CN111198190A - 光学检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学检测系统，包括一检测平台、一影像捕获设备、一光学透镜以及一图像处理器。检测平台上具有一拍摄面用以放置一待测物。影像捕获设备设置在检测平台的一侧。影像捕获设备包括一感光芯片，感光芯片具有一成像面。光学透镜设置在影像捕获设备与检测平台之间。光学透镜具有一透镜面。拍摄面、成像面以及透镜面的延伸相交会在同一个直线位置上。图像处理器连接至影像捕获设备，由影像捕获设备获得待测物的影像进行自动光学检测。
Description
技术领域
本发明有关于一种光学检测系统，特别是指一种能够提升取像的景深范围的光学检测系统。
背景技术
自动光学检查(Automated Optical Inspection，AOI)为常见应用在各种高科技产业的研发、工艺，具有高速度、高精度等优点，主要透过机器视觉作为检测标准的技术，利用光学仪器进行非接触式的检查，以取得成品或半成品的影像，再利用图像处理辨识出影像中的异物或其他瑕疵。自动光学检查能够改善以往通过人员使用光学仪器进行检测导致耗时费力或人员误判等缺失，有效提升检测效率以及检测精准度。
使用摄相机对被摄物进行对焦，以取得被摄物的清晰影像，而摄相机对焦点前后相对清晰的成像范围称为景深(Depth of Field,DOF)，在景深内的影像会相对于景深前或后的影像比较清楚。然而，一般摄相机的镜头平面与成像平面相互平行，在进行光学检查时，难以同时取得近处与远处的景物都对焦的清晰影像。
有鉴于此，由于现有的摄相机应用在光学检查时，受限于摄相机本身的规格以及其结构，无法取得被摄物大范围的清晰影像，因此，本案发明人认为有必要构思一种能够有效简化检测时程以及提升检测效率的光学检测技术。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种能够有效简化检测时程以及提升检测效率的光学检测系统。
为达到上述目的，本发明提供一种光学检测系统，包括一检测平台、一影像捕获设备、一光学透镜以及一图像处理器。检测平台上具有一拍摄面用以放置一待测物。影像捕获设备设置在检测平台的一侧。影像捕获设备包括一感光芯片，感光芯片具有一成像面。光学透镜设置在影像捕获设备及检测平台之间。光学透镜具有一透镜面。拍摄面、成像面以及透镜面的延伸相交会在同一个直线位置上。图像处理器连接至影像捕获设备，由影像捕获设备获得待测物的影像进行自动光学检测。
可选地，影像捕获设备的成像面与光学透镜的透镜面之间具有一第一倾角。光学透镜的透镜面与检测平台的拍摄面之间具有一第二倾角。第一倾角与第二倾角呈一线性关系或一比例关系。
可选地，第二倾角介于10度至70度之间。
可选地，第一倾角与第二倾角的总和小于或等于90度。
可选地，影像捕获设备的成像面与光学透镜的透镜面之间具有一第一取像距离。
可选地，光学透镜的透镜面与检测平台的拍摄面之间具有一第二取像距离。
可选地，还包括一承载影像捕获设备与光学透镜的移载装置。移载装置包括一控制器，控制器控制并驱动移载装置分别调整影像捕获设备与光学透镜相对于检测平台的设置角度以及设置位置。
可选地，光学透镜的视角介于60度至120度之间。
可选地，还包括设置在检测平台一侧的照明装置。
可选地，照明装置为设置在拍摄面侧边的侧向光源和/或设置在待测物背侧的背面光源。
本发明比起现有技术具有以下优势：
本发明的光学检测系统调整影像捕获设备的成像面、光学透镜的透镜面相对于检测平台的拍摄面的设置，以提升景深的范围，以对待测物进行大范围取像，简化检测时程以及提升检测效率。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明光学检测系统的结构示意图。
图2为本发明光学检测系统的侧面示意图。
图3为本发明光学检测系统的方块示意图。
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下。再者，本发明中的附图，为说明方便，其比例未必照实际比例绘制，所述图式及其比例并非用以限制本发明的范围，在此先行说明。
请参阅图1至图3，为本发明光学检测系统的结构、侧面以及方块示意图，如图所示：
本发明提供一种光学检测系统100，包括一检测平台10、一影像捕获设备20、一光学透镜30以及一图像处理器40，得以对检测平台10上一待测物P取得大范围且清晰的影像，有助于简化检测时程以及提升检测效率。
检测平台10上具有一拍摄面11，用以放置待测物P在拍摄面11上预备进行拍摄。待测物P可以通过人工放置、输送带运送、或机械臂抓取等方式放置在拍摄面11上，本发明对此不予以限制。
影像捕获设备20设置在检测平台10的一侧。影像捕获设备20包括一感光芯片21，感光芯片21具有一成像面22，对拍摄面11上的待测物P进行取像。
光学透镜30设置在影像捕获设备20及检测平台10之间。光学透镜30具有一透镜面31。在一较佳实施例中，光学透镜30的视角A介于60度至120度之间。拍摄面11、成像面22以及透镜面31的延伸大致相交会在同一个直线位置I上。所述的大致相交会可以为例如：在一坐标平面上先取得其中二个面(例如拍摄面、透镜面)的交会点，再取得第三个面(例如成像面)在坐标平面上的坐标点，在交会点与坐标点之间的距离满足一可容许范围时，表示上述三个面大致相交会于同一直线位置I。可容许范围依据光学检测系统100的取像精确度而定，本发明对此不予以限制。如图2所示，是以侧视形式表示上述三个面交会于同一直线位置I上，由于在Z轴方向上参数可以不用探讨，因此仅须由XY平面讨论三线共点的情况。在一XY坐标平面上分别定义上述三个面的延伸线，其中，将拍摄面11的延伸线定义为L1＝a1x+b1y+c1、将成像面22的延伸线定义为L2＝a2x+b2y+c2、以及将透镜面31的延伸线定义为L3＝a3x+b3y+c3。在L1、L2、L3为三条完全不平行且彼此相异的直线，并且满足以下方程式的条件时，表示拍摄面11、成像面22以及透镜面31的延伸交会在同一直线位置I上，即可提升景深的范围以对待测物P进行大范围的取像。
影像捕获设备20的成像面22与光学透镜30的透镜面31之间具有一第一倾角θ1。光学透镜30的透镜面31与检测平台10的拍摄面11之间具有一第二倾角θ2。第一倾角与第二倾角呈一线性关系或一比例关系。当第二倾角θ2为小角度(例如10度)时，第一倾角θ1也为小角度(例如介于2～3度之间)，反之，当第二倾角θ2为大角度(例如70度)时，第一倾角θ1也为大角度(例如介于15～20度之间)，借以增加影像捕获设备20取像的景深范围。其中，第二倾角θ2介于10度至70度之间，并且第一倾角θ1与第二倾角θ2的总和小于或等于90度，以避免上述两倾角的角度总和过大，导致影像严重失真或影像亮暗差异过大的问题。
影像捕获设备20的成像面22与光学透镜30的透镜面31之间具有一第一取像距离S1。第一取像距离S1为影像捕获设备20中轴处至光学透镜30中轴处的距离。光学透镜30的透镜面31与检测平台10的拍摄面11之间具有一第二取像距离S2。第二取像距离S2为光学透镜30中轴处至检测平台10的距离。通过上述倾角以及取像距离决定影像捕获设备20取像的景深范围，并使拍摄面11、成像面22以及透镜面31的延伸交会或大致相交会在同一直线位置I上，以对待测物P取得大范围且清晰的影像。
图像处理器40连接至影像捕获设备20，由影像捕获设备20获得待测物P的影像进行自动光学检测。在一实施例中，图像处理器40依据所取得的待测物P的影像，将影像通过例如二值化处理、锐化处理、加强对比度处理、去背处理、影像分割处理或其他类似上述的图像处理程序。通过上述图像处理后的影像辨识待测物P的表面或内层的异物、凹凸或其他瑕疵的位置。在另一实施例中，图像处理器40依据所取得的待测物P的影像通过图像处理程序后与一预存的默认影像进行比对，以辨识待测物P的瑕疵及其位置。上述例示仅为本发明图像处理的二种较佳实施例说明，本发明的具体实施例并不局限于上述实施例。
光学检测系统100还包括一承载影像捕获设备20与光学透镜30的移载装置50。移载装置50包括一控制器51，控制并驱动移载装置50，使移载装置50得以分别调整影像捕获设备20与光学透镜30相对于检测平台10的设置角度以及设置位置，以对待测物P进行对焦以及取像。移载装置50可以为机械臂、活动载台或其他任何可以承载并调整影像捕获设备20与光学透镜30之设置的设备或装置，本发明对此不予以限制。
光学检测系统100还包括设置在检测平台10一侧的照明装置60。照明装置60可以为设置在拍摄面11侧边的侧向光源61和/或设置在待测物P背侧的背面光源62，提供均匀的照明以利影像捕获设备20取得待测物P清晰的影像。
本发明的光学检测系统100在进行检测前，首先，将光学透镜30设置定位，以固定光学透镜30的透镜面31与检测平台10的拍摄面11之间的角度(第二倾角θ2)以及距离(第二取像距离S2)；接续，检测平台10的拍摄面11上设置要检测的待测物P，基于所要取像的待测物P的面积大小，决定影像捕获设备20所要取像的景深范围，上述景深范围由影像捕获设备20的成像面22与光学透镜30的透镜面31之间的角度(第一倾角θ1)以及距离(第一取像距离S1)决定，以令成像在景深范围中的待测物P为清晰不失真的影像，以利对待测物影像进行检测。
综上所述，本发明的光学检测系统通过调整影像捕获设备、光学透镜相对于检测平台的设置关系，使成像面、透镜面和拍摄面大致相交会在一直线，并且三个面之间的倾角关系呈线性或比例关系，借以提升取像的景深范围，有助提升整体光学检测的效率。
以上已将本发明做一详细说明，惟以上所述者，仅为本发明的一较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖范围内。
Claims (10)
1.一种光学检测系统，其特征在于，包括：
一检测平台，该检测平台上具有一拍摄面用以放置一待测物；
一影像捕获设备，设置在该检测平台的一侧，该影像捕获设备包括一感光芯片，该感光芯片具有一成像面；
一光学透镜，设置在该影像捕获设备及该检测平台之间，该光学透镜具有一透镜面，其中，该拍摄面、该成像面以及该透镜面的延伸相交会在同一个直线位置上；以及
一图像处理器，连接至该影像捕获设备，由该影像捕获设备获得该待测物的影像进行自动光学检测。
2.如权利要求1所述的光学检测系统，其特征在于，该影像捕获设备的该成像面与该光学透镜的该透镜面之间具有一第一倾角，该光学透镜的该透镜面与该检测平台的该拍摄面之间具有一第二倾角，该第一倾角与该第二倾角呈一线性关系或一比例关系。
3.如权利要求2所述的光学检测系统，其特征在于，该第二倾角介于10度至70度之间。
4.如权利要求2所述的光学检测系统，其特征在于，该第一倾角与该第二倾角的总和小于或等于90度。
5.如权利要求1所述的光学检测系统，其特征在于，该影像捕获设备的成像面与该光学透镜的透镜面之间具有一第一取像距离。
6.如权利要求1所述的光学检测系统，其特征在于，该光学透镜的该透镜面与该检测平台的该拍摄面之间具有一第二取像距离。
7.如权利要求1所述的光学检测系统，其特征在于，还包括一承载该影像捕获设备与该光学透镜的移载装置，该移载装置包括一控制器，该控制器控制并驱动该移载装置分别调整该影像捕获设备与该光学透镜相对于该检测平台的设置角度以及设置位置。
8.如权利要求1所述的光学检测系统，其特征在于，该光学透镜的视角介于60度至120度之间。
9.如权利要求1所述的光学检测系统，其特征在于，还包括设置在该检测平台一侧的照明装置。
10.如权利要求9所述的光学检测系统，其特征在于，该照明装置为设置在该拍摄面侧边的侧向光源和/或设置在该待测物背侧的背面光源。
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