視覺(jué)測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了視覺(jué)測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)裝置。包括視覺(jué)采集硬件、圖像處理單元及機(jī)柜，所述機(jī)柜承載所述視覺(jué)采集硬件和圖像處理單元置于其頂部，所述視覺(jué)采集硬件包括雙遠(yuǎn)心鏡頭組件、平行光源組件及工業(yè)相機(jī)，所述雙遠(yuǎn)心鏡頭組件和平行光源組件分別設(shè)于所述待測(cè)工件兩側(cè)，且三者安裝在同一光軸，所述工業(yè)相機(jī)設(shè)于所述雙遠(yuǎn)心鏡頭組件遠(yuǎn)離所述平行光源組件的一端；所述圖像處理單元包括圖像處理模塊及控制模塊，所述控制模塊與所述工業(yè)相機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)連接。本發(fā)明采用雙遠(yuǎn)心鏡頭光學(xué)系統(tǒng)，采用物方遠(yuǎn)心和像方遠(yuǎn)心結(jié)合的光學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)整個(gè)鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)，物方遠(yuǎn)心的像面和像方遠(yuǎn)心的物面重合在整個(gè)系統(tǒng)的光闌處，控制光闌的通光孔徑滿(mǎn)足整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的遠(yuǎn)心度要求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
視覺(jué)測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及非標(biāo)自動(dòng)化測(cè)量項(xiàng)目，具體涉及一種視覺(jué)測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)裝置。
【【背景技術(shù)】】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)的工件每次裝夾偏差引起的精度偏差的問(wèn)題。雖然有固定工裝確定工件的裝夾位置，但由于每次都會(huì)有不確定的毫米級(jí)偏差，這種偏差對(duì)精度在繆級(jí)的測(cè)量需求來(lái)說(shuō)就有非常大的影響。
[0003]工件由于本身的輪廓或是特征點(diǎn)無(wú)法集中在同一平面上，但需要一次性將所有的輪廓曲線(xiàn)或特征點(diǎn)高精度的提取出來(lái)，由于一般的光學(xué)系統(tǒng)都存在一定的景深，采集圖像的時(shí)候聚焦平面往往需要確定在縱深很短的某一個(gè)平面上，這樣的工件在空間范圍內(nèi)測(cè)量時(shí)就無(wú)法達(dá)到測(cè)試的精度要求，往往需要多個(gè)工位分范圍的拆分測(cè)量任務(wù)，這樣就增大了硬件成本，由于各個(gè)工位之間需要協(xié)同工作，這樣對(duì)軟件控制和硬件安裝精度也有很高的要求，所以成功的概率非常低。
[0004]—般的工件非接觸式測(cè)量對(duì)外界照明環(huán)境要求很高。一般的光學(xué)鏡頭因?yàn)檫吘壢肷涔饩€(xiàn)和主光軸有較大偏角的原因，拍攝工件時(shí)需要保證鏡頭和工件的垂直度。如果垂直度無(wú)法保證，鏡頭和工件沿光軸夾角的角度區(qū)域就會(huì)有不同程度的陰影產(chǎn)生。如果用戶(hù)使用的是黑白相機(jī)做尺寸測(cè)量，那么取灰度圖的過(guò)程中就很難找到工件的邊緣輪廓，這樣測(cè)量精度就無(wú)法保證。
[0005]因此，有必要提供一種視覺(jué)測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)裝置。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種視覺(jué)測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)裝置，包括視覺(jué)采集硬件、圖像處理單元及機(jī)柜，所述機(jī)柜承載所述視覺(jué)采集硬件和圖像處理單元置于其頂部，所述視覺(jué)采集硬件包括雙遠(yuǎn)心鏡頭組件、平行光源組件及工業(yè)相機(jī)，所述雙遠(yuǎn)心鏡頭組件和平行光源組件分別設(shè)于所述待測(cè)工件兩側(cè)，且三者安裝在同一光軸，所述工業(yè)相機(jī)設(shè)于所述雙遠(yuǎn)心鏡頭組件遠(yuǎn)離所述平行光源組件的一端；所述圖像處理單元包括圖像處理模塊及控制模塊，所述控制模塊與所述工業(yè)相機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)連接。
[0007]優(yōu)選的，所述雙遠(yuǎn)心鏡頭組件包括依次連接的前組鏡頭、中組光瀾及后組鏡頭，所述前組鏡頭包括依次疊設(shè)于第一前鏡筒和第二前鏡筒的第一前組壓圈、第一前組鏡片、第二前組壓圈、第二前組鏡片、第三前組壓圈、第三前組鏡片、；所述中組光瀾包括中組鏡筒和光瀾;所述后組鏡頭包括后鏡筒及依次疊設(shè)于所述后鏡筒的后組膠合鏡片、后組隔圈、后組鏡片、后組壓圈。
[0008]優(yōu)選的，所述第一前組鏡片中心厚度34.6-34.7mm;所述第二前組鏡片的中心厚度28.8-29.8mm;所述第三前組鏡片的中心厚度16.94-17.06mm;后組膠合鏡片的中心厚度
9.20-9.30mm ；所述后組鏡片的中心厚度4.20-4.24mm。
[0009]優(yōu)選的，所述第一前組鏡片為H-K9L光學(xué)玻璃;所述第二前組鏡片為H-K9L光學(xué)玻璃;所述第三前組鏡片為H-F13光學(xué)玻璃；后組膠合鏡片為H-ZK3或H-ZFl光學(xué)玻璃;所述后組鏡片為H-BAK8光學(xué)玻璃。
[0010]優(yōu)選的，所述平行光源組件包括具LED的背光發(fā)光模組和具導(dǎo)光層的漫反射透光板，所述LED外包覆透光層，所述LED與所述導(dǎo)光層間隔相對(duì)。
[0011]優(yōu)選的，所述工業(yè)相機(jī)為CXD相機(jī)。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:
[0013]1、采用雙遠(yuǎn)心鏡頭光學(xué)系統(tǒng)，采用物方遠(yuǎn)心和像方遠(yuǎn)心結(jié)合的光學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)整個(gè)鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)，物方遠(yuǎn)心的像面和像方遠(yuǎn)心的物面重合在整個(gè)系統(tǒng)的光闌處，控制光闌的通光孔徑滿(mǎn)足整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的遠(yuǎn)心度要求。
[0014]2、大景深近乎零畸變;物方遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)可以保證鏡頭在固定物距的情況下有較大的景深，鏡頭只有物方平行于主光軸的光線(xiàn)經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的折射后匯聚通過(guò)光闌，所以在光學(xué)結(jié)構(gòu)上可以保證物距在160mm范圍內(nèi)的縱深都能成像且畸變小于0.08%。
[0015]3、景深范圍內(nèi)放大倍率一致；整系統(tǒng)的遠(yuǎn)心度控制在0.1 %范圍內(nèi)，放大倍率
0.046最大匹配2/3〃成像芯片。鏡頭的彌散圓直徑0.02mm，按鏡頭物距530 ± 1mm的物距加上鏡頭景深16 O m m來(lái)計(jì)算，整個(gè)鏡頭在景深范圍內(nèi)任意移動(dòng)物距，鏡頭的視場(chǎng)的變化〈
0.1%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于整個(gè)鏡頭彌散圓直徑。這也就是說(shuō)整個(gè)鏡頭在景深范圍內(nèi)隨便移動(dòng)，鏡頭視場(chǎng)和倍率的變化可以忽略。
[0016]4、采用正面平行背光照明；減小整機(jī)測(cè)量硬件的外形輪廓尺寸的同時(shí)，并保證了極佳的外置照明。在設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)的時(shí)候，主要考慮應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)中，在平衡像差的過(guò)程中重點(diǎn)權(quán)衡了畸變和遠(yuǎn)心度的參數(shù)。配合平行光源使用，是的檢測(cè)目標(biāo)輪廓銳利，使得鏡頭最后的成像質(zhì)量得到最大限度的優(yōu)化，保證了測(cè)試數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)。
【【附圖說(shuō)明】】
[0017]圖1為本發(fā)明視覺(jué)測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖2為圖1所示雙遠(yuǎn)心鏡頭組件的結(jié)構(gòu)框圖；
[0019]圖3為圖1所示平行光源組件的結(jié)構(gòu)框圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021]請(qǐng)同時(shí)參閱圖1至圖3，本發(fā)明公開(kāi)一種視覺(jué)測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)裝置I，包括視覺(jué)采集硬件11、圖像處理單元13及機(jī)柜15，所述機(jī)柜15承載所述視覺(jué)采集硬件11和圖像處理單元13置于其頂部。
[0022]所述視覺(jué)采集硬件11包括雙遠(yuǎn)心鏡頭組件111、平行光源組件113及工業(yè)相機(jī)115，所述雙遠(yuǎn)心鏡頭組件111和平行光源組件113分別設(shè)于所述待測(cè)工件兩側(cè)，且三者安裝在同一光軸，所述工業(yè)相機(jī)115設(shè)于所述雙遠(yuǎn)心鏡頭組件111遠(yuǎn)離所述平行光源組件113的一端。
[0023]所述圖像處理單元13包括圖像處理模塊131及控制模塊133，所述控制模塊133與所述工業(yè)相機(jī)115數(shù)據(jù)信號(hào)連接。
[0024]在本實(shí)施例中，所述工業(yè)相機(jī)115為CXD相機(jī)。
[0025]所述雙遠(yuǎn)心鏡頭組件111包括依次連接的前組鏡頭1111、中組光瀾1113及后組鏡頭1115，所述前組鏡頭1111包括依次疊設(shè)于第一前鏡筒11111和第二前鏡筒11113的第一前組壓圈11114、第一前組鏡片11115、第二前組壓圈11116、第二前組鏡片11117、第三前組壓圈11118、第三前組鏡片11119;所述中組光瀾1113包括中組鏡筒11131和光瀾11133;所述后組鏡頭1115包括后鏡筒11151及依次疊設(shè)于所述后鏡筒11151的后組膠合鏡片11152、后組隔圈11153、后組鏡片11154、后組壓圈11155。
[0026]采用雙遠(yuǎn)心鏡頭組件111，用物方遠(yuǎn)心和像方遠(yuǎn)心結(jié)合的光學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)整個(gè)鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)，物方遠(yuǎn)心的像面和像方遠(yuǎn)心的物面重合在所述視覺(jué)測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)裝置I的中組光瀾1113處，控制所述中組光瀾1113的通光孔徑滿(mǎn)足所述視覺(jué)測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)裝置I的遠(yuǎn)心度要求。
[0027]所述第一前組鏡片11115中心厚度34.6-34.7mm ；所述第二前組鏡片11117的中心厚度28.8-29.8mm;所述第三前組鏡片11119的中心厚度16.94-17.06mm;后組膠合鏡片11152的中心厚度9.20-9.30mm ；所述后組鏡片11154的中心厚度4.20-4.24mm。
[0028]所述第一前組鏡片11115為H-K9L光學(xué)玻璃;所述第二前組鏡片11117為H-K9L光學(xué)玻璃;所述第三前組鏡片11119為H-F13光學(xué)玻璃;后組膠合鏡片11152為H-ZK3或H-ZFl光學(xué)玻璃;所述后組鏡片11154為H-BAK8光學(xué)玻璃。
[0029]具體的，將不同折射率和阿貝系數(shù)等固有參數(shù)的所述第一前組鏡片11115、所述第二前組鏡片11117、所述第三前組鏡片11119、后組膠合鏡片11152、所述后組鏡片11154按照一定的光學(xué)曲率，經(jīng)過(guò)設(shè)定好的工藝流程冷加工出來(lái)，再將其遵照設(shè)計(jì)好的的光學(xué)間隔組合起來(lái)，通過(guò)結(jié)構(gòu)控制好單獨(dú)每組鏡片的通光孔徑使得所述視覺(jué)測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)裝置I的主光線(xiàn)能夠?qū)⑵叫杏诠廨S，物距530±10mm的光線(xiàn)收集到鏡頭靶面視場(chǎng)上。
[0030]大景深近乎零畸變;物方遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)可以保證鏡頭在固定物距的情況下有較大的景深，鏡頭只有物方平行于主光軸的光線(xiàn)經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的折射后匯聚通過(guò)光闌，所以在光學(xué)結(jié)構(gòu)上可以保證物距在160mm范圍內(nèi)的縱深都能成像且畸變小于0.08%。
[0031]景深范圍內(nèi)放大倍率一致;所述視覺(jué)測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)裝置I的遠(yuǎn)心度控制在0.1%范圍內(nèi)，放大倍率0.046最大匹配2/3〃成像芯片。鏡頭的彌散圓直徑0.02mm，按鏡頭物距530土1mm的物距加上鏡頭景深160mm來(lái)計(jì)算，整個(gè)鏡頭在景深范圍內(nèi)任意移動(dòng)物距，鏡頭的視場(chǎng)的變化〈0.1 %，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于整個(gè)鏡頭彌散圓直徑。這也就是說(shuō)整個(gè)鏡頭在景深范圍內(nèi)隨便移動(dòng)，鏡頭視場(chǎng)和倍率的變化可以忽略。
[0032]所述平行光源組件113包括具LED11311的背光發(fā)光模組1131和具導(dǎo)光層11331的漫反射透光板1133，所述LED11311外包覆透光層11313，所述LED11311與所述導(dǎo)光層11331間隔相對(duì)。
[0033]具體的，將LED11311按照一定的幾何陣列排布在背光發(fā)光模組1131上，通過(guò)計(jì)算每組LED11311發(fā)光角度，陣列計(jì)算出背光發(fā)光模組1131的光線(xiàn)發(fā)散角度，通過(guò)特有的二次配光設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出LEDl 1311外包覆透光材質(zhì)和形狀的透光層11313，最后通過(guò)漫反射透光板1133外的導(dǎo)光層11331將各種發(fā)散角度的光線(xiàn)濾成平行光射出。
[0034]采用平行光源組件113;減小整機(jī)測(cè)量硬件的外形輪廓尺寸的同時(shí)，并保證了極佳的外置照明。在設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)的時(shí)候，主要考慮應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)中，在平衡像差的過(guò)程中重點(diǎn)權(quán)衡了畸變和遠(yuǎn)心度的參數(shù)。配合平行光源使用，是的檢測(cè)目標(biāo)輪廓銳利，使得鏡頭最后的成像質(zhì)量得到最大限度的優(yōu)化，保證了測(cè)試數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)。
[0035]以上所述的僅是本發(fā)明的實(shí)施方式，在此應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出改進(jìn)，但這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種視覺(jué)測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)裝置，其特征在于，包括視覺(jué)采集硬件、圖像處理單元及機(jī)柜，所述機(jī)柜承載所述視覺(jué)采集硬件和圖像處理單元置于其頂部，所述視覺(jué)采集硬件包括雙遠(yuǎn)心鏡頭組件、平行光源組件及工業(yè)相機(jī)，所述雙遠(yuǎn)心鏡頭組件和平行光源組件分別設(shè)于所述待測(cè)工件兩側(cè)，且三者安裝在同一光軸，所述工業(yè)相機(jī)設(shè)于所述雙遠(yuǎn)心鏡頭組件遠(yuǎn)離所述平行光源組件的一端;所述圖像處理單元包括圖像處理模塊及控制模塊，所述控制模塊與所述工業(yè)相機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視覺(jué)測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)裝置，其特征在于:所述雙遠(yuǎn)心鏡頭組件包括依次連接的前組鏡頭、中組光瀾及后組鏡頭，所述前組鏡頭包括依次疊設(shè)于第一前鏡筒和第二前鏡筒的第一前組壓圈、第一前組鏡片、第二前組壓圈、第二前組鏡片、第三前組壓圈、第三前組鏡片、；所述中組光瀾包括中組鏡筒和光瀾;所述后組鏡頭包括后鏡筒及依次疊設(shè)于所述后鏡筒的后組膠合鏡片、后組隔圈、后組鏡片、后組壓圈。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的視覺(jué)測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)裝置，其特征在于:所述第一前組鏡片中心厚度34.6-34.7mm;所述第二前組鏡片的中心厚度28.8-29.8mm;所述第三前組鏡片的中心厚度16.94-17.06mm;后組膠合鏡片的中心厚度9.20-9.30mm;所述后組鏡片的中心厚度4.20-4.24mm04.根據(jù)權(quán)利要求2所述的視覺(jué)測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)裝置，其特征在于:所述第一前組鏡片為H-K9L光學(xué)玻璃;所述第二前組鏡片為H-K9L光學(xué)玻璃;所述第三前組鏡片為H-Fl 3光學(xué)玻璃；后組膠合鏡片為H-ZK3或H-ZFl光學(xué)玻璃;所述后組鏡片為H-BAK8光學(xué)玻璃。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視覺(jué)測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)裝置，其特征在于:所述平行光源組件包括具LED的背光發(fā)光模組和具導(dǎo)光層的漫反射透光板，所述LED外包覆透光層，所述LED與所述導(dǎo)光層間隔相對(duì)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視覺(jué)測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)裝置，其特征在于:所述工業(yè)相機(jī)為CCD相機(jī)。
【文檔編號(hào)】G01C11/00GK106017318SQ201610318291
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】于波, 劉佳
【申請(qǐng)人】西安遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)有限公司