CN114025061A - 视觉传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种视觉传感器。视觉传感器包括壳体、光源组件、图像采集装置、滤片组件与保护镜片；光源组件位于内部空间内，以用于发出通过光源窗口的光线，光线包括线阵光线和/或面阵光线；图像采集装置位于内部空间内，以用于通过图像采集窗口采集经待测物体反射的光线；滤片组件包括光源滤片和图像采集滤片；光源滤片覆盖光源窗口，以用于过滤光源组件发出的光线；图像采集滤片覆盖图像采集窗口，以用于过滤经过图像采集窗口的光线；保护镜片连接至壳体，并位于滤片组件的远离内部空间的一侧，以用于保护滤片组件。由此，保护镜片能够保护滤片组件，避免滤片组件被污染。

Description

视觉传感器

技术领域

本发明涉及视觉传感器领域，具体而言涉及视觉传感器。

背景技术

现今的视觉传感器包括滤片。滤片的至少部分直接位于外界环境中。这样，滤片容易被污染而不清晰。这样会影响滤片的过滤光线的性能。

为此，本发明提供一种视觉传感器，以至少部分地解决上述问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施例部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种视觉传感器，视觉传感器包括：

壳体，壳体具有内部空间、光源窗口，以及和光源窗口隔开的图像采集窗口，光源窗口和图像采集窗口均连通至内部空间；

光源组件，光源组件位于内部空间内，以用于发出通过光源窗口的光线，光线包括线阵光线和/或面阵光线；

图像采集装置，图像采集装置位于内部空间内，以用于通过图像采集窗口采集经待测物体反射的光线；

滤片组件，滤片组件包括：

光源滤片，光源滤片覆盖光源窗口，以用于过滤光源组件发出的光线；

图像采集滤片，图像采集滤片覆盖图像采集窗口，以用于过滤经过图像采集窗口的光线；

保护镜片，保护镜片连接至壳体，并位于滤片组件的远离内部空间的一侧，以用于保护滤片组件。

本发明的视觉传感器，光源组件能够发出线阵光线和/或面阵光线，这样，在需要使用线阵光线的情况下，可以发出线阵光线，在需要使用面阵光线的情况下，可以发出面阵光线，视觉传感器能够适用于更多的场合；此外，保护镜片能够保护滤片组件，避免滤片组件被污染，从而无需经常更换滤片组件，此外当保护镜片被污染而影响其透光性能时，可以更换保护镜片，操作简单。

可选地，视觉传感器还包括安装件，安装件连接至壳体，并位于滤片组件的远离内部空间的一侧，安装件具有开口的安装槽，安装件经由开口进入安装槽内。

可选地，视觉传感器还包括第一磁连接件和第二磁连接件，第一磁连接件固定连接保护镜片，第二磁连接件固定连接至壳体，第一磁连接件和第二磁连接件磁连接，以使保护镜片固定于壳体。

可选地，光线包括线阵光线，光源组件包括用于发出线阵光线的线激光器；以及/或者

光线包括面阵光线，光源组件包括用于发出面阵光线的MEMS模组。

可选地，光源滤片包括用于过滤线阵光线的线光源滤片，以及用于过滤面阵光线的面光源滤片。

可选地，光源窗口包括线光源窗口和面光源窗口，线光源窗口和面光源窗口相互隔开，线光源滤片覆盖线光源窗口，面光源滤片覆盖面光源窗口。

可选地，线光源滤片、面光源滤片，以及图像采集滤片中的至少一个过滤的光线波长的波长范围为635纳米至850纳米。

可选地，线光源滤片、面光源滤片，以及图像采集滤片过滤的光线波长的波长范围相同或不同。

可选地，视觉传感器还包括控制器，控制器电连接至图像采集装置，以接收图像采集装置采集的信号，控制器构造为根据信号确定待测物体的表面积、重心、长度、位置，以及形状。

可选地，视觉传感器还包括气管连接部，壳体内设置有冷却气道，气管连接部连通冷却气道，气管连接部用于连接气管，冷却气道延伸至光源组件处，以及图像采集装置处，以用于冷却光源组件和图像采集装置，并且/或者

图像采集装置包括第一图像采集装置和第二图像采集装置，图像采集窗口包括第一图像采集窗口和第二图像采集窗口，第一图像采集窗口和第二图像采集窗口相互隔开，第一图像采集装置通过第一图像采集窗口采集经待测物体反射的光线，第二图像采集装置通过第二图像采集窗口采集经待测物体反射的光线。

附图说明

为了使本发明的优点更容易理解，将通过参考在附图中示出的具体实施方式更详细地描述上文简要描述的本发明。可以理解这些附图只描绘了本发明的典型实施方式，因此不应认为是对其保护范围的限制，通过附图以附加的特性和细节描述和解释本发明。

图1为根据本发明的一个优选实施方式的视觉传感器的立体示意图；

图2为图1的视觉传感器的分解示意图；

图3为图1的视觉传感器的正视图的剖视图；以及

图4为图2的A处局部放大示意图。

附图标记说明

110： 光源组件 111： 线激光器

112： MEMS模组 120： 图像采集装置

121： 第一图像采集装置 122： 第二图像采集装置

130： 滤片组件 131： 光源滤片

132： 图像采集滤片 133： 线光源滤片

134： 面光源滤片 140： 壳体

141： 前盖 142： 后盖

143： 光源窗口 144： 图像采集窗口

145： 线光源窗口 146： 面光源窗口

147： 第一图像采集窗口 148： 第二图像采集窗口

149： 内部空间 150： 保护镜片

151： 安装孔 160： 安装件

161： 开口 162： 安装槽

170： 第一磁连接件 180： 第二磁连接件

190： 控制器 200： 气管连接部

210： 指示镜片 220： 后盖板

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

以下参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。需要说明的是，本文中所使用的术语“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，并非限制。

在本文中，本申请中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其它含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。

为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

本发明提供了一种视觉传感器。该视觉传感器可以通过后文的图像采集装置120获取待测物体的最原始图像的信息(后文的信号)，然后对该信息进行处理，从而确定待测物体的表面积、重心、长度、位置，以及形状等物体信息，从而实现对待测物体的3D测量。请参考图1至图4，视觉传感器包括壳体140。壳体140为视觉传感器的支架。壳体140可以用于支撑后文的光源组件110、图像采集装置120、滤片组件130、保护镜片150、安装件160、第一磁连接件170、第二磁连接件180、控制器190、气管连接部200，以及指示镜片210。

如图2所示，壳体140包括前盖141和后盖142。前盖141和后盖142均为大致长方体结构。前盖141包括前盖内部空间。后盖142包括后盖内部空间。前盖141可以通过连接件(例如螺钉)连接至后盖142，以使前盖内部空间连通后盖内部空间。这样，前盖内部空间和后盖内部空间构成壳体140的内部空间149。后文的光源组件110、图像采集装置120、控制器190，以及指示灯均位于该内部空间149内。

前盖141包括光源窗口143和图像采集窗口144。光源窗口143和图像采集窗口144位于前盖141的前侧(前盖141的靠近后文的保护镜片150的一侧)。光源窗口143和图像采集窗口144均连通至前盖内部空间。光源窗口143和图像采集窗口144相隔开。

请参考图2和图3，视觉传感器还包括光源组件110。光源组件110位于壳体140的内部空间149内。光源组件110用于发出光线。该光线可以通过光源窗口143照射至待测物体的表面。

优选地，光源组件110包括线激光器111和MEMS(微机电系统，Micro-Electro-Mechanical System)模组112。线激光器111用于发出线阵光线(线阵光线的在平面上的投射形状呈现线形)。MEMS模组112用于发出面阵光线(面阵光线在平面上的投射形状为面积大于0的形状)。由此，在需要使用线阵光线的情况下，可以通过线激光器111发出线阵光线。在需要使用面阵光线的情况下，可以通过MEMS模组112发出面阵光线。

可以理解，在未示出的实施方式中，光源组件只包括线激光器，以用于发出线阵光线。或者光源组件只包括MEMS模组，以用于发出面阵光线。

优选地，MEMS模组112可以通过振动的方式发出面阵光线。进一步优选地，MEMS模组112可以通过高频振动的方式发出面阵光线。MEMS模组112可以为知微传感技术有限公司生产的MEMS模组。

前述的光源组件110发出的光线照射至待测物体时，待测物体会反射该光线。视觉传感器还包括图像采集装置120。图像采集装置120可以为相机或者摄像头。图像采集装置120位于内部空间149内。图像采集装置120用于通过图像采集窗口144采集经待测物体反射的光线，然后将信号(该信号表示图像采集装置120采集到的光线的信息)发送至后文的控制器190，以使控制器190能够根据该信号确定待测物体的物体信息。

如图2所示，视觉传感器还包括滤片组件130。滤片组件130能够透光，进而对透过滤片组件130的光线进行过滤，从而保留光线波长为预定波长范围的光线。滤片组件130连接至壳体140。

滤片组件130包括光源滤片131和图像采集滤片132。光源滤片131覆盖光源窗口143。光源滤片131用于过滤光源组件110发出的光线。图像采集滤片132覆盖图像采集窗口144。图像采集滤片132用于过滤经过图像采集窗口144的光线。

视觉传感器的使用过程中，滤片组件130容易受到污染而不清晰。这样会影响滤片组件130的过滤光线的性能。为此，如图2所示，视觉传感器包括保护镜片150。保护镜片150可以使普通的玻璃镜片或者树脂镜片，成本低。保护镜片150连接至壳体140。保护镜片150位于滤片组件130的远离壳体140的内部空间149的一侧。保护镜片150覆盖滤片组件130。这样，保护镜片150能够用于保护滤片组件130。

本实施方式中，光源组件110能够发出线阵光线和/或面阵光线，这样，在需要使用线阵光线的情况下，可以发出线阵光线，在需要使用面阵光线的情况下，可以发出面阵光线，视觉传感器能够适用于更多的场合；此外，保护镜片150能够保护滤片组件130，避免滤片组件130被污染，从而无需经常更换滤片组件130。当保护镜片150被污染而影响其透光性能时，可以更换保护镜片150，操作简单。

优选地，请继续参考图2，视觉传感器还包括安装件160。安装件160位于滤片组件130的远离内部空间149的一侧。安装件160可以通过连接件(例如螺钉)连接至壳体140。

如图2和图4所示，安装件160具有镜片安装窗口。镜片安装窗口处均设置有安装槽162。沿壳体140的高度方向(图4的上下方向)，每个安装槽162均具有朝向壳体140的下端(图4的上端)的开口161。由此，安装件160的结构简单。

保护镜片150可以通过开口161进入安装槽162内。保护镜片150覆盖安装窗口。这样，保护镜片150连接至安装件160。从而通过安装件160连接至壳体140。由此，保护镜片150的安装方便。

优选地，安装件160具有两个镜片安装窗口。保护镜片150为两个。一个保护镜片150连接至安装件160的一个镜片安装窗口处，该保护镜片150位于光源窗口143处，以保护覆盖光源窗口143的光源滤片131。另一个保护镜片150连接至安装件160的另一个镜片安装窗口处，该保护镜片150位于图像采集窗口144处，以保护图像采集滤片132。

如图2和图4所示，视觉传感器还包括第一磁连接件170和第二磁连接件180。保护镜片150设置有安装孔151。第一磁连接件170可以通过胶体固定于安装孔151内，以固定连接至保护镜片150。第二磁连接件180固定连接至前盖141。

第一磁连接件170和第二磁连接件180可以磁吸附在一起，从而磁连接。这样第一磁连接件170和第二磁连接件180可以将保护镜片150固定连接至前盖141。由此，可以提高保护镜片150固定至壳体140的强度。

在未示出的实施方式中，第一磁连接件也可以通过高温胶带固定至保护镜片。第二磁连接件也可以通过高温胶带固定至前盖。

如图2和图4所示，光源窗口143包括线光源窗口145和面光源窗口146。线光源窗口145和面光源窗口146相互隔开。线光源窗口145为长孔。该长孔的长轴沿壳体140的长度方向(图3的左右方向)延伸。线激光器111可以通过线光源窗口145发出沿长孔的长轴方向设置的线阵光线。

面光源窗口146为圆孔。MEMS模组112可以通过面光源窗口146发出面阵光线。由此，线阵光线和面阵光线隔开，避免线阵光线和面阵光线相互干扰。

光源滤片131包括线光源滤片133和面光源滤片134。线光源滤片133覆盖线光源窗口145，以用于过滤线阵光线。面光源滤片134覆盖面光源窗口146，以用于过滤面阵光线。由此，可以更加有效地过滤线阵光线和面阵光线。

优选地，图像采集装置120包括第一图像采集装置121和第二图像采集装置122。由此，可以通过第一图像采集装置121和第二图像采集装置122分别采集经待测物体反射的光线，提高采集光线的样本数，进而提高视觉传感器的精度。

图像采集窗口144包括第一图像采集窗口147和第二图像采集窗口148。第一图像采集窗口147和第二图像采集窗口148相互隔开。第一图像采集装置121位于第一图像采集窗口147处。第一图像采集装置121通过第一图像采集窗口147采集经待测物体反射的光线。第二图像采集装置122位于第二图像采集窗口148处。第二图像采集装置122通过第二图像采集窗口148采集经待测物体反射的光线。这样，第一图像采集装置121采集的光线和第二图像采集装置122采集的光线隔开，避免第一图像采集装置121采集的光线和第二图像采集装置122采集的光线相互干扰。

优选地，线光源滤片133、面光源滤片134，以及图像采集滤片132过滤的光线波长的波长范围可以相同。由此，视觉传感器可以采用光线波长的波长范围相同的光线。

可以理解，在未示出的实施方式中，线光源滤片133、面光源滤片134，以及图像采集滤片132过滤的光线波长的波长范围可以不同。由此，可以采用光线波长的波长范围不同的光线。

线光源滤片133、面光源滤片134，以及图像采集滤片132中的至少一个过滤的光线波长的波长范围为635纳米至850纳米，以去除光线波长在波长范围外的光线。由此，可以提高视觉传感器的精度。本实施方式中，线光源滤片133、面光源滤片134，以及图像采集滤片132过滤的光线波长的波长范围均为635纳米至850纳米。

视觉传感器还包括控制器190。控制器190可以构造为板状。该板状的厚度方向沿壳体140的厚度方向延伸。控制器190电连接至图像采集装置120，以接收前述的信号。控制器190可以根据该信号确定待测物体的物体信息。

控制器190还可以电连接至光源组件110，以控制光源组件110发出光线。控制器190还可以电连接至后文的指示灯，以为指示灯供电。

视觉传感器还包括气管连接部200。气管连接部200用于连接外部的气管。壳体140内还设置有冷却气道(未示出)。气管连接部200连通冷却气道。冷却气道连通至光源组件110处、控制器190处，以及图像采集装置120处。这样，可以通过外部的气管向冷却气道通入空气，从而冷却光源组件110、控制器190，以及图像采集装置120。

优选地，视觉传感器还包括后盖板220。后盖板220可以通过连接件(例如螺钉)连接至后盖142的远离安装件160的一端。后盖板220覆盖后盖142。气管连接部200连接至后盖板220。后盖板220用于密封气管连接部200和壳体140之间的连接。

冷却气道还可以延伸至安装件160的安装槽162处，以向保护镜片150吹风，进而吹除附着于保护镜片150的灰尘。

优选地，壳体140还设置有指示窗口。视觉传感器还包括指示镜片210和指示灯(未示出)。指示镜片210透明。指示镜片210连接至壳体140，并覆盖指示窗口。指示灯位于壳体140内。指示灯电连接至控制器190。指示灯位于指示窗口处。当视觉传感器工作时，指示灯发出指示光线。指示光线可以透过指示镜片210。由此，使用人员可以通过观察指示灯是否亮，进而判断视觉传感器是否出现故障。

该视觉传感器的控制器190可以无线连接至外设的计算器，以和外设的计算器通讯，进而将其确定的物体信息发送至计算器。计算器可以根据物体信息生成深度图、点云图、RGB图，以及灰度图。该计算器可以对所生成的图像进行计算，从而确定待测物体的相对位置数据。

可以理解，在未示出的实施方式中，控制器自身也可以生成深度图、点云图、RGB图，以及灰度图。

该视觉传感器可以用于测量体积较大的待测物体。此时，视觉传感器通过MEMS模组以高频振动的方式发出面阵光线照射待测物体。由此，可以提高扫描效率。图像采集装置120采集待测物体反射的光线。控制器190接收图像采集装置120发送的信号，并根据该信号确定待测物体的物体信息，进而完成对待测物体位置的测量，测量速度快。

视觉传感器可以用于小范围地测量待测物体的某个特征。此时，视觉传感器可以通过线激光器111发出的线阵光线照射待测物体待测特征，实时追踪该特征产生的塑性变形。

视觉传感器可以用于焊接、打磨、切割，以及喷涂等加工工艺，以明显改善工艺效果，提高经济效益。

视觉传感器的前述的零件连接在一起后，光源组件110、图像采集装置120、滤片组件130，以及指示灯均位于和外界环境密封隔开的空间内。这样可以实现对光源组件110、图像采集装置120、滤片组件130，以及指示灯的防尘。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“部件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。

Claims (10)

1.一种视觉传感器，其特征在于，所述视觉传感器包括：

壳体，所述壳体具有内部空间、光源窗口，以及和所述光源窗口隔开的图像采集窗口，所述光源窗口和所述图像采集窗口均连通至所述内部空间；

光源组件，所述光源组件位于所述内部空间内，以用于发出通过所述光源窗口的光线，所述光线包括线阵光线和/或面阵光线；

图像采集装置，所述图像采集装置位于所述内部空间内，以用于通过所述图像采集窗口采集经待测物体反射的所述光线；

滤片组件，所述滤片组件包括：

光源滤片，所述光源滤片覆盖所述光源窗口，以用于过滤所述光源组件发出的所述光线；

图像采集滤片，所述图像采集滤片覆盖所述图像采集窗口，以用于过滤经过所述图像采集窗口的所述光线；

保护镜片，所述保护镜片连接至所述壳体，并位于所述滤片组件的远离所述内部空间的一侧，以用于保护所述滤片组件。

2.根据权利要求1所述的视觉传感器，其特征在于，所述视觉传感器还包括安装件，所述安装件连接至所述壳体，并位于所述滤片组件的远离所述内部空间的一侧，所述安装件具有开口的安装槽，所述安装件经由所述开口进入所述安装槽内。

3.根据权利要求1所述的视觉传感器，其特征在于，所述视觉传感器还包括第一磁连接件和第二磁连接件，所述第一磁连接件固定连接所述保护镜片，所述第二磁连接件固定连接至所述壳体，所述第一磁连接件和所述第二磁连接件磁连接，以使所述保护镜片固定于所述壳体。

4.根据权利要求1所述的视觉传感器，其特征在于，

所述光线包括线阵光线，所述光源组件包括用于发出所述线阵光线的线激光器；以及/或者

所述光线包括面阵光线，所述光源组件包括用于发出所述面阵光线的MEMS模组。

5.根据权利要求1所述的视觉传感器，其特征在于，所述光源滤片包括用于过滤所述线阵光线的线光源滤片，以及用于过滤所述面阵光线的面光源滤片。

6.根据权利要求5所述的视觉传感器，其特征在于，所述光源窗口包括线光源窗口和面光源窗口，所述线光源窗口和所述面光源窗口相互隔开，所述线光源滤片覆盖所述线光源窗口，所述面光源滤片覆盖所述面光源窗口。

7.根据权利要求5所述的视觉传感器，其特征在于，所述线光源滤片、所述面光源滤片，以及所述图像采集滤片中的至少一个过滤的光线波长的波长范围为635纳米至850纳米。

8.根据权利要求5所述的视觉传感器，其特征在于，所述线光源滤片、所述面光源滤片，以及所述图像采集滤片过滤的光线波长的波长范围相同或不同。

9.根据权利要求1所述的视觉传感器，其特征在于，所述视觉传感器还包括控制器，所述控制器电连接至所述图像采集装置，以接收所述图像采集装置采集的信号，所述控制器构造为根据所述信号确定所述待测物体的表面积、重心、长度、位置，以及形状。

10.根据权利要求1所述的视觉传感器，其特征在于，

所述视觉传感器还包括气管连接部，所述壳体内设置有冷却气道，所述气管连接部连通所述冷却气道，所述气管连接部用于连接气管，所述冷却气道延伸至所述光源组件处，以及所述图像采集装置处，以用于冷却所述光源组件和所述图像采集装置，并且/或者

所述图像采集装置包括第一图像采集装置和第二图像采集装置，所述图像采集窗口包括第一图像采集窗口和第二图像采集窗口，所述第一图像采集窗口和所述第二图像采集窗口相互隔开，所述第一图像采集装置通过所述第一图像采集窗口采集经待测物体反射的所述光线，所述第二图像采集装置通过所述第二图像采集窗口采集经待测物体反射的所述光线。

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