CN109788180A - 一种拍摄装置以及检测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于工业视觉设备技术领域，提供了一种拍摄装置以及检测设备。本发明的拍摄装置包括用于拍摄被测物体的图像传感器，以及设于图像传感器一侧的第一光学组件与多个第二光学组件，多个第二光学组件围绕第一光学组件设置，图像传感器具有靶面，靶面包括对应第一光学元件的第一靶面，以及分别对应多个第二光学组件且围绕第一靶面设置的多个第二靶面，第一光学组件用于将被测物体的顶面成像于第一靶面，第二光学组件用于将被测物体的侧面成像于对应的第二靶面，本发明的拍摄装置仅使用一个图像传感器即可一次性对产品的多个表面进行统一拍照，对产品的底面以外的所有表面进行精细的图像信息获取。
Description
技术领域
本发明属于工业视觉设备技术领域，特别涉及一种拍摄装置以及检测设备。
背景技术
随着机(器)进人(工)退的制造生产行业趋势，越来越多的制造岗位需要计算视觉的参与，但是镜头和相机成本高昂，镜头等局限性导致应用范围受到成本和工艺安装的阻碍，当需要对产品的多个不同的位面进行一次性观测时，往往需要多个相机与对应的镜头配合使用才能做到对产品的多个不同的位面进行一次性观测，该技术方案成本较高，难以在工业上广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种拍摄装置，旨在解决现有的多位面拍摄装置成本较高的技术问题。
本发明是这样实现的，提供一种拍摄装置，包括用于拍摄被测物体的图像传感器，以及设于所述图像传感器一侧的第一光学组件与多个第二光学组件，多个所述第二光学组件围绕所述第一光学组件设置，所述图像传感器具有靶面，所述靶面包括对应所述第一光学元件的第一靶面，以及分别对应多个所述第二光学组件且围绕所述第一靶面设置的的多个第二靶面，所述第一光学组件用于将所述被测物体的顶面成像于所述第一靶面，所述第二光学组件用于将所述被测物体的侧面成像于对应的所述第二靶面。
在一个实施例中，所述第一光学组件包括下反射镜，以及设于所述下反射镜靠近所述图像传感器一侧且间隔设置的两个上反射镜。
在一个实施例中，所述下反射镜与所述上反射镜的反射面均为曲面。
在一个实施例中，所述第一光学组件还包括设于所述下反射镜远离所述上反射镜一侧的第一光源模组，所述第一光源模组用于朝所述被测物体的顶面出光。
在一个实施例中，所述第二光学组件包括等腰直角棱镜、设于所述等腰直角棱镜靠近所述图像传感器一侧的楔形棱镜，以及设于所述楔形棱镜靠近所述图像传感器一侧的调节透镜组。
在一个实施例中，所述第二光学组件还包括设于所述等腰直角棱镜远离所述第一光学组件一侧的第二光源模组，所述第二光源模组用于朝所述被测物体的侧面出光。
在一个实施例中，所述等腰直角棱镜包括第一直角面、与所述第一直角面垂直连接的第二直角面，以及两端分别连接所述第一直角面和所述第二直角面的斜面，其中，所述第一直角面和所述第二直角面均为全透型镜面，所述斜面为半透半反型镜面；所述调节透镜组包括双凸透镜，以及设于所述双凸透镜靠近所述图像传感器一侧的凹凸透镜。
在一个实施例中，所述第二靶面的数量为八个，所述第一靶面与八个所述第二靶面组成九宫格分布，并且所述第一靶面的长宽比与整个所述靶面的长宽比相同。
在一个实施例中，所述拍摄装置还包括设于所述图像传感器一侧的远心镜头，以及设于所述远心镜头远离所述图像传感器一侧的遮光罩，所述第一光学组件与多个所述第二光学组件均设于所述遮光罩中。
本发明的另一目的在于提供一种检测设备，包括如上所述的拍摄装置。
本发明提供的拍摄装置，包括用于拍摄被测物体的图像传感器，以及设于图像传感器一侧的第一光学组件与多个第二光学组件，多个第二光学组件围绕第一光学组件设置，图像传感器具有靶面，靶面包括对应第一光学元件的第一靶面，以及分别对应多个第二光学组件且围绕第一靶面设置的多个第二靶面，第一光学组件用于将被测物体的顶面成像于第一靶面，第二光学组件用于将被测物体的侧面成像于对应的第二靶面，本发明的拍摄装置仅使用一个图像传感器即可一次性对产品的多个表面进行统一拍照，对产品的底面以外的所有表面进行精细的图像信息获取，结构简单并且成本较低，因此本发明的拍摄装置能够在工业上被广泛地应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的拍摄装置的俯视结构示意图；
图2是本发明实施例提供的拍摄装置省略远心镜头以及遮光罩后的俯视结构示意图；
图3是沿图1中A-A方向的剖视结构示意图；
图4是本发明实施例提供的第二光学组件的第一种光学模拟图；
图5是本发明实施例提供的第二光学组件的第二种光学模拟图；
图6是本发明实施例提供的第二光学组件的第三种光学模拟图；
图7是本发明实施例提供的第一光学组件的光学模拟图；
图8是本发明实施例提供的调节透镜组的剖面示意图；
图9是本发明实施例提供的楔形棱镜的剖面坐标示意图；
图10是本发明实施例提供的检测设备的结构示意图。
其中，图中各附图标记：
1-拍摄装置； 11-图像传感器；
12-第一光学组件； 121-下反射镜；
122-上反射镜； 123-第一光源模组；
13-第二光学组件； 131-等腰直角棱镜；
1311-第一直角面； 1312-第二直角面；
1313-斜面； 132-楔形棱镜；
133-调节透镜组； 1331-双凸透镜；
1332-凹凸透镜； 134-第二光源模组；
14-远心镜头； 15-遮光罩；
151-通孔； 16-调节器；
2-机柜； 3-传送机构；
4-托盘； 5-被测物体；
61-第一表面； 62-第二表面；
63-第三表面； 64-光轴；
65-第一交点； 66-第二交点；
67-第三交点； A-第一顶点；
B-第二顶点； C-第三顶点；。
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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了说明本发明所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。
请参阅图1至图3，本发明实施例提供一种拍摄装置1，包括用于拍摄被测物体5的图像传感器(Charge-coupled Device，CCD)11，以及设于图像传感器11一侧的第一光学组件12与多个第二光学组件13，多个第二光学组件13围绕第一光学组件12设置，图像传感器11可以为面阵图像传感器，图像传感器11具有靶面，靶面包括对应第一光学元件的第一靶面，以及分别对应多个第二光学组件13且围绕第一靶面设置的多个第二靶面，第一光学组件12用于将被测物体5的顶面成像于第一靶面，第二光学组件13用于将被测物体5的侧面成像于对应的第二靶面，从而使得被测物体5除底面以外的其它表面的图像信息均能被图像传感器11获取。优选地，本发明实施例的拍摄装置1中，第二靶面的数量为八个，第一靶面与八个第二靶面组成九宫格分布，并且第一靶面的长宽比与整个靶面的长宽比相同。
本发明实施例的拍摄装置1，包括用于拍摄被测物体5的图像传感器11，以及设于图像传感器11一侧的第一光学组件12与多个第二光学组件13，多个第二光学组件13围绕第一光学组件12设置，图像传感器11具有靶面，靶面包括对应第一光学元件的第一靶面，以及分别对应多个第二光学组件13且围绕第一靶面设置的多个第二靶面，第一光学组件12用于将被测物体5的顶面成像于第一靶面，第二光学组件13用于将被测物体5的侧面成像于对应的第二靶面，本发明实施例的拍摄装置1仅使用一个图像传感器11即可一次性对产品的多个表面进行统一拍照，对产品的底面以外的所有表面进行精细的图像信息获取，结构简单并且成本较低，因此本发明实施例的拍摄装置1能够在工业上被广泛地应用。
在本发明的一个实施例中，第一光学组件12包括下反射镜121，以及设于下反射镜121靠近图像传感器11一侧且间隔设置的两个上反射镜122，下反射镜121位于两个上反射镜122之间，且下反射镜121与两个上反射镜122之间的距离相等，图7为对应第一光学组件12的光学模拟图，被测物体5的顶面上的光线先经过上反射镜122的反射，光线被反射至下反射镜121上，然后光线再被下反射镜121反射至成像面上，即通过二次反射延长了光路，从而形成清晰放大的图像。
具体的，为了更好地反射光线，可以在下反射镜121和/或者上反射镜122的反射面通过蒸镀方式形成一层反射层，反射层的材料可以采用高反射率的金属材料，如银(Ag)或者铝(Al)，从而提高反射光线的能力，且反射形成的图像不会失真，或者有重影的问题。可以理解的是，本发明实施例除了以上列举的材料外，还可以使用其它具有高反射率的金属材料或者非金属材料，只要能保证反射层具有良好的反射能力即可，本发明实施例在此不做限制。
优选的，下反射镜121与上反射镜122的反射面均为曲面，具体的，下反射镜121为凸面反射镜，即下反射镜121的凸面为能反射光线的表面，上反射镜122为凹面反射镜，即上反射镜122的凹面为能反射光线的表面，可以增加上反射镜122和/或者下反射镜121反射光线的角度，因此可以延长形成图像的光路，进一步放大图像，并且还能在狭窄的空间环境下最大化地形成图像，减小第一光学组件12的体积。可以理解的是，下反射镜121与上反射镜122也可以采用其它形状，只要能保证形成放大图像的效果即可，本发明实施例在此不做限制。
进一步的，第一光学组件12还包括设于下反射镜121远离上反射镜122一侧的第一光源模组123，第一光源模组123用于朝被测物体5的顶面出光，以提高被测物体5的顶面的亮度，形成最有利于图像处理的成像效果，保证图像的稳定性。
在本发明的一个实施例中，第二光学组件13包括等腰直角棱镜131，等腰直角棱镜131包括第一直角面1311、与第一直角面1311垂直连接的第二直角面1312，以及两端分别连接第一直角面1311和第二直角面1312的斜面1313，其中，第一直角面1311和第二直角面1312均为全透型镜面，斜面1313为半透半反型镜面，第一直角面1311朝被测物体5的侧面设置，第二直角面1312朝图像传感器11设置。
进一步地，第二光学组件13还包括设于等腰直角棱镜131靠近图像传感器11一侧的楔形棱镜132，以及设于楔形棱镜132靠近图像传感器11一侧的调节透镜组133，其中，楔形棱镜132用于补偿等腰直角棱镜131与调节透镜组133产生的光学色散，而调节透镜组133用于消除色差，同时减少球面像差和其他光学像差，提高图像的成像效果，保证图像的稳定性。
需要说明的是，图4至图6为对应第二光学组件13的光学模拟图，被测物体5侧面上的光线先透过第一直角面1311，照射至斜面1313上并由斜面1313反射，然后光线透过第二直角面1312，接着光线依次经过楔形棱镜132与调节透镜组133后投影在图像传感器11上，由于第一直角面1311平行于被测物体5的侧面，因此被测物体5的侧面将呈90°旋转投影在图像传感器11上。
进一步的，第二光学组件13还包括设于等腰直角棱镜131远离第一光学组件12一侧的第二光源模组134，第二光源模组134用于朝被测物体5的侧面出光，以提高被测物体5的侧面的亮度，形成最有利于图像处理的成像效果，保证图像的稳定性。本发明实施例的拍摄装置1中，第一光源模组123以及第二光源模组134可以单独驱动调节，因此本发明实施例的拍摄装置1可以用于多彩表面的色差检验、条码文字信息读取、表面平整度检测，以及其他视觉信息提取。
优选的，为了进一步提高等腰直角棱镜131的第一直角面1311与第二直角面1312的光线透过率，可以在第一直角面1311的表面与第二直角面1312的表面设置增透膜(未图示)，从而提高第一直角面1311与第二直角面1312的光线透过率。
本发明实施例的拍摄装置1中，为了更好地从拍摄的图像进行观测，对应被测物体5的顶面的图像与对应被测物体5的侧面的图像比例应该相同，因此，可以设置被测物体5的顶面至第一靶面的光路长度与被测物体5的侧面至对应的第二靶面的光路长度相等，并且光线经过第一光学组件12的发散角与光线经过第二光学组件13的发散角一致，从而使得对应被测物体5的顶面的图像与对应被测物体5的侧面的图像的放大比例相同，使得到的对应被测物体5的顶面的图像与对应被测物体5的侧面的图像的景深一致。
在本发明的一个实施例中，拍摄装置1还包括设于图像传感器11一侧的远心镜头14，以及设于远心镜头14远离图像传感器11一侧的遮光罩15，第一光学组件12与多个第二光学组件13均设于遮光罩15中，上述远心镜头14为普通的大口径远心镜头14，成本较低，遮光罩15远离图像传感器11的一侧开设有供被测物体5通过的通孔151，使得被测物体5能进入遮光罩15中，并由第一光学组件12拍摄顶面图像，由多个第二光学组件13拍摄侧面图像，方案简单，能够在工业上被广泛地应用。
具体地，遮光罩15采用遮光材料制作，优选的，遮光罩15的颜色为黑色，并且遮光罩15的内壁呈蜂窝状，能够减少光线的散射。
在本发明的一个实施例中，调节透镜组133包括双凸透镜1331，以及设于双凸透镜1331靠近图像传感器11一侧的凹凸透镜1332，双凸透镜1331与凹凸透镜1332之间还设有一层增透膜(未图示)，从而能够消除色差，同时减少球面像差和其他光学像差，提高图像的成像效果，保证图像的稳定性。
具体地，如图8所示，定义双凸透镜1331远离凹凸透镜1332一侧的表面为第一表面61，第一表面61为旋转曲面，该旋转曲面的旋转曲线通过如下方程限定：
其中，Y1为旋转曲线上的点在Y轴上的坐标，X1为旋转曲线上的点在X轴上的坐标，将该旋转曲线绕Y轴旋转得到上述第一表面61；
定义双凸透镜1331与凹凸透镜1332之间相对的表面为第二表面62，也即双凸透镜1331靠近凹凸透镜1332一侧的表面以及凹凸透镜1332靠近双凸透镜1331的表面为第二表面62，第二表面62为旋转曲面，该旋转曲面的旋转曲线通过如下方程限定：
其中，Y2为旋转曲线上的点在Y轴上的坐标，X2为旋转曲线上的点在X轴上的坐标，将该旋转曲线绕Y轴旋转得到上述第二表面62；
定义凹凸透镜1332远离双凸透镜1331一侧的表面为第三表面63，第三表面63为旋转曲面，该旋转曲面的旋转曲线通过如下方程限定：
其中，Y3为旋转曲线上的点在Y轴上的坐标，X3为旋转曲线上的点在X轴上的坐标，将该旋转曲线绕Y轴旋转得到上述第三表面63。
具体地，定义调节透镜组133的光轴64与第一表面61的相交的点为第一交点65，定义调节透镜组133的光轴64与第二表面62的相交的点为第二交点66，定义调节透镜组133的光轴64与第三表面63的相交的点为第三交点67，将与光轴64垂直的平面定义为参考面，第一交点65上的切面和第二交点66上的切面均与参考面平行，第三交点67上的切面与参考面的夹角为-2.508°。
具体地，楔形棱镜132包括依次连接的三个棱面，采用垂直于该棱面的平面剖开楔形棱镜132得到图9，如图9所示，楔形棱镜132可以为三棱镜，楔形棱镜132的剖面为三角形，三角形的第一顶点A、第二顶点B以及第三顶点C的坐标分别为(16.390，-34.699)、(0.551，43.844)以及(-17.920，28.407)，根据实际情况的选择，图9中的三个顶点可以以任意比例同时增大或同时减小，本实施例在此不做限制。
值得一提的是，本发明实施例的拍摄装置1的第二光学组件13中，等腰直角棱镜131的折射率(nd)大于等于1.835，色散系数(vd)大于等于53.13且小于等于58.13；楔形棱镜132的折射率(nd)介于1.3至1.7之间，色散系数(vd)大于等于64.17；调节透镜组133的折射率(nd)介于1.5与1.9之间，色散系数(vd)介于24.88与29.88之间，从而使得第二光学组件13不需要调节物距也能保证各侧面最终成像的位置相同。如图4至图6所示，被测物体5的侧面至第一直角面1311的距离均不相同，即物距不同，但最终成像位置以及大小均相同，因此本发明实施例的拍摄装置1能够免调节固定投影，在拍摄物体侧面的图像时，不需要进行调节物距，有效简化操作步骤。
优选的，等腰直角棱镜131的折射率(nd)为1.835，色散系数(vd)等于55.63；楔形棱镜132的折射率(nd)为1.517，色散系数(vd)为64.17；调节透镜组133的折射率(nd)为1.755，色散系数(vd)为27.38。
在本发明的一个实施例中，第一光学组件12中的下反射镜121与上反射镜122分别通过对应的调节器16设置在遮光罩15上，第二光学组件13中的等腰直角棱镜131、楔形棱镜132以及调节透镜组133分别通过对应的调节器16设置在遮光罩15上，通过分别调节对应下反射镜121、上反射镜122、等腰直角棱镜131、楔形棱镜132以及调节透镜组133的调节器16，可以调整上述各光学元件在遮光罩15中的位置，本发明实施例的拍摄装置1对各调节器16进行一次调试后，后续不需要再对各调节器16进行调节，使用方便。
可选的，上述调节器16为螺杆螺纹调节器，可以在遮光罩15中上下左右调节对应的光学元件的位置，即在两个垂直方向上调节对应的光学元件的位置。可以理解的是，也可以采用其它类型的调节器16，本发明实施例在此不做限制。
请参阅图10，同时结合图1至图9，本发明的另一实施例提供一种检测设备，包括机柜2、传送机构3、多个托盘4以及如上所述的拍摄装置1，托盘4用于放置被测物体5，多个托盘4间隔设于传送机构3上，传送机构3用于将被测物体5输送至机柜2内部供拍摄装置1拍摄，拍摄装置1设于机柜2内部且可以在垂直于传送机构3的输送方向上下移动。当传送机构3将被测物体5输送至拍摄装置1下方时，拍摄装置1向下移动，被测物体5借由遮光罩15的通孔151进入遮光罩15内部，由此拍摄装置1对被测物体5进行拍摄。
以上所述仅为本发明的可选实施例而已，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 (10)
1.一种拍摄装置，其特征在于，包括用于拍摄被测物体的图像传感器，以及设于所述图像传感器一侧的第一光学组件与多个第二光学组件，多个所述第二光学组件围绕所述第一光学组件设置，所述图像传感器具有靶面，所述靶面包括对应所述第一光学元件的第一靶面，以及分别对应多个所述第二光学组件且围绕所述第一靶面设置的多个第二靶面，所述第一光学组件用于将所述被测物体的顶面成像于所述第一靶面，所述第二光学组件用于将所述被测物体的侧面成像于对应的所述第二靶面。
2.如权利要求1所述的拍摄装置，其特征在于，所述第一光学组件包括下反射镜，以及设于所述下反射镜靠近所述图像传感器一侧且间隔设置的两个上反射镜。
3.如权利要求2所述的拍摄装置，其特征在于，所述下反射镜与所述上反射镜的反射面均为曲面。
4.如权利要求2所述的拍摄装置，其特征在于，所述第一光学组件还包括设于所述下反射镜远离所述上反射镜一侧的第一光源模组，所述第一光源模组用于朝所述被测物体的顶面出光。
5.如权利要求1所述的拍摄装置，其特征在于，所述第二光学组件包括等腰直角棱镜、设于所述等腰直角棱镜靠近所述图像传感器一侧的楔形棱镜，以及设于所述楔形棱镜靠近所述图像传感器一侧的调节透镜组。
6.如权利要求5所述的拍摄装置，其特征在于，所述第二光学组件还包括设于所述等腰直角棱镜远离所述第一光学组件一侧的第二光源模组，所述第二光源模组用于朝所述被测物体的侧面出光。
7.如权利要求5所述的拍摄装置，其特征在于，所述等腰直角棱镜包括第一直角面、与所述第一直角面垂直连接的第二直角面，以及两端分别连接所述第一直角面和所述第二直角面的斜面，其中，所述第一直角面和所述第二直角面均为全透型镜面，所述斜面为半透半反型镜面；所述调节透镜组包括双凸透镜，以及设于所述双凸透镜靠近所述图像传感器一侧的凹凸透镜。
8.如权利要求1至7任一项所述的拍摄装置，其特征在于，所述第二靶面的数量为八个，所述第一靶面与八个所述第二靶面组成九宫格分布，并且所述第一靶面的长宽比与整个所述靶面的长宽比相同。
9.如权利要求1至7任一项所述的拍摄装置，其特征在于，所述拍摄装置还包括设于所述图像传感器一侧的远心镜头，以及设于所述远心镜头远离所述图像传感器一侧的遮光罩，所述第一光学组件与多个所述第二光学组件均设于所述遮光罩中。
10.一种检测设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的拍摄装置。
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