CN112781499A

CN112781499A - 一种高精度大视野光学测量装置及检测系统

Info

Publication number: CN112781499A
Application number: CN202110178574.8A
Authority: CN
Inventors: 王志伟; 朱小琴; 李祥; 袁春辉; 曹葵康; 蔡雄飞
Original assignee: Tztek Technology Co Ltd
Current assignee: Tztek Technology Co Ltd
Priority date: 2021-02-09
Filing date: 2021-02-09
Publication date: 2021-05-11

Abstract

本发明公开了一种高精度大视野光学测量装置及检测系统，光学测量装置包括光源、载台、多端口镜头、分光组件和相机组；检测系统包括光学测量装置、处理器、存储器和显示器。通过该高倍率的多端口镜头配置高分辨率、高帧率的相机的光学方案设计，结合多相机分区域标定来实现高精度大视野测量的目的。方案技术易于实现，无移动部件，保证了检测或测量的稳定性，整体成本低，实现高精度大视野测量检测的目的，便于推广应用。

Description

一种高精度大视野光学测量装置及检测系统

技术领域

本发明涉及光学成像或量检测技术，尤其涉及一种高精度大视野光学测量装置及检测系统。

背景技术

光学测量设备(影像仪)是目前应用最广泛的精密测量方法之一，随着科技的飞速发展，不仅要求测量精度高，测量效率也必须提升，因此，高精度大视野是精密测量技术的一种发展趋势。视野的扩大意味着相机靶面的增加，同时，还要保证像元尺寸小、相机帧率高，单个相机无法满足上述要求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高精度大视野光学测量装置及检测系统，其能解决上述问题。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种高精度大视野光学测量装置，装置包括光源、载台、多端口镜头、分光组件和相机组；所述光源、载台、多端口镜头和分光组件自下而上依次设置，所述分光组件在所述多端口镜头上方的镜筒内斜置设置，以将分光束传向镜筒外的相机组；其中，多端口镜头(3)的每个端口处的相机偏置设置，相机组获得相邻的多幅视野，多幅视野邻接处通过重叠实现无缝拼接以获得高精度大视野，且重叠区尺寸占大视野对应尺寸的比例范围为0％～50％。

优选的，所述光源采用底部布置的底光源，所述光源采用散射光源或远心光源。

优选的，所述载台采用透明载板。

优选的，所述多端口镜头的多个端口的视野相邻设置，相邻视野通过相邻处重叠区实现无缝拼接。

优选的，所述分光组件采用分光棱镜或分光镜，分光组件的个数比相机组的个数少一个，其斜置角度使得分光束垂直于镜筒向外传送反射光束给相机组。

优选的，所述相机组采用高分辨率和高帧率芯片的相机。

优选的，光源采用散射光源，载台为玻璃载台，多端口镜头采用双端口变倍镜头，所述分光组件采用一个分光镜，所述相机组采用两个相机，大视野为两个拼接的“日”字形矩形视野。

优选的，光源采用远心光源，载台为玻璃载台，多端口镜头采用单倍率四端口远心镜头，所述分光组件采用三个分光棱镜，所述相机组采用四个相机，大视野为四个拼接的“田”字形矩形视野。

本发明还提供了一种采用前述光学测量装置的高精度大视野光学测量检测系统，系统包括光学测量装置、处理器、存储器和显示器，光学测量装置的相机通过信号线与处理器连接，所述处理器分别与存储器和显示器电讯连接，处理器通过图像分区标定将光学测量装置获得的多个小视野进行无缝拼接输出高精度大视野，从而实现对载台上的待测件实现高精度大视野测量检测。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：方案采用一个高倍率的两个甚至更多端口镜头配置高分辨率、高帧率的相机的光学系统，结合多相机分区域标定来实现高精度大视野测量的目的。多端口覆盖的相邻视野之间要有少量重叠区域来实现无缝拼接。这种方式中涉及的多端口镜头技术、多相机分区域标定技术都很成熟，易于实现。这种光学测量装置及系统没有任何移动部件，检测或测量的稳定性高，成本低，实现高精度大视野测量检测的目的，便于推广应用。

附图说明

图1为本发明一种高精度大视野光学测量装置及检测系统第一实施例的示意图；

图2为图1实施例获得的大视野示意图；

图3为本发明一种高精度大视野光学测量装置及检测系统第二实施例的示意图；

图4为图3实施例获得的大视野示意图。

图中：1、光源；2、载台；3、多端口镜头；4、分光镜；41、第一分光棱镜；42、第二分光棱镜；43、第三分光棱镜；51、第一相机；52、第二相机；53、第三相机；54、第四相机；6、处理器；7、存储器；8、显示器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。其中，属于用于“多”或“多个”表示大于等于二；检测不限于缺陷检测，还包括尺寸等的测量；小视野大视野是相对的，但在光学领域当下是常规理解的；本文中的高精度也是随着技术发展而变化的，当前在影像仪等检测技术中高精度指达到微米级，这跟倍率、镜头分辨率和相机像元相关。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一实施例

一个光学倍率为0.7-4.5倍的变倍镜头，最大支持2/3”相机，接口方式为C口，最小倍下视野须满足≥10mm×10mm，像素分辨率≤4um。通过分光镜将视场分为两个像面，在2个像方空间上安装两个相机覆盖整个视场来达到目的。具体的，参见图1，光学测量装置(图中虚框)及系统示意图，光源1采用散射光源，载台2为玻璃载台，多端口镜头3采用双端口变倍镜头，所述分光组件采用一个分光镜4，所述相机组采用两个相机(第一相机51和第二相机52)，大视野为两个拼接的“日”字形矩形视野。

1、相机说明：

1/1.7"，像素4000X3000，帧率15，通讯方式USB3.0，像素大小1.85um×1.85um，芯片尺寸7.4mm×5.5mm，接口C口、CS口、M58口、F口等，接口方式不定，可根据实际需要自行设计，在满足相机接收像方视场的前提下，实现相机与镜头的连接即可。

2、镜头说明：

0.7-4.5倍2端口变倍镜头，通过1个合适分光比的分光镜分出2个端口，结合相机，每个端口对应的最大视野是7.8mm×10.5mm。

3、底光源说明：

可采用散射光源和远心光源，采用远心底光源，有助于提高光源利用率。

4、视野组合说明：

视野组合示意图如图2，通过相机与镜头端口的偏置设置，2个7.8mm×10.5mm小视野，视野组合成11mm×10.5mm。

本实施例对应的检测系统包括光学测量装置、处理器6、存储器7和显示器8，光学测量装置参见图1虚框，为高精度大视野光学测量装置；光学测量装置的相机通过信号线与处理器6连接，所述处理器6分别与存储器7和显示器8电讯连接，处理器6通过图像分区标定将光学测量装置获得的两个小视野进行无缝拼接输出高精度大视野，从而实现对载台2上的待测件实现高精度大视野测量检测。

第二实施例

一个光学倍率为0.5倍的三端口远心镜头3，最大支持全画幅相机，通过三个分光棱镜第一将视场分成4个像面，在四个像方空间上安装4个低成本高分辨率的相机来覆盖整个视场，实现50mm×33mm的大视场，实现高分辨率低成本的目的。具体的，参见图3，光学测量装置(图中虚框)及系统示意图。光源采1用远心光源，载台2为玻璃载台，多端口镜头3采用单倍率四端口远心镜头，所述分光组件采用三个分光棱镜(第一分光棱镜41、第二分光棱镜42和第三分光棱镜43)，所述相机组采用四个相机(第一相机51、第二相机52、第三相机53、第四相机54)，大视野为四个拼接的“田”字形矩形视野。

1、相机说明：

1”，像素5472x3648，帧率20，通讯方式USB3.0，像素大小2.4um×2.4um，芯片尺寸13×8.7，快门rolling，接口C口、CS口、M58口、F口等，接口方式不定，可根据实际需要自行设计，在满足相机接收像方视场的前提下，实现相机与镜头的连接即可。

2、镜头说明：

0.5倍4端口远心镜头，通过3个合适分光比的分光棱镜分出四个端口，结合相机每个端口对应的视野是26mm×17.4mm。

3、底光源说明：

4、视野组合说明：

视野组合示意图如图4。4个26mm×17.4mm视野组合成50mm×33mm。

本实施例对应的检测系统包括光学测量装置、处理器6、存储器7和显示器8，光学测量装置参见图3虚框，为高精度大视野光学测量装置；光学测量装置的相机通过信号线与处理器6连接，处理器6分别与存储器7和显示器8电讯连接，处理器6通过图像分区标定将光学测量装置获得的四个小视野进行无缝拼接输出高精度大视野，从而实现对载台上的待测件实现高精度大视野测量检测。

这种技术也可用于变焦镜头、高分辨率的显微镜头和大焦距定焦镜头的光学测量或检测设备上，如目前影像仪普遍采用的0.7～4.5倍的7×、0.6～7.5倍12.5×其他变倍比的变倍镜头光学系统，光学倍率达到100倍甚至更大的显微镜设备等，因其稳定性和低成本，便于推广。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种高精度大视野光学测量装置，其特征在于：装置包括光源(1)、载台(2)、多端口镜头(3)、分光组件和相机组；

所述光源(1)、载台(2)、多端口镜头(3)和分光组件自下而上依次设置，所述分光组件在所述多端口镜头(3)上方的镜筒内斜置设置，以将分光束传向镜筒外的相机组；

其中，多端口镜头(3)的每个端口处的相机偏置设置，相机组获得相邻的多幅视野，多幅视野邻接处通过重叠实现无缝拼接以获得高精度大视野，且重叠区尺寸占大视野对应尺寸的比例范围为0％～50％。

2.根据权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于：所述光源(1)采用底部布置的底光源，所述光源(1)采用散射光源或远心光源。

3.根据权利要求2所述的光学测量装置，其特征在于：所述载台(2)采用透明载板。

4.根据权利要求3所述的光学测量装置，其特征在于：所述多端口镜头(3)的多个端口的视野相邻设置，相邻视野通过相邻处重叠区实现无缝拼接。

5.根据权利要求4所述的光学测量装置，其特征在于：所述分光组件采用分光棱镜或分光镜，分光组件的个数比相机组的个数少一个，其斜置角度使得分光束垂直于镜筒向外传送反射光束给相机组。

6.根据权利要求5所述的光学测量装置，其特征在于：所述相机组采用多个高分辨率和高帧率芯片的相机。

7.根据权利要求6所述的光学测量装置，其特征在于：光源(1)采用散射光源，载台(2)为玻璃载台，多端口镜头(3)采用双端口变倍镜头，所述分光组件采用一个分光镜，所述相机组采用两个相机，大视野为两个拼接的“日”字形矩形视野。

8.根据权利要求6所述的光学测量装置，其特征在于：光源(1)采用远心光源，载台(2)为玻璃载台，多端口镜头(3)采用单倍率四端口远心镜头，所述分光组件采用三个分光棱镜，所述相机组采用四个相机，大视野为四个拼接的“田”字形矩形视野。

9.一种高精度大视野光学测量检测系统，其特征在于：所述检测系统包括光学测量装置、处理器(6)、存储器(7)和显示器(8)，所述光学测量装置采用权利要求1-任一项所述的高精度大视野光学测量装置；光学测量装置的相机通过信号线与处理器连接，所述处理器分别与存储器和显示器电讯连接，处理器通过图像分区标定将光学测量装置获得的多个小视野进行无缝拼接输出高精度大视野，从而实现对载台上的待测件实现高精度大视野测量检测。