CN115931880A - 一种线扫光学检测结构及同轴线扫光源的主光轴校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种线扫光学检测结构及同轴线扫光源的主光轴校准方法，该线扫光学检测结构包括线阵相机，光学镜头，同轴线扫光源和电动直线位移台，线阵相机、光学镜头和阶梯状样品调节至同轴且阶梯状样品处于光学镜头的前焦面上；同轴线扫光源固定于电动直线位移台上，并且移动电动直线位移台改变同轴线扫光源位置进行成像；量化成像所得图片的伪影宽度，并进一步得到光源发散角的正弦值；找到正弦值最小的地方，即为光源发散角最小的位置，该处就是同轴线扫光源的主轴。本发明可用于提高线扫光学检测系统的检测精度，有效改善图像质量，提升图像分辨率，避免产生伪影。

Description

一种线扫光学检测结构及同轴线扫光源的主光轴校准方法

技术领域

本发明涉及一种线扫光学检测结构及同轴线扫光源的主光轴校准方法。

背景技术

随着制造加工行业的发展，产品良率的控制也变得极为重要。在工业检测过程中，表面检测技术构成了其重要的一个环节，表面检测技术主要是对各式各样零件的三维表面信息进行提取与检测，进而进行缺陷查找。工业检测领域中，线扫光学检测也逐渐成为机器视觉无接触光学测量领域中应用较为广泛，检测效率较好的一项新兴光学检测技术。

线扫光学检测系统主要由光源，线扫镜头以及线阵相机组成，其中光源可以有多种选择，比如同轴线扫光源，线光源，环形光等；而同轴线扫光源作为一种高度集成化的光源可以为整体系统节省很大的空间，实现大尺寸高精度的检测要求，这使得该光源成为线扫光学检测系统中很重要的一环。

随着工业检测对检测范围，检测精度，检测速率等各项检测要求的提高，线扫光学检测系统对硬件的装配要求也变得极为重要，一些小的装配偏差就可能导致光源发出的光无法被线阵相机所接收进而导致无法成像。由于同轴线扫光源在使用过程中必须保证与镜头、相机以及样品处于完全同轴状态，即光源的主光轴与相机和样品保持同轴，否则光源的发散角会对样品的检测带来巨大的影响。现有技术下通过肉眼对光源，样品，相机的同轴校准很难保证系统的同轴度，导致成像清晰度下降，检测效果下降。

发明内容

本发明需要解决的问题是：克服现有线扫同轴光源在装配过程中由于装配偏差或设计偏差而产生的主光轴偏离轴心的问题，提出一种线扫光学检测结构及同轴线扫光源的主光轴校准方法。该方法可用于提高线扫光学检测系统的检测精度，有效改善图像质量，提升图像分辨率，避免产生伪影。

本发明可通过以下技术方案予以实现：

一种线扫光学检测结构，包括线阵相机，光学镜头，同轴线扫光源和电动直线位移台，所述线阵相机、光学镜头和阶梯状样品调节至同轴且阶梯状样品处于光学镜头的前焦面上；所述同轴线扫光源固定于所述电动直线位移台上，并且移动所述电动直线位移台改变所述同轴线扫光源位置进行成像；量化成像所得图片的伪影宽度，并进一步得到光源发散角的正弦值；找到正弦值最小的地方，即为光源发散角最小的位置，该处就是同轴线扫光源的主轴。

本发明提出的一种同轴线扫光源的主光轴校准方法，包括下列步骤：

(1)使用呈阶梯状分布的高反射率样品，该样品中心处为最高阶梯，高度依次沿两边下降，单个阶梯宽度在0.4mm，阶梯之间的高度差为2mm；

(2)将线阵相机、光学镜头和阶梯状样品调节至同轴，使线阵相机芯片的中心正对于阶梯状样品中间最高阶梯的中心；

(3)调节线阵相机、光学镜头的高度，使镜头到阶梯状样品中心的距离等于镜头的焦距；

(4)采用环形光照明，验证样品是否处于镜头的焦点位置，成像清晰则进行下一步；

(5)将同轴线扫光源固定到单步行进值为3um的电动直线位移台上，并将同轴线扫光源调节至合适高度，且靠近相机、镜头和样品所处的轴的位置；

(6)打开同轴线扫光源对阶梯状样品进行照明并扫描成像；

(7)观察成像效果，将产生的伪影宽度记录下来，进一步计算得出光源的发散角度；

(8)根据二分法移动电动直线位移台，调节同轴线扫光源位置，重复步骤(6)、(7)，进而确定发散角度最小的位置，即产生伪影最小或不产生伪影的位置，则该位置即为同轴线扫光源的主光轴；

(9)标定此时同轴线扫光源的位置，标定同轴线扫光源与镜头之间的相对位置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种同轴线扫光源的主光轴校准方法，固定好线阵相机、镜头与阶梯状样品的位置后，在需要对同轴线扫光源主光轴位置进行校准时，通过设置电动直线位移台的位置进一步调节同轴线扫光源的位置，根据在不同位置所成的像作为校准标准，根据像的伪影进一步的计算得出并找到光源发散角最小的位置，即为同轴线扫光源主光轴的位置；本发明有效提高了同轴线扫光源的校准精度，避免了机械设计时因实际主光轴位置与理论主光轴位置不一致所导致的机械设计出错，优化了线扫光学检测系统的检测精度，提升了成像质量和检测效果。

附图说明

图1为本发明的线扫光学检测结构示意图

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域的技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

如图1所示，本发明的一种线扫光学检测结构，包括线阵相机1，光学镜头2，同轴线扫光源3，电动直线位移台4，阶梯状样品5，上位机6；这些器件依次排序为上位机6，线阵相机1，光学镜头2，同轴线扫光源3，电动直线位移台4，阶梯状样品5；其中，电动位移台4下的黑色箭头为同轴线扫光源3照射到阶梯状样品5的光路示意，同轴线扫光源3左侧的黑色箭头则为系统整体的扫描方向，同轴线扫光源3上面的黑色箭头则为经阶梯状样品5反射回来的光路示意。

下面结合实例对本装置做进一步说明；

同轴线扫光源3发出的照射到阶梯状样品5上，经过阶梯状样品5反射的光进入到光学镜头2中，并最终通过扫描成像于线阵相机1中，得到的图像被上位机6进行处理，进一步计算得出光源发散角，通过移动电动直线位移台4改变同轴线扫光源3位置，在不同的位置成像，使用二分法找到光源发散角最小的位置，该位置则为同轴线扫光源主光轴所在位置。

本发明的一种同轴线扫光源的主光轴校准方法，包括下列步骤：

(1)使用呈阶梯状分布的高反射率样品，该样品中心处为最高阶梯，高度依次沿两边下降，单个阶梯宽度在0.4mm，阶梯之间的高度差为2mm；

(2)将线阵相机、光学镜头和阶梯状样品调节至同轴，使线阵相机芯片的中心正对于阶梯状样品中间最高阶梯的中心；

(3)调节线阵相机、光学镜头的高度，使镜头到阶梯状样品中心的距离等于镜头的焦距；

(4)采用环形光照明，验证样品是否处于镜头的焦点位置，成像清晰则进行下一步；

(5)将同轴线扫光源固定到单步行进值为3um的电动直线位移台上，并将同轴线扫光源调节至合适高度，且靠近相机、镜头和样品所处的轴的位置；

(6)打开同轴线扫光源对阶梯状样品进行照明并扫描成像；

(7)观察成像效果，将产生的伪影宽度记录下来，进一步计算得出光源的发散角度；

(8)根据二分法移动电动直线位移台，调节同轴线扫光源位置，重复步骤(6)、(7)，进而确定发散角度最小的位置，即产生伪影最小或不产生伪影的位置，则该位置即为同轴线扫光源的主光轴；

(9)标定此时同轴线扫光源的位置，标定同轴线扫光源与镜头之间的相对位置。

基于该种方法，可有效的找到同轴线扫光源的主光轴位置，进一步的为后续的机械设计或实验测试提供帮助，避免因同轴线扫光源的理论设计主光轴与实际主光轴存在一定偏移而造成的机械设计偏差，避免了成像过程中产生较大伪影的问题，提高了成像效果与检测效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (2)

1.一种线扫光学检测结构，其特征在于，包括线阵相机，光学镜头，同轴线扫光源和电动直线位移台，所述线阵相机、光学镜头和阶梯状样品调节至同轴且阶梯状样品处于光学镜头的前焦面上；所述同轴线扫光源固定于所述电动直线位移台上，并且移动所述电动直线位移台改变所述同轴线扫光源位置进行成像；量化成像所得图片的伪影宽度，并进一步得到光源发散角的正弦值；找到正弦值最小的地方，即为光源发散角最小的位置，该处就是同轴线扫光源的主轴。

2.一种同轴线扫光源的主光轴校准方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)使用呈阶梯状分布的高反射率样品，该样品中心处为最高阶梯，高度依次沿两边下降，单个阶梯宽度在0.4mm，阶梯之间的高度差为2mm；

(2)将线阵相机、光学镜头和阶梯状样品调节至同轴，使线阵相机芯片的中心正对于阶梯状样品中间最高阶梯的中心；

(3)调节线阵相机、光学镜头的高度，使镜头到阶梯状样品中心的距离等于镜头的焦距；

(4)采用环形光照明，验证样品是否处于镜头的焦点位置，成像清晰则进行下一步；

(5)将同轴线扫光源固定到单步行进值为3um的电动直线位移台上，并将同轴线扫光源调节至合适高度，且靠近相机、镜头和样品所处的轴的位置；

(6)打开同轴线扫光源对阶梯状样品进行照明并扫描成像；

(7)观察成像效果，将产生的伪影宽度记录下来，进一步计算得出光源的发散角度；

(8)根据二分法移动电动直线位移台，调节同轴线扫光源位置，重复步骤(6)、(7)，进而确定发散角度最小的位置，即产生伪影最小或不产生伪影的位置，则该位置即为同轴线扫光源的主光轴；

(9)标定此时同轴线扫光源的位置，标定同轴线扫光源与镜头之间的相对位置。

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