基于智能机器视觉的光学元件表面客观质量检测
基于智能机器视觉的光学元件表面客观质量检测
一、光学元件表面质量检测的发展现状
光学元件制造的历史回顾
光学元件制造的历史可以追溯到文艺复兴时期。光学系统及其组成光学元件为当时科学探索的启蒙与迅速发展做出了重要的贡献，伴随着也就产生了对于光学元件的需求以及对于如何制造它们进行的研究与探索。在这一进程中，著名的科学发明家达芬奇扮演了非常重要的角色，他于1513-1517年间就提出可以使用机器来研磨和抛光望远镜的镜片；但是，基于这一概念的设备直到大约五百年以前才最终问世，也就标志着光学制造工业的真正诞生。
自此，大规模光学元件生产成为了可能，无数的光学元件被制造出来
光学元件表面检测的发展现状—主流检测方法：人工检测，机器辅助的人工检测
使用人工检测实现光学元件质量控制的优点为：
· 初期投入成本少
· 能够快速及简单的实现
缺点为：
· 检测结果受检测人员主观影响
· 检测结果的不一致性
· 由于结果欠缺客观性，会导致和客户之间的争议，从而间接增加操作成本
二、光学元件表面质量客观检测的可行性
数码相机发展历史上的重要节点
2002年，包含诺基亚7650和Sanvo SPC-5300在内的第一批内置摄像头的手机型号开始及。
150M（15K*10K）像素以上分辨率的相机的价格下降到合理价位。
从2002年开始，包含数码相机组建的机器视觉系统开始被应用于越来越多的应用场景中。
三、爱丁堡在研发光学元件表面检测设备方面的相关工作和取得的成果
微粒/分子光散射类型
探测媒介：光
光波波长：λ
当被探测颗粒的尺寸介于<< λ（纳米尺度）到~ λ（Rayleigh Mie散射）之间时，光散射为基本各项同性，也就是说颗粒的具体形状细节基本无关。
表面缺陷部位的光散射
1、缺陷部位的细节不可避免的会受到到其长度、宽度、深度，截面形状、切面方向等因素的影响，它们都会影响光的散射/反射方向。
2、每个缺陷在细节上都是不同的。
3、散射/反射光场不具有空间对称性。
4、综上原因，光照方向和观察方向对缺陷检测至关重要。
现有主要光学元件表面质量标准
美军标（MIL-standard, US）& 国标（ISO-standard, EU）
麻点：两者一致
划痕：
美军标：可见度/亮度比对结果(和标准板进行比对)；
具有主观性:受检测人员主观影响。为何不使用类似麻点的检测规则使用尺寸来进行分级？ 是否可以改为使用对于散射光的客观测量？
国标： 尺寸测量（以国际单位计量）
如何测量划痕
o 使用暗场成像时得到的划痕亮度
· 如果美军标能够提供划痕亮度和其等级之间的关系，那么划痕就可以得到测量
· 但是这种测量结果很容易受到环境光的影响
Source: Savvy Optics Corp
o 暗场或明场中划痕的尺寸测量
· 国标提供了关于划痕尺寸的标准
· 美军标（MIL13830B）的R、J等后续版本中也提供了划痕尺寸的标准
· 但是，划痕的微结构会对测量结果产生很大影响，所以光照设置对于检测结果至关重要。
Source: Savvy Optics Corp
爱丁堡Optinspec系列之光学测设备
爱丁堡（南京）光电设备有限公司拥有OptiNspec系列不同型号的表面疵病检测仪，其硬件结构主要包括相机、镜头、灯源、镜片托盘，X、Y、Z轴位移平台以及工控机，显示器，光栅尺等器件。这些器件之间相互配合，使表面缺陷疵病检测仪正常工作，自动地、精确地测量出被测元件各种数据
桌面机-AMF102--AMF104
540mm(L) x 440mm(w) x 498mm(H) 小于50KG
型号AMF102/型号AMF104专门针对平面类产品的表面疵病检测而专门设计的，自动批量检查放置凝胶盒内的平面光学元件。
型号AMF103是一款镜片及其他精密零件尺寸测量的设备，适用于12mm以下产品尺寸检测，可测量长度、角度、半径、面积、真圆度等相关几何尺寸。
检查软件
样品测试结果显示
Optinspec系列检测报告---检测结果可追溯至
• MIL-PRF-13830B (Revision-H)• ANSI/OEOSC OP1.002:2017• ISO 10110-7:2017
总结：
人工检测
1、主观判断，非客观结果，不一致，有争议；2、需要训练有素，经验丰富的检验员；3、劳动力成本上升；4、手动操作，效率低。
Optinspec
1、都会根据所需的文件格式生成可打印的报告，以便分析错误，进而保证和提高产品质量；2、长期使用，一次性投资；3、软件界面操作简单，便于员工学习与操作；
4、效率高，人力可用于其他工作。