視覺測量光學系統(tǒng)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了視覺測量光學系統(tǒng)裝置。包括視覺采集硬件、圖像處理單元及機柜，所述機柜承載所述視覺采集硬件和圖像處理單元置于其頂部，所述視覺采集硬件包括雙遠心鏡頭組件、平行光源組件及工業(yè)相機，所述雙遠心鏡頭組件和平行光源組件分別設于所述待測工件兩側，且三者安裝在同一光軸，所述工業(yè)相機設于所述雙遠心鏡頭組件遠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)相機數(shù)據(jù)信號連接。本發(fā)明采用雙遠心鏡頭光學系統(tǒng)，采用物方遠心和像方遠心結合的光學結構來設計整個鏡頭的光學系統(tǒng)，物方遠心的像面和像方遠心的物面重合在整個系統(tǒng)的光闌處，控制光闌的通光孔徑滿足整個光學系統(tǒng)的遠心度要求。
【專利說明】
視覺測量光學系統(tǒng)裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及非標自動化測量項目，具體涉及一種視覺測量光學系統(tǒng)裝置。
【【背景技術】】
[0002]現(xiàn)有技術的工件每次裝夾偏差引起的精度偏差的問題。雖然有固定工裝確定工件的裝夾位置，但由于每次都會有不確定的毫米級偏差，這種偏差對精度在繆級的測量需求來說就有非常大的影響。
[0003]工件由于本身的輪廓或是特征點無法集中在同一平面上，但需要一次性將所有的輪廓曲線或特征點高精度的提取出來，由于一般的光學系統(tǒng)都存在一定的景深，采集圖像的時候聚焦平面往往需要確定在縱深很短的某一個平面上，這樣的工件在空間范圍內測量時就無法達到測試的精度要求，往往需要多個工位分范圍的拆分測量任務，這樣就增大了硬件成本，由于各個工位之間需要協(xié)同工作，這樣對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量對外界照明環(huán)境要求很高。一般的光學鏡頭因為邊緣入射光線和主光軸有較大偏角的原因，拍攝工件時需要保證鏡頭和工件的垂直度。如果垂直度無法保證，鏡頭和工件沿光軸夾角的角度區(qū)域就會有不同程度的陰影產生。如果用戶使用的是黑白相機做尺寸測量，那么取灰度圖的過程中就很難找到工件的邊緣輪廓，這樣測量精度就無法保證。
[0005]因此，有必要提供一種視覺測量光學系統(tǒng)裝置。
【
【發(fā)明內容】
】
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種視覺測量光學系統(tǒng)裝置，包括視覺采集硬件、圖像處理單元及機柜，所述機柜承載所述視覺采集硬件和圖像處理單元置于其頂部，所述視覺采集硬件包括雙遠心鏡頭組件、平行光源組件及工業(yè)相機，所述雙遠心鏡頭組件和平行光源組件分別設于所述待測工件兩側，且三者安裝在同一光軸，所述工業(yè)相機設于所述雙遠心鏡頭組件遠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)相機數(shù)據(jù)信號連接。
[0007]優(yōu)選的，所述雙遠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光學玻璃;所述第二前組鏡片為H-K9L光學玻璃;所述第三前組鏡片為H-F13光學玻璃；后組膠合鏡片為H-ZK3或H-ZFl光學玻璃;所述后組鏡片為H-BAK8光學玻璃。
[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與所述導光層間隔相對。
[0011]優(yōu)選的，所述工業(yè)相機為CXD相機。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:
[0013]1、采用雙遠心鏡頭光學系統(tǒng)，采用物方遠心和像方遠心結合的光學結構來設計整個鏡頭的光學系統(tǒng)，物方遠心的像面和像方遠心的物面重合在整個系統(tǒng)的光闌處，控制光闌的通光孔徑滿足整個光學系統(tǒng)的遠心度要求。
[0014]2、大景深近乎零畸變;物方遠心結構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經過光學系統(tǒng)的折射后匯聚通過光闌，所以在光學結構上可以保證物距在160mm范圍內的縱深都能成像且畸變小于0.08%。
[0015]3、景深范圍內放大倍率一致；整系統(tǒng)的遠心度控制在0.1 %范圍內，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來計算，整個鏡頭在景深范圍內任意移動物距，鏡頭的視場的變化〈
0.1%，遠遠小于整個鏡頭彌散圓直徑。這也就是說整個鏡頭在景深范圍內隨便移動，鏡頭視場和倍率的變化可以忽略。
[0016]4、采用正面平行背光照明；減小整機測量硬件的外形輪廓尺寸的同時，并保證了極佳的外置照明。在設計光學系統(tǒng)的時候，主要考慮應用于工業(yè)檢測中，在平衡像差的過程中重點權衡了畸變和遠心度的參數(shù)。配合平行光源使用，是的檢測目標輪廓銳利，使得鏡頭最后的成像質量得到最大限度的優(yōu)化，保證了測試數(shù)據(jù)的精準。
【【附圖說明】】
[0017]圖1為本發(fā)明視覺測量光學系統(tǒng)裝置的結構框圖；
[0018]圖2為圖1所示雙遠心鏡頭組件的結構框圖；
[0019]圖3為圖1所示平行光源組件的結構框圖。
【【具體實施方式】】
[0020]下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步說明。
[0021]請同時參閱圖1至圖3，本發(fā)明公開一種視覺測量光學系統(tǒng)裝置I，包括視覺采集硬件11、圖像處理單元13及機柜15，所述機柜15承載所述視覺采集硬件11和圖像處理單元13置于其頂部。
[0022]所述視覺采集硬件11包括雙遠心鏡頭組件111、平行光源組件113及工業(yè)相機115，所述雙遠心鏡頭組件111和平行光源組件113分別設于所述待測工件兩側，且三者安裝在同一光軸，所述工業(yè)相機115設于所述雙遠心鏡頭組件111遠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115數(shù)據(jù)信號連接。
[0024]在本實施例中，所述工業(yè)相機115為CXD相機。
[0025]所述雙遠心鏡頭組件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]采用雙遠心鏡頭組件111，用物方遠心和像方遠心結合的光學結構來設計整個鏡頭的光學系統(tǒng)，物方遠心的像面和像方遠心的物面重合在所述視覺測量光學系統(tǒng)裝置I的中組光瀾1113處，控制所述中組光瀾1113的通光孔徑滿足所述視覺測量光學系統(tǒng)裝置I的遠心度要求。
[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光學玻璃;所述第二前組鏡片11117為H-K9L光學玻璃;所述第三前組鏡片11119為H-F13光學玻璃;后組膠合鏡片11152為H-ZK3或H-ZFl光學玻璃;所述后組鏡片11154為H-BAK8光學玻璃。
[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按照一定的光學曲率，經過設定好的工藝流程冷加工出來，再將其遵照設計好的的光學間隔組合起來，通過結構控制好單獨每組鏡片的通光孔徑使得所述視覺測量光學系統(tǒng)裝置I的主光線能夠將平行于光軸，物距530±10mm的光線收集到鏡頭靶面視場上。
[0030]大景深近乎零畸變;物方遠心結構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經過光學系統(tǒng)的折射后匯聚通過光闌，所以在光學結構上可以保證物距在160mm范圍內的縱深都能成像且畸變小于0.08%。
[0031]景深范圍內放大倍率一致;所述視覺測量光學系統(tǒng)裝置I的遠心度控制在0.1%范圍內，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來計算，整個鏡頭在景深范圍內任意移動物距，鏡頭的視場的變化〈0.1 %，遠遠小于整個鏡頭彌散圓直徑。這也就是說整個鏡頭在景深范圍內隨便移動，鏡頭視場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與所述導光層11331間隔相對。
[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，通過計算每組LED11311發(fā)光角度，陣列計算出背光發(fā)光模組1131的光線發(fā)散角度，通過特有的二次配光設計，設計出LEDl 1311外包覆透光材質和形狀的透光層11313，最后通過漫反射透光板1133外的導光層11331將各種發(fā)散角度的光線濾成平行光射出。
[0034]采用平行光源組件113;減小整機測量硬件的外形輪廓尺寸的同時，并保證了極佳的外置照明。在設計光學系統(tǒng)的時候，主要考慮應用于工業(yè)檢測中，在平衡像差的過程中重點權衡了畸變和遠心度的參數(shù)。配合平行光源使用，是的檢測目標輪廓銳利，使得鏡頭最后的成像質量得到最大限度的優(yōu)化，保證了測試數(shù)據(jù)的精準。
[0035]以上所述的僅是本發(fā)明的實施方式，在此應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構思的前提下，還可以做出改進，但這些均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種視覺測量光學系統(tǒng)裝置，其特征在于，包括視覺采集硬件、圖像處理單元及機柜，所述機柜承載所述視覺采集硬件和圖像處理單元置于其頂部，所述視覺采集硬件包括雙遠心鏡頭組件、平行光源組件及工業(yè)相機，所述雙遠心鏡頭組件和平行光源組件分別設于所述待測工件兩側，且三者安裝在同一光軸，所述工業(yè)相機設于所述雙遠心鏡頭組件遠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)相機數(shù)據(jù)信號連接。2.根據(jù)權利要求1所述的視覺測量光學系統(tǒng)裝置，其特征在于:所述雙遠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)權利要求2所述的視覺測量光學系統(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)權利要求2所述的視覺測量光學系統(tǒng)裝置，其特征在于:所述第一前組鏡片為H-K9L光學玻璃;所述第二前組鏡片為H-K9L光學玻璃;所述第三前組鏡片為H-Fl 3光學玻璃；后組膠合鏡片為H-ZK3或H-ZFl光學玻璃;所述后組鏡片為H-BAK8光學玻璃。5.根據(jù)權利要求1所述的視覺測量光學系統(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與所述導光層間隔相對。6.根據(jù)權利要求1所述的視覺測量光學系統(tǒng)裝置，其特征在于:所述工業(yè)相機為CCD相機。
【文檔編號】G01C11/00GK106017318SQ201610318291
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】于波, 劉佳
【申請人】西安遠心光學系統(tǒng)有限公司