【应用案例】相位偏折成像技术实现高效精准2.5D缺陷检测

 

引言

 
 

在工业自动化持续升级的背景下,基于视觉感知的智能系统已成为高端制造的核心支撑。当前产线对目标识别、精确定位、几何量测及外貌瑕疵筛查的需求激增,大幅提升了生产效率与良品率。其中,针对微米级缺陷的快速精准捕捉,更是企业极需突破的卡点。

近年来,计算光学不断迭代,为上述挑战提供了创新突破口。相位偏折技术以其独有特性,在表面质量评估环节表现突出:它能够高保真地还原细微形貌,可针对介于二维与三维之间的2.5D缺陷进行检测,从而为智慧工厂赋予新的技术动能。

 

相位偏折成像原理

 

 

成像案例

 

横向条纹四步相移

竖向条纹四步相移

提供横竖两种方向及每个方向四种相位变化的共8种正弦光斑,相机采集8种条纹原图。

线扫架设方案(推荐)

面阵架设方案(推荐)

相位偏折技术通过投射结构光条纹到被测物表面,并用相机记录经表面曲率调制后的形变条纹,从而反演出微观形貌。其核心在于:当正弦条纹遇到高低起伏时,会因光程差产生相位偏移,该偏移与表面梯度、反射特性及材料折射率直接相关。系统依次投射多幅相移条纹,捕捉对应的形变图像,即可解码出微米级的2.5D轮廓信息。

一套典型的相位偏折检测装置由投影单元、成像单元、相位解算单元及人机交互界面组成。投影单元负责输出高对比度、多步相移的正弦条纹,保证全幅面均匀覆盖;成像单元同步抓取被测件在条纹作用下的反射图,其灵敏度、动态范围与采样速度决定系统分辨率。相位解算单元对原始条纹进行滤波、解包裹与相位–高度映射,提取细微曲率特征;三维重建单元利用梯度积分算法将相位场转化为高程模型。

人机交互界面实时呈现预处理图像结果,并支持参数调节与数据导出,方便操作者直观评估表面质量。

相位偏折检测在运行过程中兼顾速度与精度。只需投射一组多步相移条纹并同步拍摄,便可瞬时捕获被测面的全部梯度数据,一次完成瑕疵筛查与微结构解析。其算法对镜面、类镜面等复杂反射材质保持高容忍度,能准确捕捉亚微米级划痕或凹陷。此外,条纹图案的光强、周期、波长均可按需配置与定制,针对不同材质、不同工况灵活切换,确保始终以最优参数实现高保真成像。

提供多种正弦光斑可选,面对不同反光度产品时可根据图像效果进行选择。

正弦4(无正弦光斑)

正弦24(正弦光斑可见)

 

相位光控光源类型

相位光控光源(推荐线阵)

高亮相位光控光源(推荐线阵)

相位光控光源(推荐面阵)

同轴相位光控光源(推荐面阵)

在相位偏折技术的具体实施中,投影模块将精心设计的正弦条纹序列投射到待测表面,高速相机同步捕获经表面梯度调制后的形变图案,图像流直接进入相位解析单元。解析后的数据生成多幅相位图与展开图,它们可实时转化为微米级高度分布,从而一次性检出微凹陷、划痕、尘埃等缺陷。投影模块的构建与同步控制是系统成败的关键:需保证条纹周期、相位精度、空间均匀性,并触发相机在微秒级窗口内完成曝光,为后续梯度–高度重建提供充分信息。条纹的周期、波长、亮度以及投射角度均支持软件级调参,可依据镜面、玻璃、曲率变化剧烈的复杂表面进行灵活适配,确保任何材质都能获得最优检测性能。

 

铝壳检测

特点:消除背景干扰。

若检测产品具有背景拉丝图案干扰,会影响对产品表面的缺陷(如划痕、脏污的检测)。该系统支持消除背景无相位变化的特征,从“形状图”中提取具有深度变化的特征,从而消除背景干扰。

如想检测纹路等更多信息,可从其他预处理效果图中进行查看。

 

蓝膜电池

检测蓝膜电池气泡、表面脏污等缺陷,在形状图1中可见气泡、光泽比图中可见脏污。

 

无图晶圆

检测抛光不良、脏污,形状图1中可见抛光不良、其他效果图可见脏污。

 

玻璃盖板

检测崩边、表面脏污,其中崩边缺陷在形状图1中可见,脏污在光泽比图中可见。

 

 
 
 

总结

 
 
 

相位偏折技术具备四大核心优势:

高效性——单次投射多步相移条纹并同步成像,即可一次性捕获全视场梯度数据,实现高速缺陷筛查与形貌解析;

精确性——基于微米级相位解析与梯度积分算法,可精准还原镜面或类镜面物体的2.5D微观轮廓,识别微米级划伤、凹坑、颗粒;

适应性——对高反射及透明材质均能保持高信噪比,有效克服传统视觉在镜面场景下的失效问题;

灵活性——条纹周期、亮度、投射角度等参数均可软件定义,快速匹配不同材质、不同工序的检测需求。

凭借上述优势,相位偏折技术已在3C玻璃、车载盖板、半导体封装等领域实现规模化落地,为2.5D缺陷检测提供了先进可靠的解决方案。

展望未来,沃德普将持续加码研发,推动相位偏折系统在速度、精度与智能化上的全面升级,携手产业伙伴共建更敏捷、更精准、更可持续的工业质检新范式,助力制造业向高端化、智能化跃迁,共创智慧未来!

 

 

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