CN217236740U - 一种实现高精密三维形态的光学装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种实现高精密三维形态的光学装置，包括位于产品上方的单个正面检测模块及两个多角度相机检测模块，所述正面检测模块位于检测产品的正上方，两个多角度相机检测模块设置所述检测产品两侧；所述检测产品与所述正面检测模块之间设有第一环形光源装置，所述第一环形光源装置光源多路设置。本实用新型的第一环形光源装置光源是路设置，通过分别控制每一路光源的照射时间与照射频率，进而起到闪频照射的效果，此外也可以支持光度立体的多角度分频拍摄。

Description

一种实现高精密三维形态的光学装置

技术领域

本申请涉及光学装置技术领域，特别涉及一种实现高精密三维形态的光学装置。

背景技术

目前2D检测的技术发展时间较长，技术和应用也更成熟一些，有多种类型相机和各种形态的光源搭配使用，但2D检测技术仅能解决二维的缺陷和尺寸问题，无法很好的检测三维方向的检测需求。而3D检测技术应用时间相对2D较晚，目前多数是以3D相机为主，光源类型也比较单一，主流的3D拍摄方式使用激光三角法(线激光)、结构光投影、TOF(飞行时间法)、双目立体视觉等，其中线激光和结构光方式的精度较高一些。工业应用中多数的3D拍摄，使用LMI、Smartray、SICK、基恩士等品牌的3D相机，但都只是能呈现出上表面的点云形态，产品侧面无法拍到，无法实现产品整体的三维形态。由于3D相机为了提升帧率，通常使用黑白相机进行拍摄，也无法真实还原产品的真实色彩。

鉴于2D检测技术和3D相机拍摄的局限性，专利申请号为20212044698.1的中国专利申请公开了一种多角度2D/3D检测的光学装置，其通过对产品的五个面同时进行拍摄，且可以融合高帧率的2D和3D成像技术，实现多角度检测，检测全面且自准确。

但是上述内容也存在着缺陷，就上述摄影检测而言，只能在一个画面中记录下被拍摄物品的某一瞬间影像，而不能记录其运行的过程，即不能进行闪频照射。

实用新型内容

本申请实施例提供一种实现高精密三维形态的光学装置，以解决相关技术中只能在一个画面中记录下被拍摄物品的某一瞬间影像，不能进行闪频照射的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种实现高精密三维形态的光学装置，包括位于产品上方的单个正面检测模块及两个多角度相机检测模块，所述正面检测模块位于检测产品的正上方，两个多角度相机检测模块设置所述检测产品两侧；所述检测产品与所述正面检测模块之间设有第一环形光源装置，所述第一环形光源装置光源多路设置。

一些实施例中，所述第一环形光源装置包括环形光源围板以及设置在所环形光源围板内侧面的灯珠，所述灯珠分多组，多组灯珠分别连接控制电路。

一些实施例中，所述环形光源围板内侧面相对于其中轴线倾斜设置，倾斜角度为0°～45°。

一些实施例中，所述的实现高精密三维形态的光学装置还包括平行背光源装置，所述平行背光源装置包括灯板、灯珠，所述灯珠设置在所述灯板靠近所述检测产品的端面上。

一些实施例中，所述灯板与所述检测产品之间设有平行滤光膜，所述平行滤光膜与所述检测产品之间设有平行板。

一些实施例中，所述正面检测模块包括高分辨率投影装置、黑白相机、远心镜头，所述高分辨率投影装置与所述远心镜头连接，所述黑白相机与所述远心镜头连接。

一些实施例中，所述正面检测模块还包括彩色相机、两个第二环形光源装置，所述彩色相机与所述远心镜头连接，且两个所述第二环形光源装置设置在所述远心镜头的两侧；所述远心镜头内置多个分光镜片。

一些实施例中，所述第二环形光源装置包括第二环形发光围板、灯珠，所述灯珠设置在所述第二环形发光围板靠近所述检测产品的端面处。

一些实施例中，第二环形发光围板靠近所述检测产品的端面倾斜设置，倾斜角度为0°～45°。

一些实施例中，所述多角度相机检测模块包括高帧率相机、沙姆装置和镜头，所述高帧率相机与所述沙姆装置连接，所述沙姆装置与所述镜头连接。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

(1)本实用新型的第一环形光源装置光源是路设置，通过分别控制每一路光源的照射时间与照射频率，进而起到闪频照射的效果，此外也可以支持光度立体的多角度分频拍摄。

(2)本实用新型直接满足5个面的检测，并具备2D、2.5D、3D的检测和测量能力，覆盖多维度和多角度检测需求，对比其他3D相机或光学装置结构上更紧凑，进一步节省安装空间，其中检测精度和效率也更高，可进一步提升检测产率，更适用产线的在线检测需求；

(3)本实用新型可实现超高帧率的拍摄，即支持高分辨率相机的超高帧率应用，并搭配特殊设计的远心镜头，对比其他3D相机，可实现更高精度的2D和3D测量；

(4)本实用新型中间投影设计对比其他斜投影设计，可减少投射盲区，即可以避免传统3D相机斜投影带来的盲区问题，且配合远心镜头，使投影区域聚焦更佳，投影条纹明暗均匀，可以有效避免视野内周围和中心精度偏差问题，算法标定和计算的精度也会更高更准确；

(5)本实用新型双高帧率相机的设计配合中间的高分辨率投影装置，整体点云质量和精度优于单相机拍摄的3D相机，且该设计拍摄弧面、曲面、球面、反光、且有高度差的产品更具有优势；另外双高帧率相机相互标定也可以实现双目立体视觉，进一步提升3D检测的信息；

(6)本实用新型第一环形光源装置9的设计，配合高帧率相机多边形分频拍摄可以实现2.5D光度立体的检测需求。可进一步提升产品表面的检测能力，对比通用的单通道环光拍摄，该方式可使表面信息更丰富全面，尤其针对产品表面凹凸缺陷的检测表现更佳；

(7)本实用新型远心镜头为低畸远心镜头，既可以支持中间的高分辨率投影装置，也可以支持两边的黑白相机和彩色相机，其中彩色相机可还原产品真实色彩，配合投影相位计算点云图像，还原出三维的彩色形态，有效解决检测信息不足的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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为本实用新型的正视示意图；

图2为本实用新型的俯视示意图；

图3为本实用新型第二环形光源装置的剖面结构示意图；

图4为本实用新型第一环形光源装置的俯视结构示意图；

图5为本实用新型第一环形光源装置的剖面结构示意图；

图6为本实用新型平行背光源装置的结构示意图。

图中：1、高分辨率投影装置；2、黑白相机；3、彩色相机；4、远心镜头；5、第二环形光源装置；6、高帧率相机；7、沙姆装置；8、镜头；9、第一环形光源装置；10、检测产品；11、平行背光源装置。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参考图1、图2、图3、图4、图5和图6，本实施例提供了一种实现高精密三维形态的光学装置，包括位于产品上方的单个正面检测模块及两个多角度相机检测模块，所述正面检测模块位于检测产品10的正上方，两个多角度相机检测模块设置所述检测产品10两侧。所述检测产品10与所述正面检测模块之间设有第一环形光源装置9，所述第一环形光源装置9的光源多路设置。

所述正面检测模块及所述多角度相机检测模块能够对产品进行多角度2D/3D检测。在检测的过程中，所述第一环形光源装置9的光源是多路设置，通过分别控制每一路光源的照射时间与照射频率，进而起到闪频照射的效果，本实施例中，所述第一环形光源装置9均匀均匀分割成四路通道，进行四路光源设置。

如图4和图5所示，一些实施例中，所述第一环形光源装置9包括环形光源围板以及插接设置在所环形光源围板内侧面的灯珠，所述灯珠分多组，多组灯珠分别连接控制电路。通过控制电路对于多组灯珠的控制，可以实现不同组灯珠按照一定顺序及频次进行闪光，进而实现闪频拍摄。此外也可以支持光度立体的多角度分频拍摄。

一些实施例中，所述环形光源围板内侧面相对于其中轴线倾斜设置，倾斜角度为0°～45°。所述环形光源围板内侧面倾斜0°～45°的设置，能够实现低角度的暗场成像，本实施例中，所述环形光源板内侧面相对其中轴线倾斜设置的角度为60°。所述灯珠的发光角度为30°，这样灯珠发光角度小，更利于低角度成像效果的突显。本实施例中，所述环形光源围板上端面还设有遮光盖。

如图1所示，一些实施例中，所述的实现高精密三维形态的光学装置还包括平行背光源装置11，用于垂直向上照射所述检测产品10。所述平行背光源装置11包括灯板、灯珠。所述灯板为平面板，所述灯珠设置在所述灯板靠近所述检测产品10的端面上。所述灯珠的发光角度为30°，且所述灯珠通过插件方式设置在所述灯板表面。一些实施例中，所述灯板与所述检测产品10之间设有平行滤光膜，所述平行滤光膜与所述检测产品10之间设有平行板。这样可以进一步过滤掉非平行方向的光线，只保留平行光线照射，避免散射光线干扰。

一些实施例中，所述正面检测模块包括高分辨率投影装置1、黑白相机2、远心镜头4，所述高分辨率投影装置1与所述远心镜头4连接，所述黑白相机2与所述远心镜头4连接。本实施例中，高分辨率投影装置1为所述高帧率DLP投影光机。

所述黑白相机2配合所述第一环形光源装置9能够进行分频拍摄，并且可以通过光度立体技术实现2.5D的检测技术，这样针对产品表面凹凸检测效果极佳。

所述黑白相机2配合所述远心镜头4和平行背光源1进行拍摄测量，可以实现产品的2D测量，且测量精度较高。

一些实施例中，所述正面检测模块还包括彩色相机3、两个所述第二环形光源装置5，所述彩色相机3与所述远心镜头4连接，且两个所述第二环形光源装置5设置在所述远心镜头4的两侧。所述第二环形光源装置5包括第二环形发光围板、灯珠。所述灯珠设置在所述第二环形发光围板靠近所述检测产品10的端面处。所述远心镜头4为低畸远心镜头4，这样能够使投影区域聚焦更佳，投影条纹明暗均匀，可以有效避免视野内周围和中心精度偏差问题，算法标定和计算的精度也会更高更准确。所述远心镜头4内置多个分光镜片，分光镜片的设计可根据要求改变透过和反射比例。

本实施例中，所述远心镜头4设有三个接口，这样同时可以支持所述高分辨率投影装置1、所述黑白相机2和所述彩色相机3使用。

所述彩色相机3配合所述第二环形光源装置5可以还原产品的真实色彩信息，配合3D点云图像深度还原产品真实的三维形貌。

如图3所示，一些实施例中，所述第二环形发光围板靠近所述检测产品10的端面倾斜设置，倾斜角度为0°～45°。本实施例中，第二环形发光围板靠近所述检测产品10的端面的倾斜角度为15°。以15°为例，灯珠选用120°发光角度的白色贴片式灯珠，这样灯珠亮度更高，此外高角度照射可实现散射的均匀光场。

一些实施例中，所述多角度相机检测模块包括高帧率相机6、沙姆装置7和镜头8，所述高帧率相机6与所述沙姆装置7连接，所述沙姆装置7与所述镜头8连接。所述沙姆装置7为基于沙姆定律铰链原则的连续激光三维扫描装置。

所述高帧率相机6的拍摄角度为30°～60°，以45°倾斜拍摄为例，可覆盖5个面的拍摄。所述高帧率相机6在投影装置的斜轴线方向安装，拍摄视野和投影视野呈45°倾斜，相位计算重合区的点云。所述沙姆装置7通过配合镜头8，可以提升倾斜拍摄的景深。所述镜头8也可以根据需求进行换装所需的镜头，如远心镜头、微距镜头、类远心镜头、FA镜头等。

所述高分辨率投影装置1通过配合所述高帧率相机6可以实现物体3D的检测和测量，其中高帧率相机6当相互标定时也可以通过双目立体技术实现3D测量的需求。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种实现高精密三维形态的光学装置，其特征在于，包括位于产品上方的单个正面检测模块及两个多角度相机检测模块，所述正面检测模块位于检测产品(10)的正上方，两个多角度相机检测模块设置所述检测产品(10)两侧；所述检测产品(10)与所述正面检测模块之间设有第一环形光源装置(9)，所述第一环形光源装置(9)的光源多路设置。

2.根据权利要求1所述的实现高精密三维形态的光学装置，其特征在于，所述第一环形光源装置(9)包括环形光源围板以及设置在所环形光源围板内侧面的灯珠，所述灯珠分多组，多组灯珠分别连接控制电路。

3.根据权利要求1所述的实现高精密三维形态的光学装置，其特征在于，所述环形光源围板内侧面相对于其中轴线倾斜设置，倾斜角度为0°～45°。

4.根据权利要求1所述的实现高精密三维形态的光学装置，其特征在于，所述的实现高精密三维形态的光学装置还包括平行背光源装置(11)，所述平行背光源装置(11)包括灯板、灯珠，所述灯珠设置在所述灯板靠近所述检测产品(10)的端面上。

5.根据权利要求4所述的实现高精密三维形态的光学装置，其特征在于，所述灯板与所述检测产品(10)之间设有平行滤光膜，所述平行滤光膜与所述检测产品(10)之间设有平行板。

6.根据权利要求1所述的实现高精密三维形态的光学装置，其特征在于，所述正面检测模块包括高分辨率投影装置(1)、黑白相机(2)、远心镜头(4)，所述高分辨率投影装置(1)与所述远心镜头(4)连接，所述黑白相机(2)与所述远心镜头(4)连接。

7.根据权利要求6所述的实现高精密三维形态的光学装置，其特征在于，所述正面检测模块还包括彩色相机(3)、两个第二环形光源装置(5)，所述彩色相机(3)与所述远心镜头(4)连接，且两个所述第二环形光源装置(5)设置在所述远心镜头(4)的两侧；所述远心镜头(4)内置多个分光镜片。

8.根据权利要求7所述的实现高精密三维形态的光学装置，其特征在于，所述第二环形光源装置(5)包括第二环形发光围板、灯珠，所述灯珠设置在所述第二环形发光围板靠近所述检测产品(10)的端面处。

9.根据权利要求8所述的实现高精密三维形态的光学装置，其特征在于，第二环形发光围板靠近所述检测产品(10)的端面倾斜设置，倾斜角度为0°～45°。

10.根据权利要求1所述的实现高精密三维形态的光学装置，其特征在于，所述多角度相机检测模块包括高帧率相机(6)、沙姆装置(7)和镜头(8)，所述高帧率相机(6)与所述沙姆装置(7)连接，所述沙姆装置(7)与所述镜头(8)连接。

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