【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定物体的距离、表面厚度和光学特性的设备及相关方法
[0001]通常，本公开涉及光学测量和成像。更特别地，但不排他地，本公开涉及物体的位置和光学特性的确定。
技术介绍
[0002]非接触式光电测量设备提供了一种非破坏性和相对高速的方法用于提供表面轮廓和表面表征。存在多种不同的技术来感知深度信息以测量物体和表面的距离和取向，诸如共焦、结构光或激光三角测量、白光干涉测量、条纹投影或焦深成像技术。
[0003]三角测量设备被广泛用于将深度信息添加到不同类型的工业机器视觉系统中，部分原因是它们相对简单并且易于使用。在基于三角测量的设备中，通常将激光束或LED投射到被测物体上，并且由光传感器以取决于光源和物点之间的距离的成像角度来检测从物点反射的光。成像角度、光源和光传感器之间的基线以及从光源投射的光的角度定义了三角测量几何结构，从该三角测量几何结构可提取深度信息和表面轮廓。通常还提取所检测到的光的强度以提供揭示有关重要材料光学特性的信息的表面反射比。
[0004]目前三角测量设备中的一个已知问题是，测量速度受限于...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于确定物体(2)的位置和/或光学特性的设备，其包括：
–
点状或线状输出元件(4.1)，其用于提供光；
–
照明光学器件(11)，其用于将光从所述输出元件(4.1)引导至所述物体(2)；
–
光传感器(8)，其用于检测光的强度值；以及
–
成像光学器件(13)，其用于将来自所述物体(2)的光收集到所述光传感器(8)，其特征在于，所述照明光学器件(11)被配置成将光从所述输出元件(4.1)的定位点(P1(4.1))聚焦在多个照明聚焦点或聚焦区域上，所述多个照明聚焦点或聚焦区域沿照明坐标轴(A1(4.1))定位在距所述照明光学器件(11)不同距离处，所述照明坐标轴与所述照明光学器件(11)的针对所述输出元件(4.1)的所述定位点P1(4.1)的主光线(F1(4.1))相关联，其中所述主光线(F1(4.1))对于从所述输出元件(4.1)的所述定位点(P1(4.1))聚焦的所述多个照明聚焦点或聚焦区域是共有的，并且其中沿同一照明坐标轴(A1(4.1))的所述照明聚焦点或聚焦区域中的每一者至少在主波长或形状上彼此不同，并且/或者用所述照明光学器件(11)的不同光学孔径形成，在于，所述成像光学器件(13)被配置成从所述光传感器(8)的定位点(P1(8)
‑
>Pn(8))中的每一者形成多个成像聚焦点或聚焦区域，所述多个成像聚焦点或聚焦区域沿成像坐标轴(A1(8)
‑
>An(8))定位在距所述成像光学器件(13)不同距离处，所述成像坐标轴与所述成像光学器件(13)的针对所述光传感器(8)的对应定位点(P1(8)
‑
>Pn(8))的对应主光线(F1(8)
‑
>Fn(8))相关联，其中所述对应主光线(F1(8)
‑
>Fn(8))对于从所述光传感器(8)的所述对应定位点(P1(8)
‑
>Pn(8))形成的所述多个成像聚焦点是共有的，并且其中沿同一成像坐标轴(A1(8)
‑
>An(8))的所述成像聚焦点或聚焦区域中的每一者至少在所述主波长或形状上彼此不同，并且/或者用所述成像光学器件(13)的不同光学孔径聚焦，在于，所述照明光学器件(11)和所述成像光学器件(13)被配置成形成多个重合聚焦点或聚焦区域，使得来自沿所述同一照明坐标轴(A1(4.1))的所述多个照明聚焦点或聚焦区域的各个聚焦点或聚焦区域中的每一者在重合聚焦点或聚焦区域处与沿不同成像坐标轴(A1(8)
‑
>An(8))定位的成像聚焦点或聚焦区域重合，其中所述照明坐标轴(A1(4.1))的取向不同于所述成像坐标轴(A1(8)
‑
>An(8))的取向，并且所述重合聚焦点或聚焦区域中的每一者由与共同主波长或形状相关联的照明聚焦点或聚焦区域和成像聚焦点或聚焦区域组成，并且/或者用所述照明光学器件(11)和所述成像光学器件(13)的相关光学孔径形成，以及在于，所述设备被配置成从由所述光传感器(8)检测到的光的强度值的局部最大值来确定所述物体(2)的物点(2.1)的位置和/或光学特性，使得：
–
从所述局部最大值的定位来确定所述物点(2.1)的所述位置；并且/或者
–
从所述局部最大值的强度或波长来确定所述物点(2.1)的所述光学特性，其中所述局部最大值是由从所述物点(2.1)与所述重合聚焦点或聚焦区域中的一者的交点收集的光所产生的。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括多个线状或点状输出元件(4.1
‑
>4.n)或其组合。3.根据权利要求0所述的设备，其特征在于，所述照明光学器件(11)被配置成将光从针对所述输出元件(4.1
‑
>4.n)中的每个输出元件的所述定位点(P1
‑
>Pn)中的每个定位点聚
焦在多个照明聚焦点或聚焦区域上，所述多个照明聚焦点或聚焦区域沿对应照明坐标轴(A1
‑
>An)定位在距所述照明光学器件(11)不同距离处，所述对应照明坐标轴与所述照明光学器件(11)的针对对应输出元件(4.1
‑
>4.n)的对应定位点(P1
‑
>Pn)的对应主光线(F1
‑
>Fn)相关联，其中所述对应主光线(F1
‑
>Fn)对于从所述对应输出元件(4.1
‑
>4.n)的所述对应定位点(P1
‑
>Pn)聚焦的所述多个照明聚焦点或聚焦区域是共有的，并且其中沿针对所述对应输出元件(4.1
‑
>4.n)的所述对应定位点(P1
‑
>Pn)的同一对应照明坐标轴(A1
‑
>An)的所述照明聚焦点或聚焦区域中的每一者至少在所述主波长或形状上彼此不同，并且/或者用所述照明光学器件(11)的不同光学孔径形成。4.根据权利要求0所述的设备，其特征在于，所述照明光学器件(11)和所述成像光学器件(13)被配置成形成多个重合聚焦点或聚焦区域，使得来自沿针对所述输出元件(4.1
‑
>4.n)中的每一者的所述同一对应照明坐标轴(A1
‑
>An)的所述多个照明聚焦点或聚焦区域的各个聚焦点或聚焦区域中的每一者在重合聚焦点或聚焦区域处与沿不同成像坐标轴(A1(8)
‑
>An(8))定位的成像聚焦点或聚焦区域重合，其中针对所述输出元件(4.1
‑
>4.n)中的每一者的所述照明坐标轴(A1
‑
>An)的取向不同于所述成像坐标轴(A1(8)
‑
>An(8))的取向。5.根据权利要求0至0中任一项所述的设备，其特征在于，在所述照明光学器件(11)中提供纵向色像差，以将光从针对所述输出元件(4.1
‑
>4.n)中的每个输出元件的所述定位点(P1
‑
>Pn)中的每个定位点聚焦在多个照明聚焦点上，使得沿同一照明坐标轴(A1
‑
>An)的所述照明聚焦点中的每一者在所述主波长上不同，所述多个照明聚焦点沿所述对应照明坐标轴(A1
‑
>An)定位在距所述照明光学器件(11)不同距离处，所述对应照明坐标轴与所述照明光学器件(11)的针对所述对应输出元件(4.1
‑
>4.n)的所述对应定位点(P1
‑
>Pn)的所述对应主光线(F1
‑
>Fn)相关联，以及在于，在所述成像光学器件(13)中提供纵向色像差，以从所述光传感器(8)的所述定位点(P1(8)
‑
>Pn(8))中的每一者形成多个成像聚焦点，使得沿同一成像坐标轴(A1(8)
‑
>An(8))的所述聚焦点中的每一者在所述主波长上不同，所述多个成像聚焦点沿对应成像坐标轴(A1(8)
‑
>An(8))定位在距所述成像光学器件(13)不同距离处，所述对应成像坐标轴与所述成像光学器件(13)的针对所述光传感器(8)的所述对应定位点(P1(8)
‑
>Pn(8))的所述对应主光线(F1(8)
‑
>Fn(8))相关联。6.根据权利要求0至0中任一项所述的设备，其特征在于，在所述照明光学器件(11)中提供球面像差，以将光从针对所述输出元件(4.1
‑
>4.n)中的每个输出元件的所述定位点(P1
‑
>Pn)中的每个定位点聚焦在多个成像聚焦点上，使得沿所述同一照明坐标轴(A1
‑
>An)的所述照明聚焦点中的每一者用所述照明光学器件(11)的不同光学孔径形成，所述多个成像聚焦点沿所述对应照明坐标轴(A1
‑
>An)定位在距所述照明光学器件(11)不同距离处，所述对应照明坐标轴与所述照明光学器件(11)的针对所述对应输出元件(4.1
‑
>4.n)的所述对应定位点(P1
‑
>Pn)的所述对应主光线(F1
‑
>Fn)相关联，以及在于，在所述成像光学器件(13)中提供球面像差，以从所述光传感器(8)的所述定位点(P1(8)
‑
>Pn(8))中的每一者形成多个成像聚焦点，使得沿所述同一成像坐标轴(A1(8)
‑
>An(8))的所述聚焦点中的每一者用所述成像光学器件(13)的不同光学孔径形成，所述多个成像聚焦点沿所述对应成像坐标轴(A1(8)
‑
>An(8))定位在距所述成像光学器件(13)不同距离处，所述对应成像坐标轴与所述成像光学器件(13)的针对所述光传感器(8)的所述对应
定位点(P1(8)
‑
>Pn(8))的所述对应主光线(F1(8)
‑
>Fn(8))相关联。7.根据权利要求0至0中任一项所述的设备，其特征在于，在所述照明光学器件(11)中提供像散，以将光从针对所述输出元件(4.1
‑
>4.n)中的每个输出元件的所述定位点(P1
‑
>Pn)中的每个定位点聚焦在具有不同形状的多个照明聚焦区域上，使得沿所述同一照明坐标轴(A1
‑
>An)的所述照明聚焦区域中的每一者用所述照明光学器件(11)的所述不同光学孔径形成，所述多个照明聚焦区域沿所述对应照明坐标轴(A1
‑
>An)定位在距所述照明光学器件(11)不同距离处，所述对应照明坐标轴与所述照明光学器件(11)的针对所述对应输出元件(4.1
‑
>4.n)的所述对应定位点(P1
‑
>Pn)的所述对应主光线(F1
‑
>Fn)相关联，以及在于，在所述成像光学器件(13)中提供像散，以从所述光传感器(8)的所述定位点(P1(8)
‑
>Pn(8))中的每一者形成具有不同形状的多个成像聚焦区域，使得沿所述同一成像坐标轴(A1(8)
‑
>An(8))的所述聚焦区域中的每一者用所述成像光学器件(13)的所述不同光学孔径形成，所述多个成像聚焦区域沿所述对应成像坐标轴(A1(8)
‑
>An(8))定位在距所述成像光学器件(13)不同距离处，所述对应成像坐标轴与所述成像光学器件(13)的针对所述光传感器(8)的所述对应定位点(P1(8)
‑
>Pn(8))的所述对应主光线(F1(8)
‑
>Fn(8))相关联。8.根据权利要求0所述的设备，其特征在于，当在所述照明光学器件(11)和所述成像光学器件(13)中提供纵向色像差时，所述重合聚焦点中的每一者由与共同主波长相关联的照明聚焦点和成像聚焦点组成。9.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，当在所述照明光学器件(11)和所述成像光学器件(13)中提供球面像差时，所述重合聚焦点中的每一者用所述照明光学器件(11)和所述成像光学器件(13)的所述相关光学孔径形成。10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，当在所述照明光学器件(11)和所述成像光学器件(13)中提供像散时，所述重合聚焦区域中的每一者由与共同形状相关联的照明聚焦区域和成像聚焦区域组成，并且用所述照明光学器件(11)和所述成像光学器件(13)的所述相关光学孔径形成。11.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，当所述设备包括多于一个输出元件(4.1
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>4.n)时，所述设备被配置成确定由所述光传感器(8)检测到的所述光的所述强度值的局部最大值的波长，以区分从哪个输出元件(4.1
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>4.n)提供所述局部最大值的所述光，从而确定相交的物点(2.1)的位置。12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述光传感器(8)为线型扫描相机、矩阵型相机、RGB相机或位置敏感检测器(PSD)。13.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述光传感器(8)是被配置成确定所述局部最大值的所述波长的RGB相机。14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，基于三角测量确定点(2.1)的位置。15.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述重合聚焦点的分布定义用于确定被测物体(2)的物点(2.1)的位置的测量空间。16.根据前述权利要求中任一项所述的设备，...
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