光学成像系统及具有该系统的影像测量设备的制作方法
【专利摘要】一种光学成像系统及具有该系统的影像测量设备，光学成像系统设置有纵向安装座、影像设备和激光发射器，所述影像设备的影像镜头和所述激光发射器的激光头分别固定装配于所述纵向安装座。利用影像设备的宽视域特点，通过影像镜头预先寻找检测目标，在影像镜头的引导下将检测目标调整到激光头下方进行检测，具有调整迅速，检测效率高的特点。此外，由于该光学成像系统设置有影像设备和激光发射器，可以在一次检测中，通过影像设备和激光发射器同时进行检测样品多个参数检测，具有检测迅速，省时高效的特点。
【专利说明】光学成像系统及具有该系统的影像测量设备
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及测量设备【技术领域】，特别是涉及一种光学成像系统及具有该系统 的影像测量设备。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着工业技术的发展，人们对产品的生产要求越来越高，对产品的尺寸、 表面平整度等均提出了更高的要求。影像测量设备由于能够对样品表面进行直接检测，因 此，在工业生产及检测中得到了广泛应用。
[0003] 现有技术中，影像测量设备通常设置有一架体、一工作台以及设置于工作台上方 的光学成像系统，通过移动工作台将测试样品移动至光学成像系统下方进行相应部位的检 测。由于每次测量都需要多次移动工作台到光学成像系统下方进行测试，对于较大的检测 样品，通过随机或者根据操作者的经验进行移动很难将需要的测试点精确地调整到测试镜 头下方进行检测。特别是平面度检测，检测过程是通过激光头射到检测样品表面上的一点 进行检测，由于激光头的视域范围就是一个点，因此要将测试点调整到激光头下方非常困 难，严重制约了检测效率和检测精度。此外，现有技术中的影像检测设备通常只能检测一种 参数，不能一次检测多个参数。
[0004] 因此，针对现有技术不足，提供一种光学成像系统及具有该系统的影像测量设备 以克服现有技术不足甚为必要。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种光学成像系统及具 有该系统的影像测量设备，能够快速准确地寻找检测成像目标，提高检测效率；此外，还能 够一次检测至少两种参数。
[0006] 本实用新型的上述目的通过如下技术手段实现。
[0007] 提供一种光学成像系统，设置有纵向安装座、影像设备和激光发射器，所述影像设 备的影像镜头和所述激光发射器的激光头分别固定装配于所述纵向安装座。
[0008] 上述影像镜头与所述激光头设置为同步升降结构。
[0009] 上述激光发射器发射的激光与所述影像镜头的轴线平行。
[0010] 优选的，上述光学成像系统还设置有导航设备，所述导航设备的导航镜头装配于 所述纵向安装座，所述导航镜头的轴线与所述影像镜头的轴线相交，且所述导航镜头的轴 线与所述影像镜头的轴线之间的夹角为锐角。
[0011] 上述导航镜头的轴线与所述影像镜头的轴线之间的夹角范围为20°至60°。
[0012] 优选的，上述导航镜头的轴线与所述影像镜头的轴线之间的夹角范围为30°至 45。。
[0013] 提供一种影像测量设备，设置有底座、驱动装置、工作台、中央控制系统以及如权 利要求1所述的光学成像系统；
[0014] 所述光学成像系统设置有纵向安装座、影像设备和激光发射器，所述影像设备的 影像镜头和所述激光发射器的激光头分别固定装配于所述纵向安装座；
[0015] 所述工作台装配于所述底座，所述光学成像系统设置于所述工作台上方，所述驱 动装置驱动所述底座和所述纵向安装座中的至少一个以调整所述光学成像系统与所述工 作台表面的检测样品之间的相对位置；
[0016] 所述中央控制系统设置有影像处理单元和控制单元，所述影像处理单元与所述光 学成像系统连接，所述光学成像系统对工作台上的工件进行测量成像，并将影像数据传输 至所述影像处理单元，经所述影像处理单元处理后获得工件的检测参数，所述控制单元与 所述驱动装置连接。
[0017] 上述影像镜头与所述激光头设置为同步升降结构。
[0018] 上述激光发射器发射的激光与所述影像镜头的轴线平行。
[0019] 上述影像测量设备还设置有导航设备，所述导航设备的导航镜头装配于所述纵向 安装座，所述导航镜头的轴线与所述影像镜头的轴线相交，且所述导航镜头的轴线与所述 影像镜头的轴线之间的夹角为锐角，所述导航镜头的轴线与所述影像镜头的轴线之间的夹 角范围为20°至60°。
[0020] 本实用新型的光学成像系统及具有该系统的影像测量设备，光学成像系统设置有 纵向安装座、影像设备和激光发射器，所述影像设备的影像镜头和所述激光发射器的激光 头分别固定装配于所述纵向安装座。利用影像设备的宽视域特点，通过影像镜头预先寻找 检测目标，在影像镜头的引导下将检测目标调整到激光头下方进行检测，具有调整迅速，检 测效率高的特点。此外，由于该光学成像系统设置有影像设备和激光发射器，可以在一次检 测中，通过影像设备和激光发射器同时进行检测样品多个参数检测，具有检测迅速，省时高 效的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 利用附图对本实用新型作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本实用新型的 任何限制。
[0022] 图1是本实用新型一种光学成像系统实施例1的结构示意图；
[0023] 图2是本实用新型光学成像系统的影像镜头及激光头视域示意图；
[0024] 图3是本实用新型一种光学成像系统实施例2的结构示意图；
[0025] 图4是图3的部分结构示意图；
[0026] 图5是图3光学成像系统的影像镜头和导航镜头的视域示意图；
[0027] 图6是本实用新型一种影像测量设备的结构示意图；
[0028] 在图1至图6中，包括：
[0029] 纵向安装座100、
[0030] 影像设备200、影像镜头210、影像镜头的轴线L、影像镜头的视域220、
[0031] 激光发射器300、激光头310、激光320、
[0032] 导航设备400、导航镜头410、导航镜头的轴线M、导航镜头的视域420、夹角A、
[0033] 检测样品500、
[0034] 底座600、驱动装置700、工作台800。
【具体实施方式】
[0035] 结合以下实施例对本实用新型作进一步描述。
[0036] 实施例1。
[0037] -种光学成像系统，如图1所示，设置有纵向安装座100、影像设备200和激光发射 器300,影像设备200的影像镜头210和激光发射器300的激光头310分别固定装配于纵向 安装座100。激光发射器300发射的激光320与影像镜头210的轴线L平行。
[0038] 该光学成像系统，用于影像检测设备，可对检测样品500表面的平面度进行检测。 利用激光发射器300向检测样品500表面发射激光进行平面度检测。由于激光的发射点非 常小，欲将检测目标点移动到激光头310下方非常困难。
[0039] 该光学成像系统增设了影像镜头210,如图2所示，影像镜头210的视域220远远 宽阔于激光头310的视域，故可以先通过影像镜头210查找到检测目标点，再在影像镜头 210的引导下调整目标检测点到激光头310下方。故调整方便，能够提高检测效率和检测精 度。
[0040] 为了便于调整光学成像系统与测试样品之间的间距，影像镜头210与激光头310 可设置为同步升降结构。这样，影像镜头210与激光头310距离测试样品之间的间距可同步 调整。实现影像镜头210与激光头310同步调整的方式很多，如如通过纵向驱动装置，将影 像镜头210与激光头310固定于纵向驱动装置，通过纵向驱动装置同步调节影像镜头210、 激光头310距离测试样品之间的间距。
[0041] 采用上述光学成像系统进行检测目标寻找的方法，首先通过影像镜头210寻找检 测目标，再在影像镜头210的引导下将待检测目标调整至激光头310下方进行检测。
[0042] 上述检测目标寻找的方法，具体包括以下步骤：
[0043] ( 1)影像坐标与激光坐标共坐标校正，
[0044] 选择测试样品或者标准块上的一点作为校正测试点，通过激光发射器300发射激 光到校正测试点，记录在激光坐标系中所得到的校正测试点对应的坐标为（J Xl、Jyi);
[0045] 将校正测试点移至影像镜头210下方进行测量，记录在影像坐标系中所得到的校 正测试点对应的坐标为（YxpYyJ ;
[0046] 根据坐标（JXl、Jyi)与坐标为（YXl、Y yi)获得影像坐标系中任意一点与激光坐标系 中任意一点之间的对应关系；
[0047] (2)利用影像镜头210预先寻找测试目标S，测试目标S在影像坐标系内的坐标为 (Yxs、Yys)，根据激光坐标系与影像坐标系的关系获得测试目标S在激光坐标系中对应的 坐标为（Jxs、Jys);
[0048] (3)在激光坐标系内，将坐标为（JXs、Jys)的测试目标移动至激光头310下进行测 试目标测量。
[0049] 综上所述，该光学成像系统及其寻找测试目标的方法，利用影像设备200的宽视 域特点，通过影像镜头210预先寻找检测目标，在影像镜头210的引导下将检测目标调整到 激光头310下方进行检测，具有调整迅速，检测效率高的特点。
[0050] 实施例2。
[0051] -种光学成像系统，其它结构与实施例1相同，不同之处在于：还具有如下技术特 征，如图3至图5所示，该光学成像系统还设置有导航设备400,导航设备400的导航镜头 410装配于纵向安装座100,导航镜头410的轴线Μ与影像镜头210的轴线L相交，且导航 镜头410的轴线Μ与影像镜头210的轴线L之间的夹角Α为锐角。
[0052] 导航镜头410的轴线Μ与所述影像镜头210的轴线L之间的夹角A范围为20°至 60°，优选为30°至45°。
[0053] 该光学成像系统，由于设置有导航镜头410,且导航镜头410与影像镜头210呈夹 角A设置。该光学成像系统的导航镜头410和影像镜头210的视域220范围示意如图5所 示，由于导航镜头410呈倾斜设置，因此导航镜头410的视域420范围远远宽阔于影像镜头 210的视域220,因此可以在导航镜头410的成像参照下，调整测试样品的目标测试点移动 到影像镜头210的视域220内进行检测。调整方便，能够节省目标检测点移动到影像镜头 210视域范围内的时间，大大提高检测效率。通过影像镜头210寻找到测试目标后，再在影 像镜头210的引导下，将测试目标调整到激光头310下方，能够节省检测目标寻找时间，具 有调整迅速、检测结果精确的特点。
[0054] 其中，影像镜头210在导航镜头410的导航引导下寻找测试目标S，具体包括如下 步骤：
[0055] (1)导航坐标与影像坐标共坐标校正，
[0056] 选择标准块上η个不同位置的点作为测试点Ρρ P2……Ρη，η为自然数，且η不小 于3 ;步骤（1)中η优选等于4,测试点Ρρ Ρ2、Ρ3和Ρ4位于矩形的四个顶点；
[0057] 将标准块上的测试点分别移动到影像镜头210及导航镜头410的视域420范围 内，采用影像镜头210和导航镜头410分别测量每个测试点的坐标，通过影像镜头210在 影像坐标系下得到与测试点Pi、Ρ 2……Ρη分别一一对应的测量坐标为（YXl、Yyi)、（Yx 2、 Yy2)……（YxruYyn)，通过导航镜头410在导航坐标系下得到与测试APpP2……P n分别 --对应的测量坐标为（DXl、Dyi)、（Dx2、Dy 2)……（Dx3、Dy3);
[0058] 根据测试点Ρρ P2……Pn在影像坐标系及导航坐标系下对应得到的测量坐标获得 影像坐标系中任意一点与导航坐标系中任意一点之间的对应关系；
[0059] (2)导航镜头410预先寻找测试目标S，测试目标S在导航坐标系下的坐标为 (Dxs、Dy S)，根据影像坐标系及导航坐标系之间的对应关系得到测试目标S在影像镜头210 坐标系对应的坐标（Yxs、Yys);
[0060] (3)在镜头坐标系内，将坐标为（Yxs、Yys)的测试目标移动至影像镜头210视域 内。
[0061] 通过该光学成像系统寻找检测目标，利用了导航镜头410、影像镜头210的宽视域 特点，可通过导航镜头410预先找到检测目标，再将检测目标调整到影像镜头210视域内， 再在影像镜头210引导下将检测目标调整到激光头310下方进行检测，具有调整迅速、检测 效率高的特点，能够迅速得到检测样品500的平面度信息。
[0062] 实施例3。
[0063] 一种影像测量设备，如图6所示，设置有底座600、驱动装置700、工作台800、中央 控制系统以及如实施例1所述的光学成像系统。
[0064] 工作台800装配于底座600,光学成像系统装配于纵向安装座100,光学成像系统 设置于工作台800上方，驱动装置700驱动底座600和纵向安装座100中的至少一个以调 整光学成像系统与工作台表面的检测样品之间的相对位置。
[0065] 通常，驱动装置包括横向驱动装置和纵向驱动装置，横向驱动装置设置于底座， 通过横向驱动装置调节底座上工作台的位置；纵向驱动装置设置于纵向安装座，通过纵向 驱动装置调节光学成像系统距离测试样品之间的纵向间距。
[0066] 中央控制系统设置有影像处理单元和控制单元，影像处理单元与光学成像系统连 接，光学成像系统对工作台800上的检测样品进行测量成像，并将影像数据传输至所述影 像处理单元，经影像处理单元处理后获得工件的检测参数，控制单元与驱动装置连接。
[0067] 具体的，光学成像系统设置有纵向安装座100、影像设备200和激光发射器300，影 像设备200的影像镜头210和激光发射器300的激光头310分别固定装配于纵向安装座 100。激光发射器300发射的激光320与影像镜头210的轴线L平行。
[0068] 为了便于调整光学成像系统与测试样品之间的间距，影像镜头210与激光头310 可设置为同步升降结构。这样，影像镜头210与激光头310距离测试样品之间的间距可同 步调整。实现影像镜头210与激光头310同步调整的方式很多，如纵向安装座100可设置 有纵向调节机构，将影像镜头210与激光头310固定于纵向调节机构，通过纵向调节机构调 节影像镜头210、激光头310距离测试样品之间的间距。
[0069] 该影像测量设备，可以通过激光发射器发射激光检测样品表面的平面度信息，同 时可以通过影像设备获得检测样品表面信息，如图案情况、样品尺寸参数等。故可以通过一 次检测同时获得检测样品至少两种检测参数。
[0070] 由于激光发射器与影像设备在检测过程中，使用的是各自的坐标系，因此，需要激 光发射器及影像设备获得的影像信息进行工坐标处理，得到同一坐标系下的检测样品参 数。
[0071] 采用该影像测量设备进行影像处理的方法，包括如下步骤：
[0072] (1)分别通过影像设备和激光发射器获得检测样品的影像信息；
[0073] (2)将影像设备得到的影像信息与激光发射器得到的激光信息进行共坐标处理， 得到同一坐标系下的影像信息和激光信息。
[0074] 其中，步骤（2)中的共坐标处理具体是根据影像设备的影像坐标系与激光发射器 的激光坐标系之间的关系进行影像信息与激光信息共坐标处理；
[0075] 影像设备的影像坐标系与激光发射器的激光坐标系之间的关系具体通过如下步 骤得到：
[0076] a.选择测试样品或者标准块上的一点作为校正测试点，通过激光发射器发射激光 到校正测试点，记录在激光坐标系中所得到的校正测试点对应的坐标为（J Xl、jyi);
[0077] b.将校正测试点移至影像镜头下方进行测量，记录在影像坐标系中所得到的校正 测试点对应的坐标为（Yx^YyJ ;
[0078] c.根据坐标（JXl、jyi)与坐标为（YXl、Y yi)获得影像坐标系中任意一点与激光坐 标系中任意一点之间的对应关系。
[0079] 本实用新型的影像测量设备，通过一次检测同时获得检测样品的影像信息及激光 影像信息，再通过共坐标处理，能够得到检测样品的表面参数、平面度信息等至少两种信 息，具有检测方便、省时高效的特点。
[0080] 实施例4。
[0081] 一种影像测量设备其它结构与实施例3相同，不同之处在于：还具有如下技术特 征，该光学成像系统还设置有导航设备400,导航设备400的导航镜头410装配于纵向安装 座100,导航镜头410的轴线Μ与影像镜头210的轴线L相交，且导航镜头410的轴线Μ与 影像镜头210的轴线L之间的夹角Α为锐角。
[0082] 导航镜头410的轴线Μ与所述影像镜头210的轴线L之间的夹角A范围为20°至 60°，优选为30°至45°。
[0083] 该影像测量设备的光学成像系统，由于设置有导航镜头410,且导航镜头410与影 像镜头210呈夹角A设置。由于导航镜头410呈倾斜设置，因此导航镜头410的视域420范 围远远宽阔于影像镜头210的视域220,因此可以在导航镜头410的成像参照下，调整测试 样品的目标测试点移动到影像镜头210的视域220内进行检测。调整方便，能够节省目标 检测点移动到影像镜头210视域范围内的时间，大大提高检测效率。通过影像镜头210寻 找到测试目标后，再在影像镜头210的引导下，将测试目标调整到激光头310下方，能够节 省检测目标寻找时间，具有调整迅速、检测结果精确的特点。
[0084] 其中，影像镜头210在导航镜头410的导航引导下寻找测试目标S，具体包括如下 步骤：
[0085] (1)导航坐标与影像坐标共坐标校正，
[0086] 选择标准块上η个不同位置的点作为测试点Ρρ P2……Ρη，η为自然数，且η不小 于3 ;步骤（1)中η优选等于4,测试点Ρρ Ρ2、Ρ3和Ρ4位于矩形的四个顶点；
[0087] 将标准块上的测试点分别移动到影像镜头210及导航镜头410的视域420范围 内，采用影像镜头210和导航镜头410分别测量每个测试点的坐标，通过影像镜头210在 影像坐标系下得到与测试点Pi、Ρ 2……Ρη分别一一对应的测量坐标为（YXl、Yyi)、（Yx 2、 Yy2)……（YxruYyn)，通过导航镜头410在导航坐标系下得到与测试APpP2……P n分别 --对应的测量坐标为（DXl、Dyi)、（Dx2、Dy 2)……（Dx3、Dy3);
[0088] 根据测试点Pp P2……Pn在影像坐标系及导航坐标系下对应得到的测量坐标获得 影像坐标系中任意一点与导航坐标系中任意一点之间的对应关系；
[0089] (2)导航镜头410预先寻找测试目标S，测试目标S在导航坐标系下的坐标为 (Dxs、Dy S)，根据影像坐标系及导航坐标系之间的对应关系得到测试目标S在影像镜头210 坐标系对应的坐标（Yxs、Yys);
[0090] (3)在镜头坐标系内，将坐标为（Yxs、Yys)的测试目标移动至影像镜头210视域 内。
[0091] 通过该影像测量设备的光学成像系统寻找检测目标，利用了导航镜头410、影像镜 头210的宽视域特点，可通过导航镜头410预先找到检测目标，再将检测目标调整到影像镜 头210视域内，再在影像镜头210引导下将检测目标调整到激光头310下方进行检测，具有 调整迅速、检测效率高的特点，能够迅速得到检测样品500的平面度信息。
[〇〇92] 最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用 新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技 术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用 新型技术方案的实质和范围。
【权利要求】
1. 一种光学成像系统，其特征在于：设置有纵向安装座、影像设备和激光发射器，所述 影像设备的影像镜头和所述激光发射器的激光头分别固定装配于所述纵向安装座， 还设置有导航设备，所述导航设备的导航镜头装配于所述纵向安装座，所述导航镜头 的轴线与所述影像镜头的轴线相交，且所述导航镜头的轴线与所述影像镜头的轴线之间的 夹角为锐角。
2. 根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于：所述影像镜头与所述激光头设 置为同步升降结构。
3. 根据权利要求2所述的光学成像系统，其特征在于：所述激光发射器发射的激光与 所述影像镜头的轴线平行。
4. 根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于：所述导航镜头的轴线与所述影 像镜头的轴线之间的夹角范围为20°至60°。
5. 根据权利要求4所述的光学成像系统，其特征在于：所述导航镜头的轴线与所述影 像镜头的轴线之间的夹角范围为30°至45°。
6. -种影像测量设备，其特征在于：设置有底座、驱动装置、工作台、中央控制系统以 及如权利要求1所述的光学成像系统； 所述光学成像系统设置有纵向安装座、影像设备和激光发射器，所述影像设备的影像 镜头和所述激光发射器的激光头分别固定装配于所述纵向安装座；还设置有导航设备，所 述导航设备的导航镜头装配于所述纵向安装座，所述导航镜头的轴线与所述影像镜头的 轴线相交，且所述导航镜头的轴线与所述影像镜头的轴线之间的夹角为锐角； 所述工作台装配于所述底座，所述光学成像系统设置于所述工作台上方，所述驱动装 置驱动所述底座和所述纵向安装座中的至少一个以调整所述光学成像系统与所述工作台 表面的检测样品之间的相对位置； 所述中央控制系统设置有影像处理单元和控制单元，所述影像处理单元与所述光学成 像系统连接，所述光学成像系统对工作台上的工件进行测量成像，并将影像数据传输至所 述影像处理单元，经所述影像处理单元处理后获得工件的检测参数，所述控制单元与所述 驱动装置连接。
7. 根据权利要求6所述的影像测量设备，其特征在于：所述影像镜头与所述激光头设 置为同步升降结构。
8. 根据权利要求7所述的影像测量设备，其特征在于：所述激光发射器发射的激光与 所述影像镜头的轴线平行。
9. 根据权利要求6所述的影像测量设备，其特征在于：所述导航镜头的轴线与所述影 像镜头的轴线之间的夹角范围为20°至60°。
【文档编号】G01B11/00GK203848802SQ201420160486
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年4月3日 优先权日:2014年4月3日
【发明者】洪金龙, 仇增华 申请人:东莞市天勤仪器有限公司