CN102081218B - 影像测量仪的对焦装置 - Google Patents

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Abstract

一种影像测量仪的对焦装置，包括一光学装置、一图案光装置、一同轴光装置、一分光镜、一影像攫取装置及一光源，所述光源用于照射一待测工件，所述光学装置用于根据图案光装置或同轴光装置所发出的光线对所述待测工件进行光学成像，所述影像攫取装置用于通过该光学装置感应所述待测工件的图像并将其转换为电信号以传输给一电脑系统进行对焦分析，所述图案光装置通过所述分光镜与上述光学装置相连；所述同轴光装置通过所述分光镜与上述光学装置相连；所述图案光装置与同轴光装置以该分光镜为垂点成90度夹角；所述分光镜用于将所述图案光装置或同轴光装置发出的光线传送到所述光学装置。上述影像测量仪的对焦装置可准确的对表面待测工件进行对焦。

Description

影像测量仪的对焦装置
技术领域
本发明涉及一种对焦装置，尤其涉及一种影像测量仪的对焦装置。
背景技术
影像量测是目前精密量测领域中最广泛使用的量测方法，该方法不仅精度高，而且量测速度快。影像量测主要用于零件或者部件的尺寸物差和形位误差的测量，对保证产品质量起着重要的作用。
一般而言，在测量待测工件的轮廓或表面高度前，通常需要进行影像对焦，使得待测工件的表面到镜头的距离等于焦距，能否准确的对焦，对保证测试的精度起着重要的作用。影像自动对焦方法为：在一定范围内移动电荷耦合装置(charge coupled device，CCD)的镜头，并不断获取待测工件表面的影像，然后根据获取的影像计算出CCD镜头的焦点位置。然而，在对焦的过程中，通常被测工件表面会出现受光不均匀现象，使对焦的准确性降低，况且，当所述被测工件表面的光滑度非常高的时候，比如光滑的玻璃片，由于光射到待测工件的光滑表面反射回CCD时，所获取的影像中的轮廓信息非常少，在计算影像的清晰度时准确度不高，从而也影响对焦的准确性。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种影像测量仪的对焦装置，其可以对光滑的被测工件表面或粗糙的被测工件表面进行对焦，使被测工件表面受光均匀，提高了对焦的准确性。
一种影像测量仪的对焦装置，包括一光学装置、一图案光装置、一同轴光装置、一分光镜、一影像攫取装置及一光源，所述光源用于照射一待测工件，所述光学装置用于根据图案光装置或同轴光装置所发出的光线对所述待测工件进行光学成像，所述影像攫取装置用于通过所述光学装置感应所述待测工件的图像并将其转换为电信号以传输给一电脑系统进行对焦分析，所述图案光装置通过所述分光镜与上述光学装置相连；所述同轴光装置通过所述分光镜与上述光学装置相连；所述图案光装置与同轴光装置以该分光镜为垂点成90度夹角；所述分光镜用于将所述图案光装置或同轴光装置发出的光线传送到所述光学装置。
上述影像测量仪的对焦装置在待测工件表面的光滑度较高时，可利用所述图案光装置将图案片上的图案投射到所述待测工件的表面，以准确的对待测工件进行对焦。如果所述待测工件表面的光滑度粗糙时，利用所述同轴光装置发出的光线投射到所述待测工件的表面，直接对待测工件进行对焦。
附图说明
图1是本发明影像测量仪的较佳实施方式的立体图。
图2是图1中对焦装置的较佳实施方式的立体图。
图3是图1中对焦装置的剖面图。
图4为图1中图案片的示意图。
图5为图1中所述图案光装置与光学装置、影像攫取装置之间的连接关系示意图。
图6为图1中所述同轴光装置与光学装置、影像攫取装置之间的连接关系示意图。
主要元件符号说明
  对焦装置   100
  影像测量仪   1
  工作台   2
  龙门架   3
  顶罩   4
  光学装置   5
  壳体   50、60、70、110
  第一透镜   51
  第二透镜   52
  半透半反射镜   53
  图案光装置   6
  图案光源   61
  倍率放大器   62、72、73
  图案片   63
  同轴光装置   7
  同轴光源   71
  环形光源   8
  待测工件   9
  影像攫取装置   10
  分光镜   11
  菱镜   111
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施方式对本发明作进一步详细描述。
参考图1至图6，本发明影像测量仪1的较佳实施方式包括一与水平面平行的工作台2、一跨设于该工作台2的龙门架3、一固设于该龙门架3中部的顶罩4及一对焦装置100。该对焦装置100包括一光学装置5、一图案光装置6、一同轴光装置7、一分光镜11、一影像攫取装置10及一光源，如一环形光源8。所述环形光源8为LED(Light Emitting Diode，发光二极管)光源。所述影像测量仪1还设有一X轴传动系统、一Y轴传动系统及一Z轴传动系统(图未示)。所述X轴传动系统用以驱动所述顶罩4沿如图1所示的机械坐标系的X轴移动，所述Y轴传动系统用以驱动所述工作台2沿所述机械坐标系的Y轴移动。所述X轴及Y轴分别平行于所述工作台2。所述Z轴传动系统用以驱动所述光学装置5、图案光装置6、同轴光装置7、分光镜11、影像攫取装置10沿所述机械坐标的Z轴移动，用以使所述光学装置5对一位于所述工作台2上的待测工件9对焦。
所述光学装置5安装于所述影像攫取装置10及环形光源8的中间。所述环形光源8用于照射所述待测工件9，所述光学装置5用于对所述待测工件9进行光学成像，所述影像攫取装置10用于通过第一透镜51(如图3所示)感应由所述光学装置5所形成的待测工件9的图像并将其转换成电信号并将其传输给一电脑系统(图未示)进行对焦分析。该电脑系统包括一显示装置，用以显示所述影像攫取装置10所攫取的图像。所述影像攫取装置10可以是一CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)摄像头，也可以是CMOS(Complementary MetalOxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)摄像头。
所述光学装置5包括一壳体50、两透镜51、52及一半透半反射镜53，所述两透镜51及52分别安装于所述壳体50的两端，以对所述待测工件9进行光学成像，所述半透半反射镜53位于所述两透镜51及52之间，且与所述壳体50的轴成45度夹角。
所述图案光装置6包括一壳体60、一装设于壳体60前端的图案光源61、一倍率放大器62、一图案片63，所述图案光源61、一倍率放大器62、一图案片63依次安装于所述壳体60内部，如图3所示。所述图案光源61为LED(Light Emitting Diode，发光二极管)光源。所述图案片62为一玻璃片，其上具有如图4所示的多个透明与不透明的方形，且所述多个透明与不透明的方形交替排布。所述倍率放大器62为一透镜，通过调整透镜62距离，可以改变投射到所述待测工件9的表面上的特征图案的大小。在其他实施方式中，所述图案片63上的图案也可以为其它图案，如轮廓清晰的动物像、人物像或者风景均可。
所述同轴光装置7包括一壳体70、一装设于壳体70前端的同轴光源71及两倍率放大器72、73，所述同轴光源71、倍率放大器72、73依次安装于所述壳体70内部，如图3所示。所述图案光源71为LED(Light Emitting Diode，发光二极管)光源。所述倍率放大器72、73为两透镜，通过倍率放大器72、73的距离，可以改变投射到所述待测工件9的表面上光的亮度。
所述分光镜11包括一壳体110、一装设于壳体110的菱镜111，如图3所示。所述图案光装置6通过分光镜11与光学装置5相连，同轴光装置7也通过分光镜11与光学装置5相连。该分光镜11用于分别将图案光装置6发出的光线及同轴光装置7发出的光线投射到光学装置5中。其中，图案光装置6与同轴光装置7以分光镜11为垂点成90度夹角。具体而言，光线的传播路径如图3所示，当图案光装置6发出水平的光线投射到分光镜11的菱镜111上时，光线穿过菱镜111；当同轴光装置7发出垂直的光线投射到分光镜11的菱镜111上时，光线发生90度的折射。所述菱镜111与所述壳体110的轴成45度夹角。
上述影像测量仪1包括所述图案光装置6及同轴光装置7，如果所述待测工件9表面的光滑度较高，则利用所述图案光装置6将图案片63的图形投射到所述待测工件9的表面，以方便对焦；如果所述待测工件9表面的光滑度较低，则利用所述同轴光装置7照亮所述待测工件9即可。具体内容描述如下：
当所述待测工件9表面的光滑度较高时，开启所述图案光源61及环形光源8，所述图案光源61所发出的光线依次通过所述倍率放大器62、图案片63、菱镜111、半透半反射镜53以及透镜52将所述图案片63的图形投射在所述待测工件9的表面，同时通过控制所述环形光源8的照明区域照亮所述待测工件9的指定区域。此时，所述光学装置5将对所述待测工件9的表面进行成像。所述影像攫取装置10感应所述待测工件9的表面的图像并将其转换为电信号以传输给所述电脑系统，从而运算得到所述待测工件9的表面的图像的清晰度及对比度。所述电脑系统根据其清晰度及对比度即可判断得到所述待测工件9的焦点位置。
当所述待测工件9表面的光滑度较低时，即所述待测工件9表面粗糙时，开启所述同轴光源71及环形光源8，所述同轴光源71所发出的光线依次通过所述倍率放大器72、73、菱镜111、半透半反射镜53以及透镜52投射在所述待测工件9的表面，同时通过控制所述环形光源8的照明区域照亮所述待测工件9的指定区域。此时，所述光学装置5将对所述待测工件9的表面进行成像。所述影像攫取装置10感应所述待测工件9的表面的图像并将其转换为电信号以传输给所述电脑系统，从而运算得到所述待测工件9的表面的图像的清晰度及对比度。所述电脑系统根据其清晰度及对比度即可判断得到所述待测工件9的焦点位置。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种影像测量仪的对焦装置，包括一光学装置、一图案光装置、一同轴光装置、一分光镜、一影像攫取装置及一光源，所述光源用于照射一待测工件，所述光学装置用于根据所述图案光装置或所述同轴光装置所发出的光线对所述待测工件进行光学成像，所述影像攫取装置用于通过所述光学装置感应所述待测工件的图像并将其转换为电信号以传输给一电脑系统进行对焦分析，其特征在于： 
所述图案光装置通过所述分光镜与上述光学装置相连； 
所述同轴光装置通过所述分光镜与上述光学装置相连，所述同轴光装置与所述光学装置同轴； 
所述图案光装置与所述同轴光装置以该分光镜为垂点成90度夹角；及 
所述分光镜用于将所述图案光装置或所述同轴光装置发出的光线传送到所述光学装置。 
2.如权利要求1所述的影像测量仪的对焦装置，其特征在于：所述光学装置包括第一透镜与第二透镜，及位于该第一透镜与第二透镜之间且与该第二透镜不平行的半透半反射镜。 
3.如权利要求1或2其中任一项所述的影像测量仪的对焦装置，其特征在于：所述同轴光装置包括依次安装在该同轴光装置内部的一同轴光源、一第三透镜及一第四透镜。 
4.如权利要求3所述的影像测量仪的对焦装置，其特征在于：当所述待测工件表面粗糙时，所述同轴光源发射的光线依次通过所述第三透镜、第四透镜、分光镜、半透半反射镜及第二透镜投射至所述待测工件的表面，直接对待测工件进行对焦。 
5.如权利要求1或2所述的影像测量仪的对焦装置，其特征在于：所述图案光装置包括依次安装在该图案光装置内部的一图案光源、一倍率放大器及一具有图案的图案片。 
6.如权利要求5所述的影像测量仪的对焦装置，其特征在于：所述倍率放大器为一透镜。 
7.如权利要求5所述的影像测量仪的对焦装置，其特征在于：所述图案片上的图案为多个透明与不透明的方形，所述多个透明与不透明的方形交替排布。 
8.如权利要求7所述的影像测量仪的对焦装置，其特征在于：当所述待测工件表面光滑时，所述图案光源所发射的光线依次通过图案片、分光镜、半透半反射镜及第二透镜投射至所述待测工件的表面，在所述待测工件的表面形成所述图案片上的图案，以对所述待测工件的表面进行对焦。 
9.如权利要求1所述的影像测量仪的对焦装置，其特征在于：所述光源为LED光源。 
10.如权利要求1所述的影像测量仪的对焦装置，其特征在于：所述分光镜包括一壳体及一装设于该壳体的棱镜。 
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