的对比度更高，便于观察检测；此外，同一相机对不同颜色的光的响应效率也不一致，根据相机的光谱响应曲线来选择光源输出的光的颜色，可以提高相机拍摄图像的分辨率，提高缺陷检测的精度。本方案通过改变光源1的工作状态来调节输出结构光的颜色，从而可以根据需求选择性地输出不同颜色的光。
进一步的，本实施例提供的偏振均匀平行光产生装置还包括呈“凸”字型的外壳13，光源1、光束均匀与平行组件、第一起偏器7和半透半反镜8设置在外壳13的腔体内部，构成光源出射光束的第一传输通道；第二起偏器9设置在外壳13的一端面上，其与半透半反镜8构成散射光和镜面反射光的第二传输通道，该第二传输通道与第一传输通道相互垂直。作为一个优选的方案，外壳13的内表面采用锯齿结构且涂覆有黑色图层，有利于吸收杂散光，提高输出光束质量。
参见图2，本实施例提供的偏振均匀平行光产生装置还包括无色透明的护盖板14，该护盖板14设置在外壳13上与第二起偏器9相对的另一端面上，与第二起偏器9共同围合使外壳13形成封闭空间，主要起到防尘、防潮和防划伤作用。
此外，为了对工作中的光源1进行散热，本实施例还设置了散热器6，该散热器6设置于光源1非发光面的一侧，用于吸收并释放光源在工作过程中产生的热量。
本实施例中，第一起偏器7、第二起偏器9均采用可插拔的方式安装在外壳13上，根据检测环境/对象是否需要抑制镜面反射光确定是否安装第一起偏器7和第二起偏器9。第一起偏器7、第二起偏器9可采用偏振片、尼科耳棱镜、格兰棱镜、沃拉斯顿棱镜中的任意一种。
本实施例还提供了一种自动光学检测系统，该系统包括上述偏振均匀平行光产生装置，还包括相机；参见图1，相机设置在第二起偏器9的上方，通过捕获从第二起偏器9中出射的散射光成像，得到待检测图像；进一步的，该自动光学检测系统还包括图像处理器，该图像处理器获取相机采集的待检测图像并进行图像处理，从待检测图像获取目标的尺寸、位置、方向、光谱特征、结构以及缺陷等信息，为后续的产品检验、质量判定提供依据。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
