一种光学检测装置及方法与流程

1.本发明涉及工业检测领域，特别涉及一种光学检测装置及方法。


背景技术：

2.在面板aoi(automated optical inspection，自动光学检测)领域，aoi检测设备的主要目的是发现面板在生产过程中存在的各种缺陷(比如颗粒、脏污、划伤、凸起、凹坑、短路、断路等)，所使用的主要手段是通过多个并排排列的扫描ccd探头，经过拼接的方式，完整扫描面板，根据拍摄的图像，利用图像处理算法分析面板上的各类缺陷。
3.然而，处于同一工艺阶段的面板产品的不同区域的反射率不同，容易造成高反射率区域亮度过曝或低反射率区域亮度不足的局面。这就使得高反射率区域的缺陷也具有较高的亮度，或者低反射率区域的非缺陷部分也只有较低的亮度，导致无法通过亮度大小的比较区分缺陷和非缺陷部分，从而导致误检率和漏检率提高。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提供一种光学检测装置，包括：
5.承载台，用于承载被检测物；
6.一个或一个以上的扫描相机，所述扫描相机的扫描视野至少部分覆盖所述承载台；
7.运动机构，所述运动机构用于带动所述被检测物在承载平面相对所述扫描相机移动；
8.光源组件，所述光源组件的照明范围至少部分覆盖所述承载台；
9.所述光源组件用于周期性地发出第一亮度和第二亮度的照明光，所述第一亮度小于第二亮度；
10.所述扫描相机用于在所述第一亮度的照明光下采集第一图像，在所述第二亮度的照明光下采集第二图像；
11.所述装置还包括与所述扫描相机连接的处理器，所述处理器用于对所述第一图像中的高反射率区域和所述第二图像中的低反射率区域进行特征检测。
12.在其中一个实施例中，所述光源组件包括光源控制器和照明光源，所述光源控制器用于周期性地切换所述照明光源发出第一亮度和第二亮度的照明光。
13.在其中一个实施例中，所述照明光源包括第一光源和第二光源，所述第一光源用于发出第一亮度的照明光，所述第二光源用于发出第二亮度的照明光，所述光源控制器用于周期性地切换第一光源和第二光源开启。
14.在其中一个实施例中，所述扫描相机为线阵相机。
15.在其中一个实施例中，所述线阵相机为tdi线阵相机，所述光源控制器的切换周期为所述tdi线阵相机的行扫描时隙的整数倍。
16.在其中一个实施例中，所述运动机构用于根据所述tdi线阵相机的行扫描时隙和
所述光源控制器的占空比调整速度移动所述被检测物。
17.在其中一个实施例中，所述处理器还用于获取所述高反射率区域和低反射率区域的灰度值，根据所述灰度值设定所述光源控制器的占空比。
18.在其中一个实施例中，所述装置还包括一个或一个以上的复检相机支架以及设置在所述复检相机支架上的复检相机；
19.所述复检相机支架用于在所述承载平面移动所述复检相机。
20.在其中一个实施例中，所述处理器还用于控制所述复检相机支架移动所述复检相机至识别到的所述第一图像中的高反射率区域或所述第二图像中的低反射率区域的缺陷位置进行复检扫描。
21.为解决上述问题，本发明还提供一种光学检测方法，基于前述光学检测装置的处理器，该方法包括：
22.控制被检测物以目标速度在承载平面相对扫描相机移动；
23.控制所述光源组件以目标周期发出第一亮度和第二亮度的照明光照射所述被检测物，所述第一亮度小于第二亮度；
24.获取所述一个或一个以上的扫描相机在所述第一亮度下采集的第一图像，在所述第二亮度下采集的第二图像；
25.对所述第一图像中的高反射率区域和所述第二图像中的低反射率区域进行特征检测。
26.在其中一个实施例中，所述控制被检测物以目标速度在承载平面相对扫描相机移动之前还包括：
27.根据tdi线阵相机的行扫描时隙和光源控制器的占空比设定所述目标速度。
28.在其中一个实施例中，所述对所述第一图像中的高反射率区域和所述第二图像中的低反射率区域进行特征检测之后还包括：
29.控制复检相机支架移动复检相机至识别到的所述第一图像中的高反射率区域或所述第二图像中的低反射率区域的特征位置进行复检扫描。
30.相较于现有技术，本技术的光学检测装置及方法具有以下有益效果。
31.本技术的光学检测装置在采集被检测物的图像时，采用了不同的亮度光照下的成像的第一图像和第二图像，并在较暗的第一图像中识别高反射率区域的特征，在较亮的第二图像中识别低反射率区域的缺陷特征，就能保证高反射率区域的缺陷不会因为过曝而误检和漏检，也保证低反射率区域的缺陷不会因为太暗而误检和漏检，从而整体上降低了误检率和漏检率，提高了检测的准确性。
附图说明
32.图1为本发明一实施例中光学检测装置的结构示意图；
33.图2为tdi线阵相机工作原理图；
34.图3为本发明一实施例中光学检测方法的流程图；
35.图4为本技术一个实施例中一种扫描方式的示意图；
36.图5为本技术一个实施例中另一种扫描方式的示意图；
37.图6为本技术一个实施例中另一种扫描方式的示意图；
38.图7为本技术一个实施例中另一种扫描方式的示意图。
具体实施方式
39.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本技术保护的范围。
40.需要说明，若本技术实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
41.另外，若本技术实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
42.为解决前述问题，本发明提供了一种能够对高反射率区域和低反射率区域分别以不同的亮度进行照射采集相应的第一图像和第二图像，并从亮度较低的第一图像中识别高反射率区域的缺陷的特征，从亮度较高的第二图像中识别低反射率区域的缺陷的特征的光学检测装置，这样就能够保证识别高反射率区域的缺陷时较少受到过曝的影响，识别低反射率区域的缺陷时较少受到过暗的影响，从而提高检测的准确性。
43.具体的，在一个实施例中，图1展示了一种光学检测装置，包括：
44.承载台10，用于承载被检测物。
45.一个或一个以上的扫描相机20，扫描相机20的扫描视野至少部分覆盖承载台10。
46.运动机构，运动机构用于带动被检测物在承载平面相对扫描相机移动。
47.在本实施例中，以面板检测为例，运动机构集成在承载台10中，承载台10包括传送带，待检测面板平放在承载台10上，在实际检测工序中，可由机械手夹持后放置于承载台10。承载台10可带动待检测面板在x方向前后移动，以对待检测面板进行扫描式表面图像采集。
48.在其他实施例中，承载台10还可以是具有滑轨或滑轮的支架，待检测面板放置于承载台10上后，可通过一些常规的传动结构在x方向上对待检测面板进行前后推拉。
49.在本实施例中如图1所示，可设置横跨承载台10的龙门架作为扫描相机支架28，在扫描相机支架28上则设置有5个扫描相机21
‑
25，随着待检测面板在承载台10的带动下在x方向左右移动，扫描相机即可对待检测面板进行扫描。每个扫描相机在y方向上都覆盖特定的扫描范围，最终可结合该5个扫描相机各自采集的数据合成完整的面板图像。
50.在本实施例中，扫描相机为线阵相机，且扫描相机优选为tdi(time delayed and integration，时间延迟积分)线阵相机，与一般线阵相机相比，它具有响应速度高、动态范围宽等特点。尤其适用于目标物高速运动的情形，以及光线较暗的情形，也能够输出一定信噪比的信号，可大大改善环境条件恶劣引起信噪比太低这一不利因素。
51.tdi线阵相机的工作原理可参考图2所示，被检测物tdi线阵相机的感光器件ccd(电荷耦合元件)包括多个像素行，图1以n个像素行的ccd结构为例，在实际应用中，tdi线阵相机的像素行通常可达256个以上。在被检测物的图像采集过程中，被检测物需要沿着tdi线阵相机的像素行的排列方向移动，且移动速度有要求，被检测物的移动速度与tdi线阵相机的行扫描速度必须一致。
52.也就是说，参考图2所示，在第一时间区间，被检测物相对tdi线阵相机向右移动，使得被检测物的a区域进入tdi线阵相机的第1个像素行的扫描区域，tdi线阵相机需要在第一时间区间内完成对a区域的扫描，即在第一个像素行上获取a区域的感光数据。
53.在第二时间区间，被检测物需要继续向右移动，使得b区域进入tdi线阵相机的第1个像素行的扫描区域，a区域进入tdi线阵相机的第2个像素行的扫描区域，tdi线阵相机需要在第二时间区间内完成对a区域和b区域的扫描，即在第1个像素行上获取b区域的感光数据，在第2个像素行上获取a区域的感光数据。
54.以此类推，随着被检测物按照此速度的持续移动，tdi线阵相机的n个像素行上都能采集到a区域的感光数据，以及b
…
h的数据，然后通过积分，将n个像素行上的a区域的感光数据进行积分，即可得到a区域的图像:
55.i(a)＝s1(a) s2(a)
……
s
n
(a)
56.同样对b、c、
……
、h区域的感光数据也进行积分，即可得到被检测物的a
‑
h区域的感光数据，即可得到被检测物的拍照。
57.这样就使得，即使被检测物移动较快，每一个行扫描的时间区间较短，相应的被检测物区域的曝光时间不够，也不影响被检测物最终成像的曝光程度。
58.优选的，图1中的5个扫描相机21
‑
25也可以在扫描相机支架28上沿y方向移动，调整自身在y方向的覆盖范围，可以是重点区域可安排较多的扫描相机，非重点区域可安排较少的扫描相机。
59.在另一个实施例中，承载台10为固定的承物台，运动机构集成在扫描相机支架28上，作为龙门架的扫描相机支架28可沿着承载台10的x方向移动，从而带动扫描相机与待检测面板产生相对运动。
60.在本实施例中，如图1所示，光学检测装置包括
61.光源组件30，光源组件30的照明范围至少部分覆盖承载台10，周期性地发出第一亮度和第二亮度的照明光，第一亮度小于第二亮度。
62.在扫描过程中，光源组件30发出的光可照射到承载台10的待检测面板上，反射或散射后被扫描相机采集捕获。将扫描相机在第一亮度的光照下采集到的图像和扫描相机在第二亮度的光照下采集到的图像区分采集并分别组合即可得到第一图像和第二图像。
63.光源组件30可包括光源控制器和照明光源，光源控制器用于周期性地切换照明光源发出第一亮度和第二亮度的照明光。
64.扫描相机20用于在所述第一亮度的照明光下采集第一图像，在所述第二亮度的照明光下采集第二图像。
65.在本实施例中，照明光源为双光源，包括第一光源和第二光源，第一光源用于发出第一亮度的照明光，第二光源用于发出第二亮度的照明光，光源控制器用于周期性地切换第一光源和第二光源开启。第一光源和第二光源还可发出不同频率，不同偏振角度的照明
光。
66.在另一个实施例中，照明光源可以是单光源，光源控制器可发出pwm信号控制照明光源以不同的亮度频闪照射。
67.在本实施例中，如图1所示，光学检测装置还包括与扫描相机20连接的处理器40，处理器40用于对第一图像中的高反射率区域和第二图像中的低反射率区域进行特征检测。
68.具体的，本装置扫描待检测面板的缺陷的方法如图3所示，该方法包括：
69.步骤s101：控制被检测物以目标速度在承载平面相对扫描相机移动。
70.步骤s102：控制光源组件以目标周期发出第一亮度和第二亮度的照明光照射被检测物。
71.步骤s103：获取一个或一个以上的扫描相机第一亮度下采集的第一图像，在第二亮度下采集的第二图像。
72.步骤s104：对第一图像中的高反射率区域和第二图像中的低反射率区域进行缺陷的特征检测。
73.参考图4所示，在本实施例中，扫描相机为tdi线阵相机，行扫描时隙为t1，光源组件30中的光源控制器的切换第一亮度光源和第二亮度光源的切换周期为t2，占空比为1/2(即第一亮度光源和第二亮度光源在一个切换周期中照射时长相同)，控制被检测物在x方向以目标速度相对扫描相机移动，tdi线阵相机一次行扫描可采集待检测面板的a区域宽度。
74.可以设置切换周期t2＝2t1，此时被检测物可以是非匀速运动的。如图4所示，可在t1时长移动a区域的宽度大小，然后再停留t1时长，这样在第一亮度光源和第二亮度光源的一个切换周期(即频闪周期)内，a区域分别在第一亮度下和第二亮度下进行了曝光(两次)，tdi相机的第1像素行在t2时长中采集了两次数据，一次为第一亮度下的a区域的数据，一次为第二亮度下的a区域的数据。相比于单亮度光源检测时被检测物的相对移动速度，目标速度降低为1/2。
75.检测物的运动也可以是匀速的。同样如图5所示，在t1时长移动a区域的宽度大小，在第二个t1时长再次移动b区域的宽度大小(a、b区域宽度相同)。这样在第一亮度光源和第二亮度光源的一个频闪周期内，a区域分别在第一亮度下和第二亮度下进行了曝光(两次)：
76.tdi相机的第1像素行在t1时长时，采集了a区域在第一亮度下的数据，在t2时长时(第二个t1时长)时，采集了b区域在第一亮度下的数据。
77.tdi相机的第2像素行在t2时长时，采集了a区域在第二亮度下的数据。
78.以此类推，tdi相机的像素行将交替采集第一亮度和第二亮度下的数据，将会有一半像素行采集到第一亮度下的数据，一半像素行采集到第二亮度下的数据。
79.处理器将扫描相机的一半像素行采集到的第一亮度下的数据以及各个扫描相机的数据积分，按照扫描相机的相对位置拼接整合，即得到第一亮度下的第一图像；将扫描相机的一半像素行采集到的第二亮度下的数据以及各个扫描相机的数据积分，按照扫描相机的相对位置拼接整合。由于第一亮度小于第二亮度，因此第一图像相对于第二图像是较暗的，第一图像中的高反射率区域的过曝现象就较少或不存在过曝现象；第二图像是较亮的，第二图像中的低反射率区域的过暗现象就较少或不存在过暗现象。
80.处理器可获取第一图像中的高反射率区域，分析高反射率区域的缺陷特征，获取
第二图像中的低反射率区域，分析低反射率区域的缺陷特征。这样就使的被检测物的高反射率区域的缺陷不会因为过曝而被遗漏，低反射率区域的缺陷不会因为过暗而被遗漏，提高检测的准确性。
81.在工业检测的工序中，对于特定的被检测物，可根据经验划定高反射率区域和低反射率区域。例如在面板aoi领域，同一规格的面板的高反射率区域和低反射率区域是一致的，可预先设定该规格面板的高反射率区域和低反射率区域，并在面板上进行标记。标记方式既可以采用印刷或涂覆标记点，也可以直接使用面板上的区域轮廓作为标记线。在第一图像和/或第二图像中，只需要应用边缘检测等图像识别算法，即可识别得到第一图像中的高分辨率区域和第二图像中的低分辨率区域。
82.在一个实施例中，光源组件30中的光源控制器的切换第一亮度光源和第二亮度光源的切换信号的占空比也可以设置为其他比例。此时，运动机构根据tdi线阵相机的行扫描时隙和光源控制器的占空比调整速度移动被检测物。
83.例如，为了提高低反射率区域的亮度，降低高反射率区域的亮度，可设置切换周期t2＝2t1，将占空比设置为1/3，这样第一亮度光源的照射时间只有第二亮度光源的照射时间的一半。
84.在第一种方式中，可非匀速地设置待检测物的目标速度，参考图6所示，可在t1时长移动a区域的宽度大小，然后再停留2个t1时长，这样在第一亮度光源和第二亮度光源的一个切换周期t2内，a区域分别在第一亮度下和第二亮度下进行了曝光(三次)，tdi相机的第1像素行在t2时长中采集了三次数据，一次为第一亮度下的a区域的数据，二次为第二亮度下的a区域的数据。相比于单亮度光源检测时被检测物的相对移动速度，目标速度降低为1/3。
85.在第二种方式中，检测物的运动也可以是匀速的，以单亮度光源检测时被检测物的相对移动速度作为目标速度。在一个实施例中，如图7所示，在t1时长移动a区域的宽度大小，在第二个t1时长再次移动b区域的宽度大小，在第三个t1时长再次移动c区域的宽度大小(a、b、c区域宽度相同)。这样在第一亮度光源和第二亮度光源的一个频闪周期内，a区域分别在第一亮度下和第二亮度下进行了曝光(三次)：
86.tdi相机的第1像素行在t1时长时，采集了a区域在第一亮度下的数据，在第二个t1时长时，采集了b区域在第二亮度下的数据，在第三个t1时长时，采集了c区域在第二亮度下的数据。
87.tdi相机的第2像素行在第二个t1时长时，采集了a区域在第二亮度下的数据，在第三个t1时长时，采集了b区域在第二亮度下的数据。
88.tdi相机的第3像素行在第三个t1时长时，采集了a区域在第二亮度下的数据。
89.以此类推，tdi相机的像素行以第一光源和第二光源的频闪周期的占空比交替采集第一亮度和第二亮度下的数据，将会有1/3像素行采集到第一亮度下的数据，2/3像素行采集到第二亮度下的数据。
90.比较两种设定目标速度的方式，第一种方式中，tdi相机的所有像素行都分别在第一亮度和第二亮度下对被检测物进行了成像采集，曝光时间充分，tdi相机的积分级数在第一亮度和第二亮度下都能够利用到。但是此种方式的被检测物移动速度较慢；在第二种方式中，tdi相机只有一部分像素行在第一亮度对被检测物进行了成像采集，而另一部分像素
行只采集了被检测物在第二亮度下的成像数据。曝光时间短，tdi相机的积分级数相当于部分用于第一亮度，部分用于第二亮度，这样就可能会产生曝光时间较短，而图像较暗不清楚的情况。
91.当然，在实际应用中，可根据自身地需求设定相应的参数。例如，若对检测速度有要求，则可提高光源组件30整体的亮度，即第一亮度和第二亮度都提高。若高反射率区域和低反射率区域的灰度值差距过于明显，则可调整光源控制器的占空比，或者第一亮度和第二亮度的绝对值。若第一亮度和第二亮度的绝对值在实际应用中固定，则可通过调整占空比，以及根据占空比和tdi相机的行扫描时隙调整被检测物的目标速度，将其放慢，来达到较高的亮度。
92.在本实施例中，为解决此问题，处理器还可预先获取高反射率区域和低反射率区域的灰度值，根据所述灰度值设定所述光源控制器的占空比。
93.例如，可设置预处理相机，预先对被检测物拍照传输给处理器，处理器获取高反射率区域和低反射率区域的灰度值，如果低反射率区域的灰度值较低，则意味着被低反射率区域反射的光的亮度较暗，对于第二亮度可能需要相对较多的曝光时间，对于第一亮度可能需要相对较少的曝光时间，那么则可调低第一亮度和第二亮度切换频率的占空比。
94.在本实施例中，为了进一步提高检测准确度，如图1所示，光学检测装置还包括一个或一个以上的复检相机支架以及设置在复检相机支架上的复检相机50，复检相机支架用于在承载平面上移动复检相机。
95.如图1中，除了扫描相机的龙门架，还设置有第一复检相机支架53和第二复检相机支架54的龙门架，横跨在承载台10上方，复检相机50有两个，第一复检相机51设置在第一复检相机支架53上，第二复检相机52设置在第二复检相机支架54上。第一复检相机51可在第一复检相机支架53沿y方向(垂直于被检测物相对运动的x方向)移动，第二复检相机53可在第二复检相机支架54沿y方向移动。
96.在本实施例中，处理器还用于控制复检相机支架移动复检相机至识别到的第一图像中的高反射率区域或第二图像中的低反射率区域的缺陷特征位置进行复检扫描。
97.也就是说，在扫描相机对被检测物扫描一遍，生成了第一图像和第二图像，处理器对所述第一图像中的高反射率区域和所述第二图像中的低反射率区域进行缺陷的特征检测之后还可控制复检相机支架移动复检相机至识别到的第一图像中的高反射率区域或第二图像中的低反射率区域的缺陷位置进行复检扫描。处理器可根据第一图像和第二图像标记缺陷位置，然后控制运动机构在x轴方向相对移动被检测物，控制复检相机支架在y方向相对移动复检相机，然后对缺陷位置再次成像再次进行缺陷特征分析，从而防止误检，进一步提高检测准确度。
98.相较于现有技术，本技术的光学检测装置及方法具有以下有益效果。
99.本技术的光学检测装置在采集被检测物的图像时，采用了不同的亮度光照下的成像的第一图像和第二图像，并在较暗的第一图像中识别高反射率区域的缺陷特征，在较亮的第二图像中识别低反射率区域的缺陷特征，就能保证高反射率区域的缺陷不会因为过曝而误检和漏检，也保证低反射率区域的缺陷不会因为太暗而误检和漏检，从而整体上降低了误检率和漏检率，提高检测的准确性。
100.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他
实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
101.以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。