CN109298519B - 一种工业用在线光学显微成像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业用在线光学显微成像系统，包括计算机、显示器、控制器、成像系统、成像调节模块，成像系统包括光源、聚光镜、载物台、半透半反镜、物镜、反光镜、目镜、相机；成像调节模块包括摆角调节器、Z向位移调节器、X向位移调节器、Y向位移调节器，调节器能使载物台调整角度与位置，调节器与控制器通过线束相连，控制器与计算机相连，计算机与相机相连，相机还连接显示器，光源对待测目标成像后，由相机捕捉图像，控制器将最终的整体成像上传服务器，经网络传输直接用于工业生产与研发检测。本系统通过对待侧目标进行点成像后整合成整体成像，可用于对显微结构的观察研究，可标记，成像质量高、工作可靠稳定，工业使用价值高。
Description
技术领域
本发明涉及显微成像技术领域，具体是涉及一种工业用在线光学显微成像系统。
背景技术
在工业、国防、农业、医学、公安等各领域中，常用到对微细结构、细菌、细胞、微粒和指纹图像等肉眼难以观察的微小物体的观察、分析工作，传统的方法是利用放大镜和显微镜下进行观察。人在单、双目显微镜下观察，常因视力疲劳等原因造成人为误差，长期在显微镜下工作有损操作人员的健康，而且由于人的自适应现象，会把本来有差别的现象忽略，造成人为的错误判断，从众多的目标中捕捉单个异常个体也是非常困难的，工作效率低下，而如果将显微镜下观察到的现象拍成照片或者制成幻灯片来解决上述问题，又会浪费大量的人力、物力和时间。
发明内容
为了克服现有技术中显微镜下工作有损操作人员健康、易存在人为误差与错误判断等缺陷，本发明提供一种工业用在线光学显微成像系统，将待测目标进行分块成像处理，待测目标的每一个位置点都被定好坐标信息，并对每一个坐标点进行成像标记存储，成像的过程中还可对某个坐标点的图像进行特殊标记，最后将所有坐标点的成像进行整体成像，得到一个完整的待测目标的图像，通过该图像可以观察待测目标的显微结构，并且整体成像被上传至云端服务器，可直接被用于工业生产与研发的在线检测。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种工业用在线光学显微成像系统，包括计算机、CRT显示器、控制器、成像系统、成像调节模块，所述成像系统包括光源、聚光镜、载物台、半透半反镜、物镜、反光镜、目镜、CCD相机，其中，半透半反镜分为第一半透半反镜和第二半透半反镜；所述成像调节模块包括摆角调节器、Z向位移调节器、X向位移调节器、Y向位移调节器，所述摆角调节器包括第一电机、第一传动箱、旋转轴，第一电机的输出轴与第一传动箱的输入轴相连，第一传动箱的输出轴与旋转轴连接，所述旋转轴与载物台相连接固定，能使载物台绕Y轴摆动；所述Z向位移调节器包括第二电机、第二传动箱、Z向调节轴，第二电机的输出轴与第二传动箱的输入轴相连，第二传动箱的输出轴与Z向调节轴连接，所述Z向调节轴与载物台相连接固定，能使载物台沿Z轴上下调整位移；所述X向位移调节器包括第三电机、第三传动箱、X向调节轴，第三电机的输出轴与第三传动箱的输入轴相连，第三传动箱的输出轴与X向调节轴连接，所述X向调节轴与载物台相连接固定，能使载物台沿X轴左右调整位移；所述Y向位移调节器包括第四电机、第四传动箱、Y向调节轴，第四电机的输出轴与第四传动箱的输入轴相连，第四传动箱的输出轴与Y向调节轴连接，所述Y向调节轴与载物台相连接固定，能使载物台沿Y轴前后调整位移，所述第一电机、第二电机、第三电机、第四电机均与控制器通过线束相连，所述聚光镜、载物台、第一半透半反镜、物镜、反光镜依次分布于光源的原光路上，光源依次透过聚光镜、载物台、第一半透半反镜、物镜，射到反光镜上，光源经反光镜反射后再次透过物镜，经第一半透半反镜反射后，一方面带有载物台上的待观察物体的光线透过第二半透半反镜，成像后由CCD相机捕捉图像，另一方面带有载物台上的待观察物体的光线经第二半透半反镜反射后，透过目镜，观察者可通过目镜观察所成图像，所述CCD相机与CRT显示器通过线束相连，所述CCD相机与计算机通过线束相连，所述计算机与控制器通过线束相连。
上述的一种工业用在线光学显微成像系统，所述第一传动箱、第二传动箱、第三传动箱、第四传动箱均为减速传动箱，输出与输入的传动比根据所需检测的精度可进行调整，第一传动箱将第一电机的高速旋转输入转换为低速旋转输出，第二传动箱将第二电机的高速旋转输入转换为低速直线输出，第三传动箱将第三电机的高速旋转输入转换为低速直线输出，第四传动箱将第四电机的高速旋转输入转换为低速直线输出。
上述的一种工业用在线光学显微成像系统，所述第一传动箱、第二传动箱、第三传动箱、第四传动箱均为内部由齿轮组成的传动装置。
上述的一种工业用在线光学显微成像系统，所述第一电机、第二电机、第三电机、第四电机均为微型的伺服电机，第一电机、第二电机、第三电机、第四电机均与工作台面相对固定安装。
上述的一种工业用在线光学显微成像系统，所述第一半透半反镜与光源光路呈45°角设置，第一半透半反镜的摆放状态，能使从载物台来的光源能透过第一半透半反镜，经反光镜反射的光线能经第一半透半反镜垂直反射光线；第二半透半反镜与经第一半透半反镜反射的光路呈45°角设置，第二半透半反镜的摆放状态，既能使反射光线透过第二半透半反镜，也能使反射 光线再次发生90°的反射。
上述的一种工业用在线光学显微成像系统，所述载物台位于物镜的焦平面上。
上述的一种工业用在线光学显微成像系统，所述物镜采用消色差平场物镜，能有效地消除色差和场曲这两项系统中的光学畸变。
上述的一种工业用在线光学显微成像系统，所述CCD相机采用AVT Bigeye系列数字相机，属于质量上乘的低噪CCD相机。
上述的一种工业用在线光学显微成像系统，所述光源采用直流供电的20W卤钨灯，经聚光镜后可对待测物体均匀照明，光源工作稳定、可靠，亮度可手动自由调节，使用方便。
上述的一种工业用在线光学显微成像系统，所述载物台的载玻片上设计有横纵坐标信息，横纵坐标上标有刻度，横纵坐标刻度上的0刻度处相交形成原点，放置待测目标时，将目标的待测区的一个角与原点相对应，这样，待测区的任意一个点都有对应的位置坐标。
本发明的有益效果是，本发明在线光学显微成像系统将待测目标进行分块处理，载物台将待测目标进行固定放置后，待测目标的每一个位置点都被定好坐标信息，所述成像系统对每一个坐标点进行成像，成像的过程中还可对某个坐标点的图像进行特殊标记，最后将所有成像进行整体成像，得到一个完整的待测目标的图像，该图像可以被放大显示，观察待测目标的显微结构，并且整体成像通过网络被上传至云端服务器，通过可连接网络的客户端可直接用于工业生产与研发的在线检测，图像获取及时、方便，CCD相机的图像成像质量高、噪音低，用于成像的光源工作稳定、可靠，亮度可调，消色差平场物镜避免了成像系统中产生光学畸变的问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明成像原理图。
图中1.光源，2.聚光镜，3.载物台，4.第一半透半反镜，5.物镜，6.反光镜，7.第二半透半反镜，8.CCD相机，9.目镜。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
一种工业用在线光学显微成像系统，包括计算机、CRT显示器、控制器、成像系统、成像调节模块，所述成像系统包括光源1、聚光镜2、载物台3、半透半反镜、物镜5、反光镜6、目镜9、CCD相机8，其中，半透半反镜分为第一半透半反镜4和第二半透半反镜7；所述成像调节模块包括摆角调节器、Z向位移调节器、X向位移调节器、Y向位移调节器，所述摆角调节器包括第一电机、第一传动箱、旋转轴，第一电机的输出轴与第一传动箱的输入轴相连，第一传动箱的输出轴与旋转轴连接，所述旋转轴与载物台3相连接固定，能使载物台3绕Y轴摆动；所述Z向位移调节器包括第二电机、第二传动箱、Z向调节轴，第二电机的输出轴与第二传动箱的输入轴相连，第二传动箱的输出轴与Z向调节轴连接，所述Z向调节轴与载物台3相连接固定，能使载物台3沿Z轴上下调整位移；所述X向位移调节器包括第三电机、第三传动箱、X向调节轴，第三电机的输出轴与第三传动箱的输入轴相连，第三传动箱的输出轴与X向调节轴连接，所述X向调节轴与载物台3相连接固定，能使载物台3沿X轴左右调整位移；所述Y向位移调节器包括第四电机、第四传动箱、Y向调节轴，第四电机的输出轴与第四传动箱的输入轴相连，第四传动箱的输出轴与Y向调节轴连接，所述Y向调节轴与载物台3相连接固定，能使载物台3沿Y轴前后调整位移，所述第一电机、第二电机、第三电机、第四电机均与控制器通过线束相连，所述聚光镜2、载物台3、第一半透半反镜4、物镜5、反光镜6依次分布于光源1的原光路上，光源1依次透过聚光镜2、载物台3、第一半透半反镜4、物镜5，射到反光镜6上，光源1经反光镜6反射后再次透过物镜5，经第一半透半反镜4反射后，一方面带有载物台3上的待观察物体的光线透过第二半透半反镜7，成像后由CCD相机8捕捉图像，另一方面带有载物台3上的待观察物体的光线经第二半透半反镜7反射后，透过目镜9，观察者可通过目镜9观察所成图像，所述CCD相机8与CRT显示器通过线束相连，所述CCD相机8与计算机通过线束相连，所述计算机与控制器通过线束相连。
进一步的，所述第一传动箱、第二传动箱、第三传动箱、第四传动箱均为减速传动箱，输出与输入的传动比根据所需检测的精度可进行调整，第一传动箱将第一电机的高速旋转输入转换为低速旋转输出，第二传动箱将第二电机的高速旋转输入转换为低速直线输出，第三传动箱将第三电机的高速旋转输入转换为低速直线输出，第四传动箱将第四电机的高速旋转输入转换为低速直线输出。
进一步的，所述第一传动箱、第二传动箱、第三传动箱、第四传动箱均为内部由齿轮组成的传动装置。
进一步的，所述第一电机、第二电机、第三电机、第四电机均为微型的伺服电机，第一电机、第二电机、第三电机、第四电机均与工作台面相对固定安装。
进一步的，所述第一半透半反镜4与光源1光路呈45°角设置，第一半透半反镜4的摆放状态，能使从载物台3来的光源1能透过第一半透半反镜4，经反光镜6反射的光线能经第一半透半反镜4垂直反射光线；第二半透半反镜7与经第一半透半反镜4反射的光路呈45°角设置，第二半透半反镜7的摆放状态，既能使反射光线透过第二半透半反镜7，也能使反射光线再次发生90°的反射。
进一步的，所述载物台3位于物镜5的焦平面上。
进一步的，所述物镜5采用消色差平场物镜，能有效地消除色差和场曲这两项系统中的光学畸变。
进一步的，所述CCD相机8采用AVT Bigeye系列数字相机，属于质量上乘的低噪CCD相机8。
进一步的，所述光源1采用直流供电的20W卤钨灯，经聚光镜2后可对待测物体均匀照明，光源1工作稳定、可靠，亮度可手动自由调节，使用方便。
进一步的，所述载物台3的载玻片上设计有横纵坐标信息，横纵坐标上标有刻度，横纵坐标刻度上的0刻度处相交形成原点，放置待测目标时，将目标的待测区的一个角与原点相对应，这样，待测区的任意一个点都有对应的位置坐标。
本发明在使用时，由光源1发出的光线经过聚光镜2将载有待测目标的载物台3均匀的照明，携带有待测目标的光线透过第一半透半反镜4和物镜5后，光线照射到反光镜6上，由反光镜6反射回的光线再次透过物镜5，经第一半透半反镜4反射后，向下经第二半透半反镜7分成两路光线，一路经第二半透半反镜7反射后将像成像在目镜9上，另一路透过第二半透半反镜7继续向下成像在CCD相机8上，在进行观察工作时，首先观察者通过目镜9观察图像，确定第一个观测图像观测的是原点处的图像，并通过输入装置（如键盘、鼠标等）输入信息，如摆角调节器的摆动角度、Z向位移调节器的调节高度、X向位移调节器和Y向位移调节器的移动距离，当观测者对原点处的成像满意时，通过输入装置输入获取图像的位移间隔，然后通过计算机向控制器发出开始获取成像的指示信号，载物台3在X向位移调节器和Y向位移调节器的带动下，对待测区的每一个坐标点进行成像，当观察者通过CRT显示器看到某个坐标点的图像需要进行标记时，通过输入装置输入暂停的指令信息，由控制器控制将载物台3暂停，通过鼠标和键盘可以对该点的成像进行特殊标记并存储，然后继续开始坐标点成像的工作，当获取完成一个点的图像时，按照提前设定好的位移间隔，将下一个坐标点移动到光路光线的中心位置处，继续对该点进行成像，每一个坐标点处的图像都经由CCD相机8内的软件控制处理，然后该坐标点的图像一方面传送到CRT显示器上显示，另一方面，图像经编码处理后发送至控制器，控制器对该坐标点的图像进行标记存储，待所有坐标点的图像全部标记存储完毕后，控制器对所有图像进行综合处理，将待测区的待测目标进行整体成像，被特殊标记的坐标点会在整体图像上被放大标记，观察者易于发现，然后控制器通过网络将完整的图像上传至云端服务器，操作者可以在任意一个可以连接网络的地方通过软件访问服务器将图像下载，用于工业生产或研发检测。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种工业用在线光学显微成像系统，包括计算机、CRT显示器、控制器、成像系统、成像调节模块，其特征在于，所述成像系统包括光源（1）、聚光镜（2）、载物台（3）、半透半反镜、物镜（5）、反光镜（6）、目镜（9）、CCD相机（8），其中，半透半反镜分为第一半透半反镜（4）和第二半透半反镜（7）；所述成像调节模块包括摆角调节器、Z向位移调节器、X向位移调节器、Y向位移调节器，所述摆角调节器包括第一电机、第一传动箱、旋转轴，第一电机的输出轴与第一传动箱的输入轴相连，第一传动箱的输出轴与旋转轴连接，所述旋转轴与载物台（3）相连接固定，能使载物台（3）绕Y轴摆动；所述Z向位移调节器包括第二电机、第二传动箱、Z向调节轴，第二电机的输出轴与第二传动箱的输入轴相连，第二传动箱的输出轴与Z向调节轴连接，所述Z向调节轴与载物台（3）相连接固定，能使载物台（3）沿Z轴上下调整位移；所述X向位移调节器包括第三电机、第三传动箱、X向调节轴，第三电机的输出轴与第三传动箱的输入轴相连，第三传动箱的输出轴与X向调节轴连接，所述X向调节轴与载物台（3）相连接固定，能使载物台（3）沿X轴左右调整位移；所述Y向位移调节器包括第四电机、第四传动箱、Y向调节轴，第四电机的输出轴与第四传动箱的输入轴相连，第四传动箱的输出轴与Y向调节轴连接，所述Y向调节轴与载物台（3）相连接固定，能使载物台（3）沿Y轴前后调整位移，所述第一电机、第二电机、第三电机、第四电机均与控制器通过线束相连，所述聚光镜（2）、载物台（3）、第一半透半反镜（4）、物镜（5）、反光镜（6）依次分布于光源（1）的原光路上，光源（1）依次透过聚光镜（2）、载物台（3）、第一半透半反镜（4）、物镜（5），射到反光镜（6）上，光源（1）经反光镜（6）反射后再次透过物镜（5），经第一半透半反镜（4）反射后，一方面带有载物台（3）上的待观察物体的光线透过第二半透半反镜（7），成像后由CCD相机（8）捕捉图像，另一方面带有载物台（3）上的待观察物体的光线经第二半透半反镜（7）反射后，透过目镜（9），观察者可通过目镜（9）观察所成图像，所述第一半透半反镜（4）与光源（1）光路呈45°角设置，第一半透半反镜（4）的摆放状态，能使从载物台（3）来的光源（1）能透过第一半透半反镜（4），经反光镜（6）反射的光线能经第一半透半反镜（4）垂直反射光线；第二半透半反镜（7）与经第一半透半反镜（4）反射的光路呈45°角设置，第二半透半反镜（7）的摆放状态，既能使反射光线透过第二半透半反镜（7），也能使反射 光线再次发生90°的反射，所述CCD相机（8）与CRT显示器通过线束相连，所述CCD相机（8）与计算机通过线束相连，所述计算机与控制器通过线束相连，
所述光学显微成像系统在成像的工作过程中，所述载物台（3）的载玻片上设计有横纵坐标信息，横纵坐标上标有刻度，横纵坐标刻度上的0刻度处相交形成原点，放置待测目标时，将目标的待测区的一个角与原点相对应，首先观察者通过目镜（9）观察图像，确定第一个观测图像观测的是原点处的图像，并通过输入装置输入信息，当观测者对原点处的成像满意时，通过输入装置输入获取图像的位移间隔，然后通过计算机向控制器发出开始获取成像的指示信号，载物台（3）在X向位移调节器和Y向位移调节器的带动下，对待测区的每一个坐标点进行成像，当观察者通过CRT显示器看到某个坐标点的图像需要进行标记时，通过输入装置输入暂停的指令信息，由控制器控制将载物台（3）暂停，通过鼠标和键盘可以对该点的成像进行特殊标记并存储，然后继续开始坐标点成像的工作，当获取完成一个点的图像时，按照提前设定好的位移间隔，将下一个坐标点移动到光路光线的中心位置处，继续对该点进行成像，每一个坐标点处的图像都经由CCD相机（8）内的软件控制处理，然后该坐标点的图像一方面传送到CRT显示器上显示，另一方面，图像经编码处理后发送至控制器，控制器对该坐标点的图像进行标记存储，待所有坐标点的图像全部标记存储完毕后，控制器对所有图像进行综合处理，将待测区的待测目标进行整体成像，被特殊标记的坐标点会在整体图像上被放大标记，然后控制器通过网络将完整的图像上传至云端服务器。
2.根据权利要求1所述的一种工业用在线光学显微成像系统，其特征在于，所述第一传动箱、第二传动箱、第三传动箱、第四传动箱均为减速传动箱，输出与输入的传动比根据所需检测的精度可进行调整，第一传动箱将第一电机的高速旋转输入转换为低速旋转输出，第二传动箱将第二电机的高速旋转输入转换为低速直线输出，第三传动箱将第三电机的高速旋转输入转换为低速直线输出，第四传动箱将第四电机的高速旋转输入转换为低速直线输出。
3.根据权利要求2所述的一种工业用在线光学显微成像系统，其特征在于，所述第一传动箱、第二传动箱、第三传动箱、第四传动箱均为内部由齿轮组成的传动装置。
4.根据权利要求1所述的一种工业用在线光学显微成像系统，其特征在于，所述第一电机、第二电机、第三电机、第四电机均为微型的伺服电机，第一电机、第二电机、第三电机、第四电机均与工作台面相对固定安装。
5.根据权利要求1所述的一种工业用在线光学显微成像系统，其特征在于，所述载物台（3）位于物镜（5）的焦平面上。
6.根据权利要求1所述的一种工业用在线光学显微成像系统，其特征在于，所述物镜（5）采用消色差平场物镜。
7.根据权利要求1所述的一种工业用在线光学显微成像系统，其特征在于，所述CCD相机（8）采用AVTBigeye系列数字相机。
8.根据权利要求1所述的一种工业用在线光学显微成像系统，其特征在于，所述光源（1）采用直流供电的20W卤钨灯，经聚光镜（2）后可对待测物体均匀照明。
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