CN103471507B - 一种双光学系统闪测影像设备 - Google Patents

Abstract

一种双光学系统闪测影像设备由测量模块、控制模块、光学成像模块、驱动模块和测量平台组成，利用测量平台和光学成像模块采集工件的影像，通过数字图像处理技术提取各种复杂形状工件表面的坐标点，再利用坐标变换和数据处理技术将其转换成坐标测量空间中的各种几何要素，从而计算得到被测工件的实际尺寸、形状和相互位置关系。一种双光学系统闪测影像设备是整合已有闪测技术，结合常规测量和微观测量共用的理念而研发的一款精密测量产品，既能一键实现快速测量，又能进行显微级别的测量，极大地提高了测量效率。另外，还配置了丰富的外部接口，使得设备可以定制集成在各种生产线上，实现快速在线批量集成测量。

Description

一种双光学系统闪测影像设备

技术领域

本发明是一种影像测量设备，尤其是一种双光学系统闪测影像设备。

背景技术

随着现代制造企业对于制造效率和工件品质提出了越来越高的要求，要求在极短时间内实现对于加工工件的测量，完成各种测量与验证，反馈装配与加工的质量，为生产过程的调整以及品质保证提供依据。

目前市场上已有很多类型的影像测量设备，但对于显微级别的测量需求，市场上始终没有对应的产品出现。

特别是对于最近几年不断发展的智能手机和平板电脑等触摸屏电子产品来说，其主要部件液晶显示器现已成为技术密集和资金密集型的高新技术产品，而液晶显示器中的透明导电玻璃即ITO玻璃则是LCD的三大主要材料之一，ITO产品的市场需求量正在急剧增加，且质量的要求也是不断地在提高，人力目测已经渐渐达不到市场要求的质量、精度和产量要求的速度，其显微级别的测量需求尤为突出。而目前市场上现有的各类显微镜，存在只能观察不能测量的局限性，导致其不能满足测量ITO玻璃的需求。所以目前需要一种带有显微镜光学系统的闪测影像设备。

一种双光学系统闪测影像设备是业内独创的一款高效率且多功能的影像测量设备，由测量模块、控制模块、光学成像模块、驱动模块和测量平台组成，利用测量平台和光学成像模块采集工件的影像，通过数字图像处理技术提取各种复杂形状工件表面的坐标点，再利用坐标变换和数据处理技术将其转换成坐标测量空间中的各种几何要素，从而计算得到被测工件的实际尺寸、形状和相互位置关系。

发明内容

为了克服现有的影像测量设备的不足，本发明提供一种双光学系统闪测影像设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种双光学系统闪测影像设备，包括测量模块、控制模块、光学成像模块、驱动模块和测量平台。所述控制模块包括驱动控制单元和图像处理单元，所述光学成像模块包括大视野光学单元和显微镜光学单元，所述驱动模块包括X向驱动单元和Y向驱动单元。

所述光学成像模块均与所述驱动模块相连接，所述驱动模块与所述控制模块相连接，且所述控制模块与所述测量模块相连接，且所述大视野光学单元中的镜头和所述显微镜光学单元中的显微镜头之间的相对位置固定。

所述测量平台用于放置被测工件，从而使所述光学成像模块采集到被测工件的影像数据信息。

所述光学成像模块用于对所述测量平台上的被测工件进行成像，并将被测工件所成的影像数据信息传输给所述控制模块，其中所述大视野光学单元用于常规领域的整体尺寸相关参数的测量，所述显微镜光学单元则用于特殊领域的细节尺寸相关参数的测量。

所述驱动模块用于驱动所述光学成像模块并使之移动，其中所述X向驱动单元用于驱动所述光学成像模块做X向的移动，所述Y向驱动单元用于驱动所述光学成像模块做Y向的移动。

所述控制模块用于处理所述光学成像模块采集到的影像数据信息以获得被测工件的参数，且用于控制整个测量过程，其中所述图像处理单元用于控制所述光学成像模块在移动的过程中对被测工件进行多次成像并用于处理所成影像数据以获得被测工件的参数，所述驱动控制单元用于控制所述驱动模块以使所述光学成像模块按预定路径移动。

所述测量模块用于提供人机交互的界面，操作人员通过所述测量模块观测待测工件、输入输出数据、控制测量过程和对测量数据进行分析。

一种双光学系统闪测影像设备，其工作过程包括如下步骤：

1.为了实现所述大视野光学单元和所述显微镜光学单元获取测量数据的统一性，需要对两个光学单元之间的相对位置进行标定，获取相互之间的位置关系，并在测量中使用这些数据，对测量数据进行补偿，就可将这两个光学单元的测量数据统一到相同的坐标系中。

1)将一标定用标准件放置在所述测量平台上，并确保被测工件在其图像显示区域内。

2)先启动所述大视野光学单元，由所述大视野光学单元的镜头获取标准件的图像，并将该标准件的图像传送至镜头影像区内，并确保该标准件的图像在影像画面中的成像清晰，打开所述测量模块中的十字线，将该标准件的中心调节到与十字线的中心完全重合。

3)再启动所述显微镜光学单元，由所述显微镜光学单元的显微镜头获取标准件的图像，并将该标准件的图像传送至镜头影像区内，并确保该标准件的图像在影像画面中的成像清晰，最后将该标准件的中心调节到与十字线中心完全重合。

4)通过所述测量模块计算出上述过程中实现两次十字线中心重合时两镜头最终相对于该标准件中心的位移之和，并保存该值，将其作为之后测量过程中两光学单元的坐标补偿数据。

2.将一被测工件放置在所述测量平台上，并确保该被测工件在其图像显示区域内。

3.先切换至所述大视野光学单元，由所述大视野光学单元的镜头获取该被测工件的图像，并将该被测工件的图像传送至镜头影像区内，并确保该被测工件的图像在影像画面中的成像清晰。

1)按预定路径平移所述大视野光学单元的镜头，并在预定路径的多个位置处分别获取所述测量平台上多个区域的影像。

2)当被测工件尺寸较大时，一次成像难以覆盖整个被测工件，因此通过多次成像并进行图像拼接的方式获得被测工件的完整影像，以计算被测工件的几何参数。图像拼接方法已是本领域技术人员的公知常识，此处不再赘述。

3)将该被测工件的影像与多个预存工件影像进行比对以选择相匹配的预存工件影像。

4)根据匹配的预存工件影像与所获取的该被测工件影像得到两者之间的平移和旋转参数。

5)根据平移和旋转参数对所获取的该被测工件影像进行坐标变换，然后根据坐标变换后的该被测工件影像测得该被测工件的参数。

4.再切换至所述显微镜光学单元，由所述显微镜光学单元的显微镜头获取该被测工件的细节显微图像，并将该被测工件的细节显微图像传送至镜头影像区内，并确保该被测工件的细节显微图像在影像画面中的成像清晰。

1)按预定路径平移所述显微镜光学单元的镜头，并在预定路径的多个位置处分别获取所述测量平台上多个区域的影像；由于此时该被测工件所需测量的部分为较小的细节图像，其完整部分一般包含在其中一个区域的影像中。

2)将该被测工件的细节图像与多个预存工件影像进行比对以选择相匹配的预存工件影像。

3)根据匹配的预存工件影像与所获取的该被测工件细节影像得到两者之间的平移和旋转参数。

4)根据平移和旋转参数对所获取的该被测工件细节影像进行坐标变换，然后根据坐标变换后的该被测工件细节影像测得该被测工件的细节参数。

5)在所述显微镜光学单元的所有工作过程中，根据之前两光学单元标定后的坐标补偿数据，对测量数据进行补偿，就可将这两个光学单元的测量数据统一到相同的坐标系中，进而完成整个测量过程。

本发明的有益效果是：

一种双光学系统闪测影像设备是整合已有闪测技术，结合常规测量和微观测量共用的理念而研发的一款精密测量产品，既能一键实现快速测量，又能进行显微级别的测量，极大地提高了测量效率。另外，还配置了丰富的外部接口，使得设备可以定制集成在各种生产线上，实现快速在线批量集成测量。

附图说明

图1是一种双光学系统闪测影像设备的结构示意图。

图2是一种双光学系统闪测影像设备的系统框架示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图1和图2，本发明实施例提供一种双光学系统闪测影像设备，其包括测量模块1、控制模块2、光学成像模块3、驱动模块4和测量平台5。所述控制模块2包括驱动控制单元21和图像处理单元22，所述光学成像模块3包括大视野光学单元31和显微镜光学单元32，所述驱动模块4包括X向驱动单元41和Y向驱动单元42。

所述光学成像模块3均与所述驱动模块4相连接，所述驱动模块4与所述控制模块2相连接，且所述控制模块2与所述测量模块1相连接。所述大视野光学单元31中的镜头和所述显微镜光学单元32中的显微镜头之间的相对位置固定。

所述测量平台5用于放置被测工件，从而使所述光学成像模块3采集到被测工件的影像数据信息。

所述光学成像模块3用于对所述测量平台5上的被测工件进行成像，并将被测工件所成的影像数据信息传输给所述控制模块2。其中所述大视野光学单元31用于常规领域的整体尺寸相关参数的测量，所述显微镜光学单元32则用于特殊领域的细节尺寸相关参数的测量。

所述驱动模块4用于驱动所述光学成像模块3并使之移动。其中所述X向驱动单元41用于驱动所述光学成像模块3做X向的移动，所述Y向驱动单元42用于驱动所述光学成像模块3做Y向的移动。

所述控制模块2用于处理所述光学成像模块3采集到的影像数据信息以获得被测工件的参数，且用于控制整个测量过程。其中所述图像处理单元22用于控制所述光学成像模块3在移动的过程中对被测工件进行多次成像并用于处理所成影像数据以获得被测工件的参数，所述驱动控制单元21用于控制所述驱动模块4以使所述光学成像模块3按预定路径移动。

所述测量模块1用于提供人机交互的界面，操作人员通过所述测量模块1观测待测工件、输入输出数据、控制测量过程和对测量数据进行分析。

一种双光学系统闪测影像设备，其工作过程包括如下步骤(其中被测工件以液晶显示面板为例，所需测量的被测工件细节处以液晶显示面板上的ITO玻璃为例)：

1.对两个光学单元之间的相对位置进行标定。

1)将一标定用标准件放置在所述测量平台5上，并确保被测工件在其图像显示区域内。

2)先启动所述大视野光学单元31，由所述大视野光学单元31的镜头获取标准件的图像，并将该标准件的图像传送至镜头影像区内，并确保该标准件的图像在影像画面中的成像清晰，打开所述测量模块1中的十字线，将该标准件的中心调节到与十字线中心完全重合。

3)再启动所述显微镜光学单元32，由所述显微镜光学单元32的显微镜头获取标准件的图像，并将该标准件的图像传送至镜头影像区内，并确保该标准件的图像在影像画面中的成像清晰，最后将该标准件的中心调节到与十字线中心完全重合。

4)通过所述测量模块1计算出上述过程中实现两次十字线中心重合时两镜头最终相对于该标准件中心的位移之和，并保存该值，将其作为之后测量过程中两光学单元的坐标补偿数据。

2.将一液晶显示面板放置在所述测量平台5上，并确保该液晶显示面板在其图像显示区域内。

3.先切换至所述大视野光学单元31，由所述大视野光学单元31的镜头获取该液晶显示面板的图像，并将该液晶显示面板的图像传送至镜头影像区内，并确保该液晶显示面板的图像在影像画面中的成像清晰。

1)按预定路径平移所述大视野光学单元31的镜头，并在预定路径的多个位置处分别获取所述测量平台5上多个区域的影像。

2)通过多次成像并进行图像拼接的方式获得该液晶显示面板的完整影像，以计算被测工件的几何参数。

3)将该液晶显示面板的影像与多个预存工件影像进行比对以选择相匹配的预存工件影像。

4)根据匹配的预存工件影像与所获取的该液晶显示面板影像得到两者之间的平移和旋转参数。

5)根据平移和旋转参数对所获取的该液晶显示面板影像进行坐标变换，然后根据坐标变换后的该液晶显示面板影像测得该液晶显示面板的参数。

4.再切换至所述显微镜光学单元32，由所述显微镜光学单元32的显微镜头获取该液晶显示面板的细节显微图像，即ITO玻璃的图像，并将该ITO玻璃的图像传送至镜头影像区内，并确保该ITO玻璃的图像在影像画面中的成像清晰。

1)按预定路径平移所述显微镜光学单元32的镜头，并在预定路径的多个位置处分别获取所述测量平台5上多个区域的影像；由于此时该ITO玻璃的图像尺寸较小，其图像的完整部分一般包含在其中一个区域的影像中。

2)将该ITO玻璃的图像与多个预存工件影像进行比对以选择相匹配的预存工件影像。

3)根据匹配的预存工件影像与所获取的该ITO玻璃的图像得到两者之间的平移和旋转参数。

4)根据平移和旋转参数对所获取的该ITO玻璃的图像进行坐标变换，然后根据坐标变换后的该ITO玻璃的图像测得该被测工件的细节参数。

5)在所述显微镜光学单元32的所有工作过程中，根据之前两光学单元标定后的坐标补偿数据，对测量数据进行补偿，就可将这两个光学单元的测量数据统一到相同的坐标系中，进而完成整个测量过程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双光学系统闪测影像设备，其特征在于：包括测量模块、控制模块、光学成像模块、驱动模块和测量平台，所述控制模块包括驱动控制单元和图像处理单元，所述光学成像模块包括大视野光学单元和显微镜光学单元，所述驱动模块包括X向驱动单元和Y向驱动单元；

其工作过程包括如下步骤：

1)为了实现所述大视野光学单元和所述显微镜光学单元获取测量数据的统一性，需要对两个光学单元之间的相对位置进行标定，获取相互之间的位置关系，并在测量中使用这些数据，对测量数据进行实时补偿，就可将这两个光学单元的测量数据统一到相同的坐标系中；

具体包括：将一标定用标准件放置在所述测量平台上，并确保被测工件在其图像显示区域内；先启动所述大视野光学单元，由所述大视野光学单元的镜头获取标准件的图像，并将该标准件的图像传送至镜头影像区内，并确保该标准件的图像在影像画面中的成像清晰，打开所述测量模块中的十字线，将该标准件的中心调节到与十字线的中心完全重合；再启动所述显微镜光学单元，由所述显微镜光学单元的显微镜头获取标准件的图像，并将该标准件的图像传送至镜头影像区内，并确保该标准件的图像在影像画面中的成像清晰，最后将该标准件的中心调节到与十字线中心完全重合；通过所述测量模块计算出上述过程中实现两次十字线中心重合时两镜头最终相对于该标准件中心的位移之和，并保存该值，将其作为之后测量过程中两光学单元的坐标补偿数据；

2)将一被测工件放置在所述测量平台上，并确保被测工件在其图像显示区域内；

3)先切换至所述大视野光学单元，由所述大视野光学单元的镜头获取该被测工件的图像，并将该被测工件的图像传送至镜头影像区内，并确保该被测工件的图像在影像画面中的成像清晰，根据图像拼接和坐标变换后的被测工件影像测得被测工件的参数；

具体包括：按预定路径平移所述大视野光学单元的镜头，并在预定路径的多个位置处分别获取所述测量平台上多个区域的影像；当被测工件尺寸较大时，一次成像难以覆盖整个被测工件，因此通过多次成像并进行图像拼接的方式获得被测工件的完整影像，以计算被测工件的几何参数；将该被测工件的影像与多个预存工件影像进行比对以选择相匹配的预存工件影像；根据匹配的预存工件影像与所获取的该被测工件影像得到两者之间的平移和旋转参数；根据平移和旋转参数对所获取的该被测工件影像进行坐标变换，然后根据坐标变换后的该被测工件影像测得该被测工件的参数；

4)再切换至所述显微镜光学单元，由所述显微镜光学单元的显微镜头获取该被测工件的细节显微图像，并将该被测工件的细节显微图像传送至镜头影像区内，并确保该被测工件的细节显微图像在影像画面中的成像清晰，根据图像拼接和坐标变换后的被测工件影像测得被测工件的参数；

具体包括：按预定路径平移所述显微镜光学单元的镜头，并在预定路径的多个位置处分别获取所述测量平台上多个区域的影像；由于此时该被测工件所需测量的部分为较小的细节图像，其完整部分一般包含在其中一个区域的影像中；将该被测工件的细节图像与多个预存工件影像进行比对以选择相匹配的预存工件影像；根据匹配的预存工件影像与所获取的该被测工件细节影像得到两者之间的平移和旋转参数；根据平移和旋转参数对所获取的该被测工件细节影像进行坐标变换，然后根据坐标变换后的该被测工件细节影像测得该被测工件的细节参数；

5)在所述显微镜光学单元的所有工作过程中，根据之前两光学单元标定后的坐标补偿数据，对测量数据进行补偿，就可将这两个光学单元的测量数据统一到相同的坐标系中，进而完成整个测量过程。

2.根据权利要求1所述的一种双光学系统闪测影像设备，其特征在于:所述光学成像模块均与所述驱动模块相连接，所述驱动模块与所述控制模块相连接，所述控制模块与所述测量模块相连接，且所述大视野光学单元中的镜头和所述显微镜光学单元中的显微镜头之间的相对位置固定。

3.根据权利要求1所述的一种双光学系统闪测影像设备，其特征在于：所述测量平台用于放置被测工件，从而使所述光学成像模块采集到被测工件的影像数据信息。

4.根据权利要求1所述的一种双光学系统闪测影像设备，其特征在于：所述光学成像模块用于对所述测量平台上的被测工件进行成像，并将被测工件所成的影像数据信息传输给所述控制模块。

5.根据权利要求1所述的一种双光学系统闪测影像设备，其特征在于：所述驱动模块用于驱动所述光学成像模块并使之移动，其中所述X向驱动单元用于驱动所述光学成像模块做X向的移动，所述Y向驱动单元用于驱动所述光学成像模块做Y向的移动。

6.根据权利要求1所述的一种双光学系统闪测影像设备，其特征在于：所述控制模块用于处理所述光学成像模块采集到的影像数据信息以获得被测工件的参数，且用于控制整个测量过程，其中所述图像处理单元用于控制所述光学成像模块在移动的过程中对被测工件进行多次成像并用于处理所成影像数据以获得被测工件的参数，所述驱动控制单元用于控制所述驱动模块以使所述光学成像模块按预定路径移动。

7.根据权利要求1所述的一种双光学系统闪测影像设备，其特征在于：所述测量模块用于提供人机交互的界面，操作人员通过所述测量模块观测待测工件、输入输出数据、控制测量过程和对测量数据进行分析。