CN103925875A - 光学成像系统以及通过该系统进行检测目标寻找的方法 - Google Patents

Abstract

一种光学成像系统及采用光学成像系统进行检测目标寻找的方法，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。所述影像镜头与所述激光头设置为同步升降结构。所述激光发射器发射的激光与所述影像镜头的轴线平行。采用该光学成像系统进行检测目标寻找的方法，首先通过影像镜头寻找检测目标，再在影像镜头的引导下将待检测目标调整至激光头下方进行检测。本发明利用影像设备的宽视域特点，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。

Description

光学成像系统以及通过该系统进行检测目标寻找的方法

技术领域

本发明涉及测量设备技术领域，特别是涉及一种光学成像系统及通过该系统进行检测目标寻找的方法。 

背景技术

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。

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仅是一个点，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。

    因此，针对现有技术不足，提供一种光学成像系统及通过该系统进行检测目标寻找的方法以克服现有技术不足甚为必要。

发明内容

本发明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通过该系统进行检测目标寻找的方法，能够快速准确地寻找检测成像目标，提高检测效率。 

本发明的上述目的通过如下技术手段实现。   

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。

上述影像镜头与所述激光头设置为同步升降结构。

上述激光发射器发射的激光与所述影像镜头的轴线平行。 

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。

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°。

采用上述光学成像系统进行检测目标寻找的方法，首先通过影像镜头寻找检测目标，再在影像镜头的引导下将待检测目标调整至激光头下方进行检测。

上述检测目标寻找的方法，具体包括以下步骤，

（1）影像坐标与激光坐标共坐标校正，

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（Jx₁、Jy₁）；

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（Yx₁、Yy₁）；

根据坐标（Jx₁、Jy₁）与坐标为（Yx₁、Yy₁）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；

（2）利用影像镜头预先寻找测试目标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）；

（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下进行测试目标测量。

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；

所述影像镜头在所述导航镜头的导航引导下寻找测试目标S，具体包括如下步骤：

（1）导航坐标与影像坐标共坐标校正，

选择标准块上n个不同位置的点作为测试点P₁、P₂……P_n, n为自然数，且n不小于3；

将标准块上的测试点分别移动到影像镜头及导航镜头的视域范围内，采用影像镜头和导航镜头分别测量每个测试点的坐标，通过影像镜头在影像坐标系下得到与测试点P₁、P₂……P_n分别一一对应的测量坐标为（Yx₁、Yy₁）、（Yx₂、Yy₂）……（Yxn、Yyn）, 通过导航镜头在导航坐标系下得到与测试点P₁、P₂……P_n分别一一对应的测量坐标为（Dx₁、Dy₁）、（Dx₂、Dy₂）……（Dx₃、Dy₃）；

根据测试点P₁、P₂……P_n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；

（2）导航镜头预先寻找测试目标S，测试目标S在导航坐标系下的坐标为（Dxs、Dys）,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在影像镜头坐标系对应的坐标（Yxs、Yys）；

（3）在影像镜头坐标系内，将坐标为（Yxs、Yys）的测试目标移动至影像镜头视域内。

上述步骤（1）中n等于4，测试点P₁、P₂、P₃和P₄位于矩形的四个顶点。

本发明的光学成像系统，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。本发明提供的采用光学成像系统进行检测目标寻找的方法，首先通过影像镜头寻找检测目标，再在影像镜头的引导下将待检测目标调整至激光头下方进行检测。故本发明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。

附图说明

利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明一种光学成像系统实施例1的结构示意图；

图2是本发明光学成像系统的影像镜头及激光头的视域示意图；

图3是本发明一种光学成像系统实施例2的结构示意图；

图4是图3的部分结构示意图；

图5是图3的光学成像系统的影像镜头和导航镜头的视域示意图；

在图1至图5中，包括：

纵向安装座100、

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、

激光发射器300、激光头310、激光320、

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、

检测样品500。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例1。

一种光学成像系统，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。 

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。

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。

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。

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。

上述检测目标寻找的方法，具体包括以下步骤：

（1）影像坐标与激光坐标共坐标校正，

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（Jx₁、Jy₁）；

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（Yx₁、Yy₁）；

根据坐标（Jx₁、Jy₁）与坐标为（Yx₁、Yy₁）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；

（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）；

（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。

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。

实施例2。

一种光学成像系统，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M与影像镜头210的轴线L相交，且导航镜头410的轴线M与影像镜头210的轴线L之间的夹角A为锐角。

导航镜头410的轴线M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°。

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。

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：

（1）导航坐标与影像坐标共坐标校正，

选择标准块上n个不同位置的点作为测试点P₁、P₂……P_n, n为自然数，且n不小于3；步骤（1）中n优选等于4，测试点P₁、P₂、P₃和P₄位于矩形的四个顶点；

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P₁、P₂……P_n分别一一对应的测量坐标为（Yx₁、Yy₁）、（Yx₂、Yy₂）……（Yxn、Yyn）, 通过导航镜头410在导航坐标系下得到与测试点P₁、P₂……P_n分别一一对应的测量坐标为（Dx₁、Dy₁）、（Dx₂、Dy₂）……（Dx₃、Dy₃）；

根据测试点P₁、P₂……P_n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；

（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、Dys）,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）；

（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。

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。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，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者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

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。

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3所述的光学成像系统，其特征在于：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。

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20°至60°。

6.采用权利要求1至3任意一项所述的光学成像系统进行检测目标寻找的方法，其特征在于：首先通过影像镜头寻找检测目标，再在影像镜头的引导下将待检测目标调整至激光头下方进行检测。

7.根据权利要求6 所述的检测目标寻找的方法，其特征在于：具体包括以下步骤，

（1）影像坐标与激光坐标共坐标校正，

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（Jx₁、Jy₁）；

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（Yx₁、Yy₁）；

根据坐标（Jx₁、Jy₁）与坐标为（Yx₁、Yy₁）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；

（2）利用影像镜头预先寻找测试目标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）；

（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下进行测试目标测量。

8.根据权利要求7 所述的检测目标寻找的方法，其特征在于：所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；

所述影像镜头在所述导航镜头的引导下寻找测试目标S，具体包括如下步骤：

（1）导航坐标与影像坐标共坐标校正，

选择标准块上n个不同位置的点作为测试点P₁、P₂……P_n, n为自然数，且n不小于3；

将标准块上的测试点分别移动到影像镜头及导航镜头的视域范围内，采用影像镜头和导航镜头分别测量每个测试点的坐标，通过影像镜头在影像坐标系下得到与测试点P₁、P₂……P_n分别一一对应的测量坐标为（Yx₁、Yy₁）、（Yx₂、Yy₂）……（Yxn、Yyn）, 通过导航镜头在导航坐标系下得到与测试点P₁、P₂……P_n分别一一对应的测量坐标为（Dx₁、Dy₁）、（Dx₂、Dy₂）……（Dx₃、Dy₃）；

根据测试点P₁、P₂……P_n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；

（2）导航镜头预先寻找测试目标S，测试目标S在导航坐标系下的坐标为（Dxs、Dys）,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在影像镜头坐标系对应的坐标（Yxs、Yys）；

（3）在影像镜头坐标系内，将坐标为（Yxs、Yys）的测试目标移动至影像镜头视域内。

9.根据权利要求8 所述的检测目标寻找的方法，其特征在于：所述步骤（1）中n等于4，测试点P₁、P₂、P₃和P₄位于矩形的四个顶点。