高精度的成像系统、方法、图像采集装置及检测设备制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种高精度的成像系统、方法、图像采集装置及检测设备，所述成像系统包括：镜头、第一透镜组、载物平台和第一发光面；第一透镜组包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第一透镜光轴；第一发光面与第一透镜组等效的焦平面的位置差异不超过第一预设范围；镜头具有镜头光轴，镜头光轴与载物平台的法线夹角在20~60度之间；第一透镜光轴相对于载物平台具有一个第一反射轴，镜头光轴与第一反射轴的角度偏差不超过第二预设范围；第一预设范围为距离偏差±10mm和/或角度偏差±20度；第二预设范围为角度偏差±15度。本发明专利技术通过照明和成像镜头一体化设置，有效提升了成像的一致性，可获得高精度且稳定的工件图像。

【技术实现步骤摘要】
高精度的成像系统、方法、图像采集装置及检测设备
本专利技术涉及成像设备
，具体涉及一种高精度的成像系统、方法、图像采集装置及检测设备。
技术介绍
在目前的工件检测领域，对于小型工件、尤其是微细零件的缺陷检测，很大程度上还依赖于流水线工人的肉眼检测。为提升检测效率，现有技术尝试引入基于图像识别的机器视觉技术，通过对采集的工件图像进行智能识别来检测和发现工件上的缺陷。但是机器视觉技术长期以来面临很多挑战，尤其的，金属表面零件具有高反光特性，长久以来难以进行稳定的高质量成像。机器视觉技术严重依赖于采集的图像质量，而图像采集又受到很多因素的影响。其中，光源照明和成像光学系统（镜头）的光路设计对成像质量影响最大，其次则是图像采集装置。目前，在工件检测系统中，通常采用同轴光、环形光、半环形光、平面光、条形光或是穹顶光等普通光源对工件进行照射，随后通过普通工业镜头将工件图像传导给图像传感器。然而，专利技术人在实现本专利技术实施例相关技术方案的过程中发现，现有技术的机器视觉检测方式仍存在着明显的缺陷：在镜头视野中工件的成像一致性差，工件摆放在不同位置时所呈现的成像不同，当工件位于视野内的某些位置时，轻微缺陷例如划痕不能明显成像，导致工件的某些表面缺陷的检出非常不稳定。如图1所示的一种浅刀痕缺陷，通常缺陷处浅刀痕几何特征相对于工件表面相差不大，在普通照明成像下，此类细微缺陷根本无法展现。因而采用现有技术检测时需要将工件放在视野内的特定位置，且保持工件上的缺陷和光源处于特殊位置，才有可能获得一定质量的采集图像。但在自动化检测流水线上，工件通常保持运动状态，上述检测需求与实际工作场景并不匹配，导致现有技术在动态检测过程中无法获得理想的采集图像（因无法保证上述检测位置要求），成像质量差、精度低，对工件表面缺陷的检出率低。
技术实现思路
针对现有技术中的上述技术问题，本专利技术实施例提出了一种高精度的成像系统、方法、图像采集装置及检测设备，以解决现有技术中动态检测成像质量差的问题。本专利技术实施例的第一方面提供了一种高精度的成像系统，包括：镜头110、第一透镜组120、载物平台130和第一发光面141；其中，所述第一透镜组120包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第一透镜光轴；所述第一发光面141与所述第一透镜组120等效的焦平面的位置差异不超过第一预设范围；所述镜头110具有镜头光轴，所述镜头光轴与所述载物平台130的法线夹角在20~60度之间；所述第一透镜光轴相对于所述载物平台130具有一个第一反射轴，所述镜头光轴与所述第一反射轴的角度偏差不超过第二预设范围；所述第一预设范围为距离偏差±10mm和/或角度偏差±20度；所述第二预设范围为角度偏差±15度。在一些实施例中，所述成像系统还包括：第二透镜组160和第二发光面181；其中，所述第二透镜组160包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第二透镜光轴；所述第二发光面181与所述第二透镜组160等效的焦平面的位置差异不超过所述第一预设范围；所述第二透镜光轴相对于所述载物平台130的一个垂直面具有第二反射轴，所述镜头光轴与所述第二反射轴的角度偏差不超过所述第二预设范围。在一些实施例中，所述第一发光面141和/或第二发光面181由光源照射在漫射板上产生，或由平面发光设备产生。在一些实施例中，所述第一发光面141和/或第二发光面181具有一个单色发光区，所述单色发光区的边界形状相对于所述第一透镜光轴和/或第二透镜光轴为非对称形状；或者，所述第一发光面141和/或第二发光面181具有两个以上颜色不同的单色发光区。在一些实施例中，所述第一发光面141和/或第二发光面181具有三个单色发光区，所述三个单色发光区呈Y形分布且颜色分别为红绿蓝三色。在一些实施例中，所述镜头110为远心镜头或准远心镜头。在一些实施例中，所述远心镜头或准远心镜头具有可调光阑。在一些实施例中，所述第一预设范围为距离偏差±5mm和/或角度偏差±15度；所述第二预设范围为角度偏差±10度。在一些实施例中，所述第一发光面141和/或第二发光面181的发光区域总体近似圆形，所述圆形具有半径R，所述第一透镜组120和/或第二透镜组160具有等效焦距f，打光特征角为Ω=arctan（R/f），其中，所述打光特征角Ω不大于10度。在一些实施例中，所述第一发光面141和/或第二发光面181发出的光线经折射后形成出射光，所述成像系统通过所述镜头110输出所述出射光照射在金属表面上形成的图像。本专利技术实施例的第二方面提供了一种高精度的成像系统，包括：镜头210、第一透镜组220、载物平台230、第一光阑240和第一发光体250；其中，所述第一透镜组220包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第一透镜光轴；所述第一光阑240所在平面与所述第一透镜组220等效的焦平面的位置差异不超过第一预设范围；所述镜头210具有镜头光轴，所述镜头光轴与所述载物平台230的法线夹角在20~60度之间；所述第一透镜光轴相对于所述载物平台230具有一个第一反射轴，所述镜头光轴与所述第一反射轴的角度偏差不超过第二预设范围；所述第一预设范围为距离偏差±10mm和/或角度偏差±20度；所述第二预设范围为角度偏差±15度。在一些实施例中，所述成像系统还包括：第二透镜组260、第二光阑280和第二发光体270；其中，所述第二透镜组260包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第二透镜光轴；所述第二光阑280与所述第二透镜组260等效的焦平面的位置差异不超过所述第一预设范围；所述第二透镜光轴相对于所述载物平台230的一个垂直面具有第二反射轴，所述镜头光轴与所述第二反射轴的角度偏差不超过所述第二预设范围。在一些实施例中，所述第一光阑240和/或第二光阑280的透光部分为通光孔，所述通光孔的轮廓为非对称形状；或者，所述第一光阑240和/或第二光阑280为可变孔径光阑。在一些实施例中，所述成像系统还包括：贴近所述第一光阑240和/或第二光阑280设置的滤光装置242，所述滤光装置242包括两个以上通带不同的带通滤光区域。在一些实施例中，所述滤光装置242为滤光膜，所述滤光膜与所述第一光阑240和/或第二光阑280的距离不超过10mm；所述滤光膜包括呈Y形分布的红绿蓝三个带通滤光区域。在一些实施例中，所述镜头210为远心镜头或准远心镜头。在一些实施例中，所述远心镜头或准远心镜头具有可调光阑。在一些实施例中，所述第一预设范围为距离偏差±5mm和/或角度偏差±15度；所述第二预设范围为角度偏差±10度。在一些实施例中，所述第一光阑240和/或第二光阑280的透光部分总体近似圆形，所述圆形具有半径R，所述第一透镜组220和/或第二透镜组260具有等效焦距f，打光特征角为Ω=arctan（R/f），其中，所述打光特征角Ω不大于10度。在一些实施例中，所述第一光阑240和/或第二光阑280透射出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度的成像系统，其特征在于，所述成像系统包括：镜头（110）、第一透镜组（120）、载物平台（130）和第一发光面（141）；其中，/n所述第一透镜组（120）包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第一透镜光轴；/n所述第一发光面（141）与所述第一透镜组（120）等效的焦平面的位置差异不超过第一预设范围；/n所述镜头（110）具有镜头光轴，所述镜头光轴与所述载物平台（130）的法线夹角在20~60度之间；/n所述第一透镜光轴相对于所述载物平台（130）具有一个第一反射轴，所述镜头光轴与所述第一反射轴的角度偏差不超过第二预设范围；/n所述第一预设范围为距离偏差±10mm和/或角度偏差±20度；所述第二预设范围为角度偏差±15度。/n

【技术特征摘要】
1.一种高精度的成像系统，其特征在于，所述成像系统包括：镜头（110）、第一透镜组（120）、载物平台（130）和第一发光面（141）；其中，
所述第一透镜组（120）包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第一透镜光轴；
所述第一发光面（141）与所述第一透镜组（120）等效的焦平面的位置差异不超过第一预设范围；
所述镜头（110）具有镜头光轴，所述镜头光轴与所述载物平台（130）的法线夹角在20~60度之间；
所述第一透镜光轴相对于所述载物平台（130）具有一个第一反射轴，所述镜头光轴与所述第一反射轴的角度偏差不超过第二预设范围；
所述第一预设范围为距离偏差±10mm和/或角度偏差±20度；所述第二预设范围为角度偏差±15度。


2.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述成像系统还包括：第二透镜组（160）和第二发光面（181）；其中，
所述第二透镜组（160）包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第二透镜光轴；
所述第二发光面（181）与所述第二透镜组（160）等效的焦平面的位置差异不超过所述第一预设范围；
所述第二透镜光轴相对于所述载物平台（130）的一个垂直面具有第二反射轴，所述镜头光轴与所述第二反射轴的角度偏差不超过所述第二预设范围。


3.根据权利要求1或2所述的成像系统，其特征在于，所述第一发光面（141）和/或第二发光面（181）由光源照射在漫射板上产生，或由平面发光设备产生。


4.根据权利要求1或2所述的成像系统，其特征在于，所述第一发光面（141）和/或第二发光面（181）具有一个单色发光区，所述单色发光区的边界形状相对于所述第一透镜光轴和/或第二透镜光轴为非对称形状；或者，所述第一发光面（141）和/或第二发光面（181）具有两个以上颜色不同的单色发光区。


5.根据权利要求4所述的成像系统，其特征在于，所述第一发光面（141）和/或第二发光面（181）具有三个单色发光区，所述三个单色发光区呈Y形分布且颜色分别为红绿蓝三色。


6.根据权利要求1、2或5中任一项所述的成像系统，其特征在于，所述镜头（110）为远心镜头或准远心镜头。


7.根据权利要求6所述的成像系统，其特征在于，所述远心镜头或准远心镜头具有可调光阑。


8.根据权利要求6所述的成像系统，其特征在于，所述第一预设范围为距离偏差±5mm和/或角度偏差±15度；所述第二预设范围为角度偏差±10度。


9.根据权利要求1或2所述的成像系统，其特征在于，所述第一发光面（141）和/或第二发光面（181）的发光区域总体近似圆形，所述圆形具有半径R，所述第一透镜组（120）和/或第二透镜组（160）具有等效焦距f，打光特征角为Ω=arctan（R/f），其中，所述打光特征角Ω不大于10度。


10.根据权利要求9所述的成像系统，其特征在于，所述第一发光面（141）和/或第二发光面（181）发出的光线经折射后形成出射光，所述成像系统通过所述镜头（110）输出所述出射光照射在金属表面上形成的图像。


11.一种高精度的成像系统，其特征在于，所述成像系统包括：镜头（210）、第一透镜组（220）、载物平台（230）、第一光阑（240）和第一发光体（250）；其中，
所述第一透镜组（220）包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第一透镜光轴；
所述第一光阑（240）所在平面与所述第一透镜组（220）等效的焦平面的位置差异不超过第一预设范围；
所述镜头（210）具有镜头光轴，所述镜头光轴与所述载物平台（230）的法线夹角在20~60度之间；
所述第一透镜光轴相对于所述载物平台（230）具有一个第一反射轴，所述镜头光轴与所述第一反射轴的角度偏差不超过第二预设范围；
所述第一预设范围为距离偏差±10mm和/或角度偏差±20度；所述第二预设范围为角度偏差±15度。


12.根据权利要求11所述的成像系统，其特征在于，所述成像系统还包括：第二透镜组（260）、第二光阑（280）和第二发光体（270）；其中，
所述第二透镜组（260）包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第二透镜光轴；
所述第二光阑（280）与所述第二透镜组（260）等效的焦平面的位置差异不超过所述第一预设范围；
所述第二透镜光轴相对于所述载物平台（230）的一个垂直面具有第二反射轴，所述镜头光轴与所述第二反射轴的角度偏差不超过所述第二预设范围。


13.根据权利要求11或12所述的成像系统，其特征在于，所述第一光阑（240）和/或第二光阑（280）的透光部分为通光孔，所述通光孔的轮廓为非对称形状；或者，所述第一光阑（240）和/或第二光阑（280）为可变孔径光阑。


14.根据权利要求11或12所述的成像系统，其特征在于，所述成像系统还包括：贴近所述第一光阑（240）和/或第二光阑（280）设置的滤光装置（242），所述滤光装置（242）包括两个以上通带不同的带通滤光区域。


15.根据权利要求14所述的成像系统，其特征在于，所述滤光装置（242）为滤光膜，所述滤光膜与所述第一光阑（240）和/或第二光阑（280）的距离不超过10mm；所述滤光膜包括呈Y形分布的红绿蓝三个带通滤光区域。


16.根据权利要求11、12或15中任一项所述的成像系统，其特征在于，所述镜头（210）为远心镜头或准远心镜头。


17.根据权利要求16所述的成像系统，其特征在于，所述远心镜头或准远心镜头具有可调光阑。


18.根据权利要求16所述的成像系统，其特征在于，所述第一预设范围为距离偏差±5mm和/或角度偏差±15度；所述第二预设范围为角度偏差±10度。


19.根据权利要求11或12所述的成像系统，其特征在于，所述第一光阑（240）和/或第二光阑（280）的透光部分总体近似圆形，所述圆形具有半径R，所述第一透镜组（220）和/或第二透镜组（260）具有等效焦距f，打光特征角为Ω=arctan（R/f），其中，所述打光特征角Ω不大于10度。

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【专利技术属性】
技术研发人员：崔忠伟，
申请(专利权)人：北京领邦智能装备股份公司，
类型：发明
国别省市：北京;11