CN108931185A - 一种光机模组的检测装置和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光机模组的检测装置的新技术方案。其中光机模组的检测装置，包括：第一底座，用于固定待检测的光机模组；激光发射器，位于光机模组的一侧，发射激光光束的发光端朝向所述光机模组；工业相机，位于光机模组的一侧，镜头朝向所述光机模组；激光接收标靶，位于所述镜头与所述待检测的光机模组之间，靶面朝向所述光机模组，被配置为能够接收到激光光束通过光机模组反射或/和折射出的出射光并且接收到出射光的位置能够被所述工业相机拍摄到。本发明的技术效果是本发明提供的光机模组的检测装置能够用于检测光机模组的装配是否满足要求。

Description

一种光机模组的检测装置和检测方法

技术领域

本发明涉及工业生产技术领域，更具体地，涉及一种光机模组的检测装置和检测方法。

背景技术

光机模组主要应用是产品微投影成像系统中,广泛应用于手机、手表、玩具及VR等各类电子产品中。

在现有技术中，随着光机模组产品需求的扩大，为了保证产品的良品率，提高用户体验，光机模组的检测也是生产过程中非常重要的一个环节。对光机模组装配精度的检测，现有技术中通常是采用机械的方式或者产品光学成像进行检测。使用光学成像方法一般是采用光谱仪等设备，针对产品胶合后的色散，畸变，分辨率等光学性能进行评估，光谱仪等设备价格昂贵，通常需要几百万人民币，投资巨大，并且使用光谱仪也仅适用于实验室或者小批量产品检测，通过抽样检测来判断其良品率，不适用与大规模工业化的生产检测，难以保障出厂的光机模组的良品率。而机械方法则是通过三次元等设备对产品外形是否满足设计加工要求进行检测，同样存在检测效率低，价格高等问题。如何降低光机模组检测设备的成本，使其适合工业化生产中的应用是本领域所迫切需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种光机模组的检测装置的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种光机模组的检测装置，包括：

第一底座，用于固定待检测的光机模组；

激光发射器，位于光机模组的一侧，发射激光光束的发光端朝向所述光机模组；

工业相机，位于光机模组的一侧，镜头朝向所述光机模组；

激光接收标靶，位于所述镜头与所述待检测的光机模组之间，靶面朝向所述光机模组，被配置为能够接收到激光光束通过光机模组反射或/和折射出的出射光并且接收到出射光的位置能够被所述工业相机拍摄到。

可选地，还包括图像处理模块，所述图像处理模块与所述工业相机电连接，接收并处理工业相机拍摄的图像。

可选地，还包括渐变型衰减片，所述渐变型衰减片位于所述激光发射器与所述待检测的光机模组之间。

可选地，还包括调节平台，所述激光发射器和工业相机分别设置在对应的调节平台上。

可选地，所述激光发射器发射出的激光光束与所述光机模组相垂直。

可选地，所述工业相机的镜头和所述激光接收标靶与所述出射光的光路垂直。

可选地，包括有多个一一对应的激光接收标靶和工业相机，所述多个激光接收标靶分别位于所述光机模组的不同侧面，接收不同方向的出射光。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种光机模组的检测方法，包括以下步骤：

固定光机模组；

使用激光发射器发射激光光束照射光机模组；

在激光接收标靶上接收激光光束通过光机模组反射或/和折射出的出射光；

使用工业相机拍摄激光接收标靶上的出射光位置；

比较拍摄到的出射光位置相对于理想状态或光机模组的标准件的出射光位置的变化。

可选地，还包括以下步骤：

计算出激光接收标靶上的出射光位置的坐标；

计算激光接收标靶上的出射光位置的坐标与理想状态下的出射光位置的坐标之间的偏差。

可选地，还包括以下步骤：

所述激光接收标靶上的出射光位置为光斑状，通过计算确定出光斑的中心，该中心的坐标即激光接收标靶上的出射光位置的坐标。

根据本公开的一个实施例，本发明提供的光机模组的检测装置能够用于检测光机模组的装配是否满足要求。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明一种具体实施方式的实施原理图；

图2是本发明一种具体实施方式的俯视结构示意图；

图3是本发明一种具体实施方式的侧视结构示意图；

图4是本发明一种具体实施方式中的激光发射器调试校准原理示意图；

图5是图4中的第一反光镜的侧视结构示意图；

图6是本发明一种具体实施方式中的工业相机调试校准原理示意图；

图7是本发明另一种具体实施方式的原理结构示意图；

图8是本发明另一种具体实施方式中所拍摄的出射光位置；

图9是本发明另一种具体实施方式中计算得到的出射光位置；

图10是本发明另一种具体实施方式中的精度测量示意图；

图中：1光机模组，11第一产品仿形反光镜，12第二产品仿形反光镜， 2激光发射器，21第一反光镜，22圆孔，23渐变型衰减片，3工业相机， 31第二反光镜，4激光接收标靶，5第一底座，6第二底座。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明提供的一种光机模组1的检测装置，如图1-3中所示的，包括第一底座5、激光发射器2、工业相机3和激光接收标靶4。所述第一底座 5用于固定待检测的光机模组1。在完成检测后，将光机模组1取下，在固定上另一个待检测的光机模组1，使得本装置能够重复的连续化使用。激光发射器2位于被固定的光机模组1的一侧。激光发射器2具有能够发射激光光束的发光端。所述激光光束可以是较细的以及平行度高的高斯光线。所述发光端朝向所述光机模组1，发出的激光光束能够照射到光机模组1。所述激光光束照射到光机模组1上后，通过光机模组1反射或/和折射成至少一束出射光，出射光向远离光机模组1的方向射出。所述激光接收标靶 4设置在光机模组1的一侧，位于出射光的光路上，激光接收标靶4的靶面朝向光机模组1并接收所述出射光。所述接收是指能够吸收部分出射光，并在激光接收标靶4上显影。所述激光接收标靶4可以是采用黑色有机玻璃和图卡组成，例如在黑色有机玻璃的激光接收标靶4上标注有坐标系，便与定位接收到的出射光的位置，有机玻璃的颜色也可以是褐色等其他颜色，也可以是其他的透光显影材料，本申请对此并不限制。所述工业相机 3位于光机模组1的一侧，镜头朝向所述光机模组1，能够拍摄到激光接收标靶4上的出射光位置，即所述激光接收标靶4位于所述镜头与所述待检测的光机模组1之间。

使用本发明的检测装置在检测光机模组1时，激发激光光束在光机模组1上产生反射或/和折射，能够根据计算确定出理想状态下的光路，或者是根据通过符合标准的标准件进行校准时的光路作为基准，出射光的光路就是基本确定的；然后再通过激光接收标靶4接收出射光，使用工业相机拍摄激光接收标靶4上接收到的出射光位置，与理想状态下或者是标准件下的出射光位置进行比较，来确定产品装配是否满足要求。在检测的过程中，光机模组1、激光发射器2、激光接收标靶4和工业相机3之间的相对位置是保持不变的，唯一的变量就是更换的光机模组1，使得出射光位置发生变化是由于不同的光机模组1引起的，即光路的变化仅是因为在不同的光机模组1内，由于加工、装配等原因引起的误差，使得激光光束的反射或/和折射发生变化才会引起光路的变化，并且根据将不同的光机模组1 所对应的不同的出射光位置与理想状态下或者是标准件下的出射光位置进行比较，判断是否存在误差，误差是否在允许范围之内，从而能够进一步的判断出光机模组1是否为良品，装配是否符合要求等。本领域技术人员可以理解，上述的不同的光机模组1是指同一个产品批量制造出来的单一个体，并非是不同的产品。

在检测过程中，本检测装置只需要一次调试校准到位，相对固定，仅需要更换待检测的光机模组1即可批量的检测同一种光机模组1，使得检测效率高，同时本检测装置中所采用的设备相对于光谱仪等成本低廉，降低了企业运营成本，能够大批量制造使用。适用于大批量产品成产组装线的品质管控。本领域技术人员可以理解，在检测不同的产品时，由于产品形状、结构以及光路的不同，本检测装置也相应的需要重新调试校准，使得本检测装置的适用范围更广，满足生产企业不同产品生产线的检测需求。

如图7-图10所示的一种具体实施方式中，本检测装置中激光发射器 2距离光机模组1有300mm，激光接收标靶4距离光机模组1有257mm，在设备方面，镜头选用的是65mm千万级像素远心镜头，工业相机选用的是 2/3英寸CMOS工业相机，型号：Basler acA3800-10gm，感光芯片尺寸6.4mm ×4.6mm，水平/垂直分辨率：3856px×2764px，如图10中所示的，通过拍摄同样距离的标尺，计算得到拍摄到的20mm的长度上包含有像素约3500 个，每个像素尺寸为0.0057mm，通过计算arctan(0.0057/257)＝0.0013°，可以得知，在如图7-图10所示的一种具体实施方式中，本发明能够检测到的偏移角度的精度达到了0.0013°。在使用了更高级别的高分辨率镜头，还能够进一步的提高检测精度；使用其他焦距的镜头，能够检测更大视场的角度偏移。

可选地，所述检测装置还包括图像处理模块，所述图像处理模块与所述工业相机3电连接，接收并处理工业相机3拍摄的图像。所述图像处理模块可以是工控机等具有计算和图像处理能力的设备。通过图像处理模块的引入，能够减少了人工的工作量，减少了人工检测的自然误差，极大地提高检测效率。另一方面，不同产品的光机模组1其反射、折射的角度以及过程等是不一样的，导致最终的出射光也是不同的，通常有些产品的光机模组1最终的出射光被接收后是呈现光斑状的，如图8-图9中所示的，拍摄到的出射光位置为光斑状，这种大面积的光斑进行比较必然会提高检测的误差，不利于提高检测效果，我们可以通过图像处理模块计算出拍摄到的光斑的中心点，这个中心点也就是拍摄到的出射光位置的坐标，然后将这个中心点的坐标与理想状态下的出射光位置的坐标进行比较，就能够计算出被检测的光机模组1与理想状态下或者是标准件之间的误差，看起是否满足要求，整个计算比较过程都能够通过所述图像处理模块来完成，满足工业生产线对工作效率的要求，能够大批量的处理检测，提高产品最终出厂的良品率。

可选地，如图2所示的一种具体实施方式中，所述检测装置还包括渐变型衰减片23，所述渐变型衰减片23位于所述激光发射器2与所述待检测的光机模组1之间，能够用来根据需要调整照射到光机模组1上的激光光束的强度。

可选地，如图3中所示的，所述检测装置中还可以包括用于固定激光发射器2的第三底座和用于固定工业相机3的第二底座6，用于在装置中设置激光发射器2和工业相机3。进一步的，所述第一底座5、第三底座和第二底座6均可以或者部分为六轴调节平台，便于调整激光发射器2和工业相机3与光机模组1之间的相对位置和角度。本领域技术人员可以理解，所述第一底座5、第三底座和第二底座6也可以是其他的调节平台，本申请对此并不限制。

可选地，所述激光发射器2发射出的激光光束与所述光机模组1相垂直，能够提高整个光路的平行度，提高检测精度，降低误差；相对于非垂直角度照射光机模组1的检测装置，非垂直角度照射光机模组1由于激光光束相对于光机模组1的照射角度不均匀，具有角度偏差，经过光机模组 1的反射或/和折射，这种角度偏差会使得同样的产品误差在光机模组1不同位置上，由于相对于激光光束的方向不同，出射光被激光接收标靶4接收时，最终表现出的误差精度不统一，最终导致检测装置整体的误差偏大或偏小，影响最终的检测结论。所述的产品误差可以是产品装配误差，也可以是光学组件本身的误差。进一步地，如图4和图5中所示的原理图，本发明还提供一种激光发射器2的校准方法：提供一种模拟光机模组1外形并且光学组件对光束全反射的第一产品仿形反光镜11，将第一产品仿形反光镜11固定在第一底座5上；激光发射器2的发射端处设置有第一反光镜21；第一反光镜21的中心处设置有圆孔22，激光光束能够穿过所述圆孔22照射到第一产品仿形反光镜11上的光学组件上；第一反光镜21的反光面朝向所述第一产品仿形反光镜11；激光发射器2发射激光光束照射第一产品仿形反光镜11；调整激光发射器2的相对位置和角度，使得激光光束照射第一产品仿形反光镜11的返回光与激光光束的初射光重合，即返回光通过圆孔22照射到激光发射器2；调试校准完成，固定激光发射器2与第一底座5的相对位置和角度。

可选地，所述工业相机3的镜头和所述激光接收标靶4与所述出射光的光路垂直，能够提高整个光路的平行度，提高检测精度，降低误差。进一步地，如图6中所示的原理图，本发明还提供一种工业相机3的校准方法：提供一种模拟光机模组1外形以及其内部反射光路设计的第二产品仿形反光镜11，或者也可以是能够作为标准件的光机模组1。将第二产品仿形反光镜11固定在第一底座5上；在所述工业相机3的镜头前端设置有第二反光镜31，所述第二反光镜31为平面镜，反光面朝向所述第二产品仿形反光镜11；激光发射器2的发射端处设置有第一反光镜21；第一反光镜 21的中心处设置有圆孔22，激光光束能够穿过所述圆孔22照射到第一产品仿形反光镜11上的光学组件上；第一反光镜21的反光面朝向所述第二产品仿形反光镜11；激光发射器2发射激光光束照射第一产品仿形反光镜 11；调整工业相机3的相对位置和角度，使得出射光的返回光与激光光束的初射光重合，即返回光通过圆孔22照射到激光发射器2；调试校准完成，固定工业相机3与第一底座5的相对位置和角度。本领域技术人员可以理解，在调试工业相机3时，可以先调试校准激光发射器2，使其相对位置固定后在调试校准工业相机3.

可选地，所述检测装置中可以包括有多个一一对应的激光接收标靶4 和工业相机3，所述多个激光接收标靶4分别位于所述光机模组1的不同侧面，接收不同方向的出射光。在测试时，不同的光机模组1的内部光路设计是完全不一样的，因此，有些其他种类的光机模组1的出射光有可能不仅仅是一个方向，可能会出现2个方向、3个方向等情况，在检测时，也就需要对这些不同方向的出射光同时检测，才能判断出所检测的光机模组1是否满足要求。如图2和图3中所示的，其中光机模组1中间由一个 45°半反半透镜构成，后方有一个全反射镜结构，因此会在两侧产生两束出射光，也就需要对这两束出射光同时进行检测，因此，如图中所示的，在所述光机模组1的两侧设置有两组激光接收标靶4和工业相机3。本领域技术人员可以理解，不同的工业相机3，其调试校准的步骤是一样的，但是其相对于第一底座5的相对位置和角度可以是不一致的。

可选地，所述工业相机3为电荷耦合元件相机。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种上述检测装置的调试校准方法，包括如下步骤：

拆卸激光接收标靶4；

在相机镜头的前端固定有第二反光镜31；

固定模拟光机模组1外形和光路设计的产品仿形反光镜；

使用激光发射器2发射激光光束照射所述产品仿形反光镜；

调整工业相机3或/和激光发射器2，使得激光光束与经过所述产品仿形反光镜和第二反光镜反射回来的返回光光路重合。

可选地，还包括如下步骤：

在激光接收标靶4的安装位置安装第三反光镜；

调整激光接收标靶4安装位置的角度，使得激光光束与经过所述产品仿形反光镜和第二反光镜反射回来的返回光光路重合；

拆卸第三反光镜。

可选地，还包括如下步骤：

计算调试完成的检测装置的检测精度。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种光机模组的检测方法，包括以下步骤：

将光机模组1进行固定，防止其在检测过程中发生偏移等情况，增大误差，使得检测结果失真。

使用激光发射器2发射激光光束照射光机模组1，在光机模组1固定的情况下，激光光束穿过光机模组1所形成的光路就是确定的；

在激光接收标靶4上接收激光光束通过光机模组1反射或/和折射出的出射光；

使用工业相机3拍摄激光接收标靶4上的出射光位置；

比较拍摄到的出射光位置相对于理想状态或光机模组1的标准件的出射光位置的变化。

在检测的过程中，要保证光机模组1、激光发射器2、激光接收标靶4 和工业相机3之间的相对位置是保持不变的，使得出射光位置发生变化是由于光机模组1引起的，即光路的变化仅是由于光机模组1内的反射或/ 和折射发生变化才会引起的变化，从而能够进一步的判断出光机模组1是否为良品，装配是否符合要求等。并且在检测过程中，需要的设备只需要一次调试到位，相对固定，仅需要更换待检测的光机模组1即可批量的检测同一种光机模组1，使得检测效率高，同时本检测方法中所采用的设备相对于光谱仪等成本低，降低了企业运营成本，适用于大批量产品生产组装线的品质管控。

可选地，所述检测方法还包括以下步骤：

计算出激光接收标靶4上的出射光位置的坐标。在所述激光接收标靶 4上确定坐标原点后，所述坐标的坐标系是相对固定的。所述计算可以是采用工控机等设备进行图像处理，计算得到其在坐标系中的坐标位置。进一步的，如图8-图9中所示的，根据不同种类的光机模组1，当所述激光接收标靶4上的出射光位置为光斑状时，可以通过软件计算确定出光斑的中心，该中心的坐标即激光接收标靶4上的出射光位置的坐标。

计算激光接收标靶4上的出射光位置的坐标与理想状态下的出射光位置的坐标之间的偏差，通过得到的偏差计算结果，来判断所检测的光机模组1是否为良品，装配是否符合要求。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种光机模组的检测装置，其特征在于，包括：

第一底座，用于固定待检测的光机模组；

激光发射器，位于光机模组的一侧，发射激光光束的发光端朝向所述光机模组；

工业相机，位于光机模组的一侧，镜头朝向所述光机模组；

激光接收标靶，位于所述镜头与所述待检测的光机模组之间，靶面朝向所述光机模组，被配置为能够接收到激光光束通过光机模组反射或/和折射出的出射光并且接收到出射光的位置能够被所述工业相机拍摄到。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括图像处理模块，所述图像处理模块与所述工业相机电连接，接收并处理工业相机拍摄的图像。

3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括渐变型衰减片，所述渐变型衰减片位于所述激光发射器与所述待检测的光机模组之间。

4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括调节平台，所述激光发射器和工业相机分别设置在对应的调节平台上。

5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述激光发射器发射出的激光光束与所述光机模组相垂直。

6.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述工业相机的镜头和所述激光接收标靶与所述出射光的光路垂直。

7.根据权利要求1-6任一所述的检测装置，其特征在于，包括有多个一一对应的激光接收标靶和工业相机，所述多个激光接收标靶分别位于所述光机模组的不同侧面，接收不同方向的出射光。

8.一种光机模组的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

固定光机模组；

使用激光发射器发射激光光束照射光机模组；

在激光接收标靶上接收激光光束通过光机模组反射或/和折射出的出射光；

使用工业相机拍摄激光接收标靶上的出射光位置；

比较拍摄到的出射光位置相对于理想状态或光机模组的标准件的出射光位置的变化。

9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

计算出激光接收标靶上的出射光位置的坐标；

计算激光接收标靶上的出射光位置的坐标与理想状态下的出射光位置的坐标之间的偏差。

10.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于：还包括以下步骤：

所述激光接收标靶上的出射光位置为光斑状，通过计算确定出光斑的中心，该中心的坐标即激光接收标靶上的出射光位置的坐标。