光學成像系統及具有該系統的影像測量設備的制作方法
【專利摘要】一種光學成像系統及具有該系統的影像測量設備，光學成像系統設置有縱向安裝座、影像設備和激光發射器，所述影像設備的影像鏡頭和所述激光發射器的激光頭分別固定裝配于所述縱向安裝座。利用影像設備的寬視域特點，通過影像鏡頭預先尋找檢測目標，在影像鏡頭的引導下將檢測目標調整到激光頭下方進行檢測，具有調整迅速，檢測效率高的特點。此外，由于該光學成像系統設置有影像設備和激光發射器，可以在一次檢測中，通過影像設備和激光發射器同時進行檢測樣品多個參數檢測，具有檢測迅速，省時高效的特點。
【專利說明】光學成像系統及具有該系統的影像測量設備
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及測量設備【技術領域】，特別是涉及一種光學成像系統及具有該系統 的影像測量設備。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著工業技術的發展，人們對產品的生產要求越來越高，對產品的尺寸、 表面平整度等均提出了更高的要求。影像測量設備由于能夠對樣品表面進行直接檢測，因 此，在工業生產及檢測中得到了廣泛應用。
[0003] 現有技術中，影像測量設備通常設置有一架體、一工作臺以及設置于工作臺上方 的光學成像系統，通過移動工作臺將測試樣品移動至光學成像系統下方進行相應部位的檢 測。由于每次測量都需要多次移動工作臺到光學成像系統下方進行測試，對于較大的檢測 樣品，通過隨機或者根據操作者的經驗進行移動很難將需要的測試點精確地調整到測試鏡 頭下方進行檢測。特別是平面度檢測，檢測過程是通過激光頭射到檢測樣品表面上的一點 進行檢測，由于激光頭的視域范圍就是一個點，因此要將測試點調整到激光頭下方非常困 難，嚴重制約了檢測效率和檢測精度。此外，現有技術中的影像檢測設備通常只能檢測一種 參數，不能一次檢測多個參數。
[0004] 因此，針對現有技術不足，提供一種光學成像系統及具有該系統的影像測量設備 以克服現有技術不足甚為必要。
【發明內容】
[0005] 本實用新型的目的在于避免現有技術的不足之處而提供一種光學成像系統及具 有該系統的影像測量設備，能夠快速準確地尋找檢測成像目標，提高檢測效率；此外，還能 夠一次檢測至少兩種參數。
[0006] 本實用新型的上述目的通過如下技術手段實現。
[0007] 提供一種光學成像系統，設置有縱向安裝座、影像設備和激光發射器，所述影像設 備的影像鏡頭和所述激光發射器的激光頭分別固定裝配于所述縱向安裝座。
[0008] 上述影像鏡頭與所述激光頭設置為同步升降結構。
[0009] 上述激光發射器發射的激光與所述影像鏡頭的軸線平行。
[0010] 優選的，上述光學成像系統還設置有導航設備，所述導航設備的導航鏡頭裝配于 所述縱向安裝座，所述導航鏡頭的軸線與所述影像鏡頭的軸線相交，且所述導航鏡頭的軸 線與所述影像鏡頭的軸線之間的夾角為銳角。
[0011] 上述導航鏡頭的軸線與所述影像鏡頭的軸線之間的夾角范圍為20°至60°。
[0012] 優選的，上述導航鏡頭的軸線與所述影像鏡頭的軸線之間的夾角范圍為30°至 45。。
[0013] 提供一種影像測量設備，設置有底座、驅動裝置、工作臺、中央控制系統以及如權 利要求1所述的光學成像系統；
[0014] 所述光學成像系統設置有縱向安裝座、影像設備和激光發射器，所述影像設備的 影像鏡頭和所述激光發射器的激光頭分別固定裝配于所述縱向安裝座；
[0015] 所述工作臺裝配于所述底座，所述光學成像系統設置于所述工作臺上方，所述驅 動裝置驅動所述底座和所述縱向安裝座中的至少一個以調整所述光學成像系統與所述工 作臺表面的檢測樣品之間的相對位置；
[0016] 所述中央控制系統設置有影像處理單元和控制單元，所述影像處理單元與所述光 學成像系統連接，所述光學成像系統對工作臺上的工件進行測量成像，并將影像數據傳輸 至所述影像處理單元，經所述影像處理單元處理后獲得工件的檢測參數，所述控制單元與 所述驅動裝置連接。
[0017] 上述影像鏡頭與所述激光頭設置為同步升降結構。
[0018] 上述激光發射器發射的激光與所述影像鏡頭的軸線平行。
[0019] 上述影像測量設備還設置有導航設備，所述導航設備的導航鏡頭裝配于所述縱向 安裝座，所述導航鏡頭的軸線與所述影像鏡頭的軸線相交，且所述導航鏡頭的軸線與所述 影像鏡頭的軸線之間的夾角為銳角，所述導航鏡頭的軸線與所述影像鏡頭的軸線之間的夾 角范圍為20°至60°。
[0020] 本實用新型的光學成像系統及具有該系統的影像測量設備，光學成像系統設置有 縱向安裝座、影像設備和激光發射器，所述影像設備的影像鏡頭和所述激光發射器的激光 頭分別固定裝配于所述縱向安裝座。利用影像設備的寬視域特點，通過影像鏡頭預先尋找 檢測目標，在影像鏡頭的引導下將檢測目標調整到激光頭下方進行檢測，具有調整迅速，檢 測效率高的特點。此外，由于該光學成像系統設置有影像設備和激光發射器，可以在一次檢 測中，通過影像設備和激光發射器同時進行檢測樣品多個參數檢測，具有檢測迅速，省時高 效的特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 利用附圖對本實用新型作進一步的說明，但附圖中的內容不構成對本實用新型的 任何限制。
[0022] 圖1是本實用新型一種光學成像系統實施例1的結構示意圖；
[0023] 圖2是本實用新型光學成像系統的影像鏡頭及激光頭視域示意圖；
[0024] 圖3是本實用新型一種光學成像系統實施例2的結構示意圖；
[0025] 圖4是圖3的部分結構示意圖；
[0026] 圖5是圖3光學成像系統的影像鏡頭和導航鏡頭的視域示意圖；
[0027] 圖6是本實用新型一種影像測量設備的結構示意圖；
[0028] 在圖1至圖6中，包括：
[0029] 縱向安裝座100、
[0030] 影像設備200、影像鏡頭210、影像鏡頭的軸線L、影像鏡頭的視域220、
[0031] 激光發射器300、激光頭310、激光320、
[0032] 導航設備400、導航鏡頭410、導航鏡頭的軸線M、導航鏡頭的視域420、夾角A、
[0033] 檢測樣品500、
[0034] 底座600、驅動裝置700、工作臺800。
【具體實施方式】
[0035] 結合以下實施例對本實用新型作進一步描述。
[0036] 實施例1。
[0037] -種光學成像系統，如圖1所示，設置有縱向安裝座100、影像設備200和激光發射 器300,影像設備200的影像鏡頭210和激光發射器300的激光頭310分別固定裝配于縱向 安裝座100。激光發射器300發射的激光320與影像鏡頭210的軸線L平行。
[0038] 該光學成像系統，用于影像檢測設備，可對檢測樣品500表面的平面度進行檢測。 利用激光發射器300向檢測樣品500表面發射激光進行平面度檢測。由于激光的發射點非 常小，欲將檢測目標點移動到激光頭310下方非常困難。
[0039] 該光學成像系統增設了影像鏡頭210,如圖2所示，影像鏡頭210的視域220遠遠 寬闊于激光頭310的視域，故可以先通過影像鏡頭210查找到檢測目標點，再在影像鏡頭 210的引導下調整目標檢測點到激光頭310下方。故調整方便，能夠提高檢測效率和檢測精 度。
[0040] 為了便于調整光學成像系統與測試樣品之間的間距，影像鏡頭210與激光頭310 可設置為同步升降結構。這樣，影像鏡頭210與激光頭310距離測試樣品之間的間距可同步 調整。實現影像鏡頭210與激光頭310同步調整的方式很多，如如通過縱向驅動裝置，將影 像鏡頭210與激光頭310固定于縱向驅動裝置，通過縱向驅動裝置同步調節影像鏡頭210、 激光頭310距離測試樣品之間的間距。
[0041] 采用上述光學成像系統進行檢測目標尋找的方法，首先通過影像鏡頭210尋找檢 測目標，再在影像鏡頭210的引導下將待檢測目標調整至激光頭310下方進行檢測。
[0042] 上述檢測目標尋找的方法，具體包括以下步驟：
[0043] ( 1)影像坐標與激光坐標共坐標校正，
[0044] 選擇測試樣品或者標準塊上的一點作為校正測試點，通過激光發射器300發射激 光到校正測試點，記錄在激光坐標系中所得到的校正測試點對應的坐標為（J Xl、Jyi);
[0045] 將校正測試點移至影像鏡頭210下方進行測量，記錄在影像坐標系中所得到的校 正測試點對應的坐標為（YxpYyJ ;
[0046] 根據坐標（JXl、Jyi)與坐標為（YXl、Y yi)獲得影像坐標系中任意一點與激光坐標系 中任意一點之間的對應關系；
[0047] (2)利用影像鏡頭210預先尋找測試目標S，測試目標S在影像坐標系內的坐標為 (Yxs、Yys)，根據激光坐標系與影像坐標系的關系獲得測試目標S在激光坐標系中對應的 坐標為（Jxs、Jys);
[0048] (3)在激光坐標系內，將坐標為（JXs、Jys)的測試目標移動至激光頭310下進行測 試目標測量。
[0049] 綜上所述，該光學成像系統及其尋找測試目標的方法，利用影像設備200的寬視 域特點，通過影像鏡頭210預先尋找檢測目標，在影像鏡頭210的引導下將檢測目標調整到 激光頭310下方進行檢測，具有調整迅速，檢測效率高的特點。
[0050] 實施例2。
[0051] -種光學成像系統，其它結構與實施例1相同，不同之處在于：還具有如下技術特 征，如圖3至圖5所示，該光學成像系統還設置有導航設備400,導航設備400的導航鏡頭 410裝配于縱向安裝座100,導航鏡頭410的軸線Μ與影像鏡頭210的軸線L相交，且導航 鏡頭410的軸線Μ與影像鏡頭210的軸線L之間的夾角Α為銳角。
[0052] 導航鏡頭410的軸線Μ與所述影像鏡頭210的軸線L之間的夾角A范圍為20°至 60°，優選為30°至45°。
[0053] 該光學成像系統，由于設置有導航鏡頭410,且導航鏡頭410與影像鏡頭210呈夾 角A設置。該光學成像系統的導航鏡頭410和影像鏡頭210的視域220范圍示意如圖5所 示，由于導航鏡頭410呈傾斜設置，因此導航鏡頭410的視域420范圍遠遠寬闊于影像鏡頭 210的視域220,因此可以在導航鏡頭410的成像參照下，調整測試樣品的目標測試點移動 到影像鏡頭210的視域220內進行檢測。調整方便，能夠節省目標檢測點移動到影像鏡頭 210視域范圍內的時間，大大提高檢測效率。通過影像鏡頭210尋找到測試目標后，再在影 像鏡頭210的引導下，將測試目標調整到激光頭310下方，能夠節省檢測目標尋找時間，具 有調整迅速、檢測結果精確的特點。
[0054] 其中，影像鏡頭210在導航鏡頭410的導航引導下尋找測試目標S，具體包括如下 步驟：
[0055] (1)導航坐標與影像坐標共坐標校正，
[0056] 選擇標準塊上η個不同位置的點作為測試點Ρρ P2……Ρη，η為自然數，且η不小 于3 ;步驟（1)中η優選等于4,測試點Ρρ Ρ2、Ρ3和Ρ4位于矩形的四個頂點；
[0057] 將標準塊上的測試點分別移動到影像鏡頭210及導航鏡頭410的視域420范圍 內，采用影像鏡頭210和導航鏡頭410分別測量每個測試點的坐標，通過影像鏡頭210在 影像坐標系下得到與測試點Pi、Ρ 2……Ρη分別一一對應的測量坐標為（YXl、Yyi)、（Yx 2、 Yy2)……（YxruYyn)，通過導航鏡頭410在導航坐標系下得到與測試APpP2……P n分別 --對應的測量坐標為（DXl、Dyi)、（Dx2、Dy 2)……（Dx3、Dy3);
[0058] 根據測試點Ρρ P2……Pn在影像坐標系及導航坐標系下對應得到的測量坐標獲得 影像坐標系中任意一點與導航坐標系中任意一點之間的對應關系；
[0059] (2)導航鏡頭410預先尋找測試目標S，測試目標S在導航坐標系下的坐標為 (Dxs、Dy S)，根據影像坐標系及導航坐標系之間的對應關系得到測試目標S在影像鏡頭210 坐標系對應的坐標（Yxs、Yys);
[0060] (3)在鏡頭坐標系內，將坐標為（Yxs、Yys)的測試目標移動至影像鏡頭210視域 內。
[0061] 通過該光學成像系統尋找檢測目標，利用了導航鏡頭410、影像鏡頭210的寬視域 特點，可通過導航鏡頭410預先找到檢測目標，再將檢測目標調整到影像鏡頭210視域內， 再在影像鏡頭210引導下將檢測目標調整到激光頭310下方進行檢測，具有調整迅速、檢測 效率高的特點，能夠迅速得到檢測樣品500的平面度信息。
[0062] 實施例3。
[0063] 一種影像測量設備，如圖6所示，設置有底座600、驅動裝置700、工作臺800、中央 控制系統以及如實施例1所述的光學成像系統。
[0064] 工作臺800裝配于底座600,光學成像系統裝配于縱向安裝座100,光學成像系統 設置于工作臺800上方，驅動裝置700驅動底座600和縱向安裝座100中的至少一個以調 整光學成像系統與工作臺表面的檢測樣品之間的相對位置。
[0065] 通常，驅動裝置包括橫向驅動裝置和縱向驅動裝置，橫向驅動裝置設置于底座， 通過橫向驅動裝置調節底座上工作臺的位置；縱向驅動裝置設置于縱向安裝座，通過縱向 驅動裝置調節光學成像系統距離測試樣品之間的縱向間距。
[0066] 中央控制系統設置有影像處理單元和控制單元，影像處理單元與光學成像系統連 接，光學成像系統對工作臺800上的檢測樣品進行測量成像，并將影像數據傳輸至所述影 像處理單元，經影像處理單元處理后獲得工件的檢測參數，控制單元與驅動裝置連接。
[0067] 具體的，光學成像系統設置有縱向安裝座100、影像設備200和激光發射器300，影 像設備200的影像鏡頭210和激光發射器300的激光頭310分別固定裝配于縱向安裝座 100。激光發射器300發射的激光320與影像鏡頭210的軸線L平行。
[0068] 為了便于調整光學成像系統與測試樣品之間的間距，影像鏡頭210與激光頭310 可設置為同步升降結構。這樣，影像鏡頭210與激光頭310距離測試樣品之間的間距可同 步調整。實現影像鏡頭210與激光頭310同步調整的方式很多，如縱向安裝座100可設置 有縱向調節機構，將影像鏡頭210與激光頭310固定于縱向調節機構，通過縱向調節機構調 節影像鏡頭210、激光頭310距離測試樣品之間的間距。
[0069] 該影像測量設備，可以通過激光發射器發射激光檢測樣品表面的平面度信息，同 時可以通過影像設備獲得檢測樣品表面信息，如圖案情況、樣品尺寸參數等。故可以通過一 次檢測同時獲得檢測樣品至少兩種檢測參數。
[0070] 由于激光發射器與影像設備在檢測過程中，使用的是各自的坐標系，因此，需要激 光發射器及影像設備獲得的影像信息進行工坐標處理，得到同一坐標系下的檢測樣品參 數。
[0071] 采用該影像測量設備進行影像處理的方法，包括如下步驟：
[0072] (1)分別通過影像設備和激光發射器獲得檢測樣品的影像信息；
[0073] (2)將影像設備得到的影像信息與激光發射器得到的激光信息進行共坐標處理， 得到同一坐標系下的影像信息和激光信息。
[0074] 其中，步驟（2)中的共坐標處理具體是根據影像設備的影像坐標系與激光發射器 的激光坐標系之間的關系進行影像信息與激光信息共坐標處理；
[0075] 影像設備的影像坐標系與激光發射器的激光坐標系之間的關系具體通過如下步 驟得到：
[0076] a.選擇測試樣品或者標準塊上的一點作為校正測試點，通過激光發射器發射激光 到校正測試點，記錄在激光坐標系中所得到的校正測試點對應的坐標為（J Xl、jyi);
[0077] b.將校正測試點移至影像鏡頭下方進行測量，記錄在影像坐標系中所得到的校正 測試點對應的坐標為（Yx^YyJ ;
[0078] c.根據坐標（JXl、jyi)與坐標為（YXl、Y yi)獲得影像坐標系中任意一點與激光坐 標系中任意一點之間的對應關系。
[0079] 本實用新型的影像測量設備，通過一次檢測同時獲得檢測樣品的影像信息及激光 影像信息，再通過共坐標處理，能夠得到檢測樣品的表面參數、平面度信息等至少兩種信 息，具有檢測方便、省時高效的特點。
[0080] 實施例4。
[0081] 一種影像測量設備其它結構與實施例3相同，不同之處在于：還具有如下技術特 征，該光學成像系統還設置有導航設備400,導航設備400的導航鏡頭410裝配于縱向安裝 座100,導航鏡頭410的軸線Μ與影像鏡頭210的軸線L相交，且導航鏡頭410的軸線Μ與 影像鏡頭210的軸線L之間的夾角Α為銳角。
[0082] 導航鏡頭410的軸線Μ與所述影像鏡頭210的軸線L之間的夾角A范圍為20°至 60°，優選為30°至45°。
[0083] 該影像測量設備的光學成像系統，由于設置有導航鏡頭410,且導航鏡頭410與影 像鏡頭210呈夾角A設置。由于導航鏡頭410呈傾斜設置，因此導航鏡頭410的視域420范 圍遠遠寬闊于影像鏡頭210的視域220,因此可以在導航鏡頭410的成像參照下，調整測試 樣品的目標測試點移動到影像鏡頭210的視域220內進行檢測。調整方便，能夠節省目標 檢測點移動到影像鏡頭210視域范圍內的時間，大大提高檢測效率。通過影像鏡頭210尋 找到測試目標后，再在影像鏡頭210的引導下，將測試目標調整到激光頭310下方，能夠節 省檢測目標尋找時間，具有調整迅速、檢測結果精確的特點。
[0084] 其中，影像鏡頭210在導航鏡頭410的導航引導下尋找測試目標S，具體包括如下 步驟：
[0085] (1)導航坐標與影像坐標共坐標校正，
[0086] 選擇標準塊上η個不同位置的點作為測試點Ρρ P2……Ρη，η為自然數，且η不小 于3 ;步驟（1)中η優選等于4,測試點Ρρ Ρ2、Ρ3和Ρ4位于矩形的四個頂點；
[0087] 將標準塊上的測試點分別移動到影像鏡頭210及導航鏡頭410的視域420范圍 內，采用影像鏡頭210和導航鏡頭410分別測量每個測試點的坐標，通過影像鏡頭210在 影像坐標系下得到與測試點Pi、Ρ 2……Ρη分別一一對應的測量坐標為（YXl、Yyi)、（Yx 2、 Yy2)……（YxruYyn)，通過導航鏡頭410在導航坐標系下得到與測試APpP2……P n分別 --對應的測量坐標為（DXl、Dyi)、（Dx2、Dy 2)……（Dx3、Dy3);
[0088] 根據測試點Pp P2……Pn在影像坐標系及導航坐標系下對應得到的測量坐標獲得 影像坐標系中任意一點與導航坐標系中任意一點之間的對應關系；
[0089] (2)導航鏡頭410預先尋找測試目標S，測試目標S在導航坐標系下的坐標為 (Dxs、Dy S)，根據影像坐標系及導航坐標系之間的對應關系得到測試目標S在影像鏡頭210 坐標系對應的坐標（Yxs、Yys);
[0090] (3)在鏡頭坐標系內，將坐標為（Yxs、Yys)的測試目標移動至影像鏡頭210視域 內。
[0091] 通過該影像測量設備的光學成像系統尋找檢測目標，利用了導航鏡頭410、影像鏡 頭210的寬視域特點，可通過導航鏡頭410預先找到檢測目標，再將檢測目標調整到影像鏡 頭210視域內，再在影像鏡頭210引導下將檢測目標調整到激光頭310下方進行檢測，具有 調整迅速、檢測效率高的特點，能夠迅速得到檢測樣品500的平面度信息。
[〇〇92] 最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對本實用 新型保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型作了詳細說明，本領域的普通技 術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用 新型技術方案的實質和范圍。
【權利要求】
1. 一種光學成像系統，其特征在于：設置有縱向安裝座、影像設備和激光發射器，所述 影像設備的影像鏡頭和所述激光發射器的激光頭分別固定裝配于所述縱向安裝座， 還設置有導航設備，所述導航設備的導航鏡頭裝配于所述縱向安裝座，所述導航鏡頭 的軸線與所述影像鏡頭的軸線相交，且所述導航鏡頭的軸線與所述影像鏡頭的軸線之間的 夾角為銳角。
2. 根據權利要求1所述的光學成像系統，其特征在于：所述影像鏡頭與所述激光頭設 置為同步升降結構。
3. 根據權利要求2所述的光學成像系統，其特征在于：所述激光發射器發射的激光與 所述影像鏡頭的軸線平行。
4. 根據權利要求1所述的光學成像系統，其特征在于：所述導航鏡頭的軸線與所述影 像鏡頭的軸線之間的夾角范圍為20°至60°。
5. 根據權利要求4所述的光學成像系統，其特征在于：所述導航鏡頭的軸線與所述影 像鏡頭的軸線之間的夾角范圍為30°至45°。
6. -種影像測量設備，其特征在于：設置有底座、驅動裝置、工作臺、中央控制系統以 及如權利要求1所述的光學成像系統； 所述光學成像系統設置有縱向安裝座、影像設備和激光發射器，所述影像設備的影像 鏡頭和所述激光發射器的激光頭分別固定裝配于所述縱向安裝座；還設置有導航設備，所 述導航設備的導航鏡頭裝配于所述縱向安裝座，所述導航鏡頭的軸線與所述影像鏡頭的 軸線相交，且所述導航鏡頭的軸線與所述影像鏡頭的軸線之間的夾角為銳角； 所述工作臺裝配于所述底座，所述光學成像系統設置于所述工作臺上方，所述驅動裝 置驅動所述底座和所述縱向安裝座中的至少一個以調整所述光學成像系統與所述工作臺 表面的檢測樣品之間的相對位置； 所述中央控制系統設置有影像處理單元和控制單元，所述影像處理單元與所述光學成 像系統連接，所述光學成像系統對工作臺上的工件進行測量成像，并將影像數據傳輸至所 述影像處理單元，經所述影像處理單元處理后獲得工件的檢測參數，所述控制單元與所述 驅動裝置連接。
7. 根據權利要求6所述的影像測量設備，其特征在于：所述影像鏡頭與所述激光頭設 置為同步升降結構。
8. 根據權利要求7所述的影像測量設備，其特征在于：所述激光發射器發射的激光與 所述影像鏡頭的軸線平行。
9. 根據權利要求6所述的影像測量設備，其特征在于：所述導航鏡頭的軸線與所述影 像鏡頭的軸線之間的夾角范圍為20°至60°。
【文檔編號】G01B11/00GK203848802SQ201420160486
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年4月3日 優先權日:2014年4月3日
【發明者】洪金龍, 仇增華 申請人:東莞市天勤儀器有限公司