CN210141847U - 一种基于点激光的高精度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于点激光的高精度测量装置，包括点激光源、凸透镜、成像组件，所述成像组件包括设置在前端的远心镜头、设置在中间的增倍镜、设置在后端的高分辨率相机；所述凸透镜为KPT‑161K9平凸透镜（Ф6‑Ф25.4），直径25.4mm，焦距45mm；所述点激光源发射的入射光线经凸透镜汇聚到待测件表面后漫反射，其中一束反射光线从待测件表面依次通过远心镜头、增倍镜照射在高分辨率相机的感光元件上进行成像。本实用新型的测量精度为微米级，能满足微米级测量精度的要求。

Description

一种基于点激光的高精度测量装置

技术领域

本实用新型属于测量装置技术领域，具体涉及一种基于点激光的高精度测量装置。

背景技术

在各种产品生产过程中，一个重要的检测项目就是检测产品表面平整度是否符合要求。部分高精度产品质量检测要求中，平面高度变化仅允许有微米级别的误差，如此微小的高度变化人眼根本无法分辨，使用百/千分表虽然能检测但人为操作存在干扰严重、可重复性低、人工检测效率低的缺陷，而采用非接触式测量的点激光测量方式可减少人为操作干扰、可重复性较高。

但是，现有的点激光测量精度通常为毫米级，很难满足高精度产品微米级检测精度的要求。

实用新型内容

本实用新型针对现有点激光测量无法满足微米级检测精度要求的不足，提出一种基于点激光的高精度测量装置，通过采用特定参数的凸透镜及增设的增倍镜、远心镜头使得测量精度达到微米级。

本实用新型主要通过以下技术方案实现：一种基于点激光的高精度测量装置，包括点激光源、将点激光源发射的入射光线汇聚到待测件表面的凸透镜、接收待测件表面反射光线的成像组件，所述成像组件包括设置在前端的远心镜头、设置在中间的增倍镜、设置在后端的高分辨率相机；所述凸透镜为KPT-161K9平凸透镜（Ф6-Ф25.4），直径25.4mm，焦距45mm。所述点激光源发射的入射光线经凸透镜汇聚到待测件表面后漫反射，其中一部分反射光线从待测件表面依次通过远心镜头、增倍镜照射在高分辨率相机的感光元件上进行成像。

本实用新型所述的高精度测量装置，包括沿入射光线依次设置的点激光源、凸透镜以及沿反射光线依次设置的远心镜头、增倍镜、高分辨率相机，点激光源、凸透镜组成沿入射光线设置的激光组件，远心镜头、增倍镜、高分辨率相机组成沿反射光线设置的成像组件。凸透镜的焦点恰好位于待测件的表面。点激光源发出的入射光线经凸透镜汇聚到待测件的表面并在待测件的表面进行漫反射，高分辨率相机接收到经纠正视差的远心镜头、调整光学变焦的增倍镜处理后的发射光线并在感光元件上成像。

进一步地，所述远心镜头的放大倍率为8、工作距离为65mm。

进一步地，所述增倍镜的型号为EX2C-Computar。

进一步地，所述增倍镜为4倍增倍镜，可将视野缩小4倍，提高分辨率。

进一步地，所述点激光源、凸透镜、远心镜头、增倍镜、高分辨率相机均通过一体化结构的机架固定，点激光源、凸透镜、远心镜头、增倍镜、高分辨率相机保持相对位置不变。

进一步地，所述远心镜头、增倍镜、高分辨率相机中感光元件的中心共线。

进一步地，所述点激光源和/或凸透镜不在高分辨率相机视野范围内。

本实用新型的有益效果：

（1）本实用新型采用特定参数的凸透镜缩小光斑直径至微米级，同时通过在高分辨率相机的图像采集端增设远心镜头和感光元件结构，缩小视野、提升光斑亮度，提高成像的分辨率。

（2）本实用新型中凸透镜、远心镜头、感光元件结合，使得光斑亮度足以成像，而能有效减少其他光线的干扰，有利于提高光斑提取精度；同时增倍镜将视野缩小后使得光斑微小的变化变得明显。

附图说明

图1是高精度测量装置的结构原理图。

图2是使用高精度测量装置测量待测件的示意图。

其中，1、点激光源；2、凸透镜；3、待测件；4、基准平台；5、高分辨率相机；6、增倍镜；7、远心镜头；8、感光元件；9、测量范围。

具体实施方式

实施例1：

一种基于点激光的高精度测量装置，包括点激光源1、凸透镜2、远心镜头7、增倍镜6、高分辨率相机5。由点激光源1、凸透镜2组成的激光组件沿激光的入射光线设置；由远心镜头7、增倍镜6、高分辨率相机5组成的成像组件沿激光的反射光线设置，接收反射光线。

如图1所示，将待测件3放置在基准平台4上，所述凸透镜2设置在点激光源1发射激光光线的路径上，点激光源1发射的入射光线经凸透镜2汇聚到待测件3表面后漫反射，其中一部分反射光线从待测件3表面依次通过远心镜头7、增倍镜6照射在高分辨率相机5的感光元件8上进行成像。

重点是，本实用新型中凸透镜2采用直径25.4mm、焦距45mm的KPT-161K9平凸透镜（Ф6-Ф25.4），不仅能提升光斑的亮度还能使入射光线聚集成的光斑直径减小至20um。直径更小、亮度更高的光斑有利于增加对比、剔除干扰，提升检测精度。

更进一步，高分辨率相机5的采集端同时设置远心镜头7和增倍镜6，缩小视野的同时增大分辨率：使得达到一定光照强度的光线才能进入高分辨率相机5，在感光元件8上成像。若高分辨率相机5前端不设置无远心镜头7和增倍镜6，则无法观察到微米级变化，分辨率不够。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上进一步说明。

一种基于点激光的高精度测量装置，包括点激光源1、凸透镜2、远心镜头7、增倍镜6、高分辨率相机5。

所述点激光源1的型号为：FU980AD5-BC10，其功率为5mw，电压为DC3-5V。

所述凸透镜2的型号为KPT-161K9平凸透镜（Ф6-Ф25.4），其直径为25.4mm、焦距为45mm。

所述高分辨率相机5的型号为：acA2500-14gm/gc，相机分辨率为：2592x1944，相机芯片尺寸为5.70mmx4.28mm，像素尺寸为2.2umx2.2um。

所述增倍镜6的型号为EX2C-Computar，其放大倍数为2，与高分辨率相机的光学变焦叠加使用后可将视野缩小4倍。

所述远心镜头7的型号为MT8.0-65，其放大倍率为8、工作距离为65mm。

本实施例中在高分辨率相机5图像采集的路径上增设远心镜头7与增倍镜6结合的结构，进一步提高检测精度。一、缩小视野放大目标对象，使得高分辨率相机5的视野缩小为几微米×几微米。二、通过较大的放大倍数可以使单位物理长度在成像图像上占用更多像素，高分辨率相机5描述物理信息更仔细，更容易捕捉微小变化。定义物理距离与像素的比例关系为物象分辨率，利用如上结构物象分辨率可达0.14微米/像素。若不使用远心镜头7与增倍镜6，则无法观察到微米级的变化，物象分辨率不够。

本实施例中在入射光线路径上设置凸透镜2，且在反射光线路径上设置远心镜头7与增倍镜6结合的结构，进一步提高检测精度。若不使用凸透镜2进行聚焦，入射光线形成的光斑漫反射的光线强度通常难以成像，而增设远心镜头7与增倍镜6结合的结构后，使得具有一定光照强度的光线才能进入高分辨率相机5成像，而干扰光线等其他自然光线的强度难以成像。也就是说高分辨率相机5的视野中仅有激光光源形成的图像，有利于提高光斑提取精度。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在实施例1或实施例2的基础上进一步说明。

一种基于点激光的高精度测量装置，包括点激光源1、凸透镜2、远心镜头7、增倍镜6、高分辨率相机5和机架。所述点激光源1、凸透镜2、远心镜头7、增倍镜6、高分辨率相机5通过机架一体化固定安装。固定安装后点激光源1、凸透镜2、远心镜头7、增倍镜6、高分辨率相机5相对位置不变，保证标定精度，具有固定的最佳工作距离。

通常先将待测件3放在基准平台4上，调节安装在机架上的点激光源1、凸透镜2、远心镜头7、增倍镜6、高分辨率相机5，确保激光的入射光线经凸透镜2汇聚后落在待测件3表面且一部分发射光线能进入高分辨率相机5的视野，调整好后将点激光源1、凸透镜2、远心镜头7、增倍镜6、高分辨率相机5在机架固定以保证相对位置不变。

如图1、图2所示，点激光源1向摆放在基准平台4上的测试件发射入射光线，入射光线经过直径25.4mm、焦距45mm的KPT-161K9平凸透镜（Ф6-Ф25.4）汇聚到测试件表面，漫反射的反射光线经过远心镜头7、增倍镜6在高分辨率相机5的感光元件8上成像。按此方法，将点激光源1、凸透镜2、远心镜头7、增倍镜6、高分辨率相机5相对位置不变的情况下，对一系列高度已知的标准件进行测量，获取与标准件对应的一系列光斑中心位置数据，通过拟合算法建立映射关系，由此可根据标定结果获得待测产品表面高度信息。也就是说，所述高分辨率相机5通过图像采集卡将获得的光斑的成像图发送至图像处理器，由图像处理器计算光斑中心位置，并与之前标定结果得到一个具体的高度数值。拟合算法建立标准件与光斑中心位置间映射关系的手段为现有技术，通过获取一系列标准件的测量值获得其他待测件3测量值的手段也为现有技术，相机获取图像后经图像采集卡把数据发送至图像处理器进行处理的手段也为现有技术，本实用新型的改进点仅在于测量装置本身结构，不在于数据处理方法，也不在于通过标准件标定待测件3的方法，故不再赘述。

当然，通过本实施例所述的测量装置不仅可以测量待测件3的高度值，还可以通过改变激光光线落在待测件3表面的位置进行多点测量而获取该待测件3表面平整度。由一个平面上多点高度值计算该平面平整度的方法为现有技术，故不再赘述。

如图2所示，在点激光源1、凸透镜2、待测件3、远心镜头7、增倍镜6、高分辨率相机5的感光元件8相对位置不变的情况下，感光元件8的视野范围有限，此时横向示意的上、下两条加粗虚线之间即为此结构下可有效测量待测件3高度的测量范围9。

为了提高测量精度，所述远心镜头7、增倍镜6、高分辨率相机5中感光元件8的中心共线。

为了提高测量精度，所述点激光源1、凸透镜2不在高分辨率相机5视野范围内，避免干扰成像。

本实施例的其他部分与实施例1或实施例2相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于点激光的高精度测量装置，包括点激光源（1）、将点激光源（1）发射的入射光线汇聚到待测件（3）表面的凸透镜（2）、接收待测件（3）表面反射光线的成像组件，其特征在于，所述成像组件包括设置在前端的远心镜头（7）、设置在中间的增倍镜（6）、设置在后端的高分辨率相机（5）；所述凸透镜（2）为KPT-161K9平凸透镜（Ф6-Ф25.4），直径25.4mm，焦距45mm；

所述点激光源（1）发射的入射光线经凸透镜（2）汇聚到待测件（3）表面后漫反射，其中一部分反射光线从待测件（3）表面依次通过远心镜头（7）、增倍镜（6）照射在高分辨率相机（5）的感光元件（8）上进行成像。

2.根据权利要求1所述的一种基于点激光的高精度测量装置，其特征在于，所述远心镜头（7）的放大倍率为8、工作距离为65mm。

3.根据权利要求1所述的一种基于点激光的高精度测量装置，其特征在于，所述增倍镜（6）的放大倍数为2倍，可将视野缩小4倍。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于点激光的高精度测量装置，其特征在于，所述点激光源（1）、凸透镜（2）、远心镜头（7）、增倍镜（6）、高分辨率相机（5）均通过一体化结构的机架固定，点激光源（1）、凸透镜（2）、远心镜头（7）、增倍镜（6）、高分辨率相机（5）保持相对位置不变。

5.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于点激光的高精度测量装置，其特征在于，所述远心镜头（7）、增倍镜（6）、高分辨率相机（5）中感光元件（8）的中心共线。

6.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于点激光的高精度测量装置，其特征在于，所述点激光源（1）和/或凸透镜（2）不在高分辨率相机（5）视野范围内。

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