[發明專利]高精度的成像系統、方法、圖像采集裝置及檢測設備

有效

• 申請號: 202011284550.2
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112098425B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 崔忠偉
• 申請（專利權）人: 北京領邦智能裝備股份公司
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01N21/01;G03B15/02;G02B19/00;G02B13/22
• 代理公司: 北京墨丘知識產權代理事務所(普通合伙) 11878
• 代理人: 代峰

本發明實施例公開了一種高精度的成像系統、方法、圖像采集裝置及檢測設備，所述成像系統包括：鏡頭、第一透鏡組、載物平臺和第一發光面；第一透鏡組包括至少一個透鏡，具有等效的正光焦度、焦點和第一透鏡光軸；第一發光面與第一透鏡組等效的焦平面的位置差異不超過第一預設范圍；鏡頭具有鏡頭光軸，鏡頭光軸與載物平臺的法線夾角在20~60度之間；第一透鏡光軸相對于載物平臺具有一個第一反射軸，鏡頭光軸與第一反射軸的角度偏差不超過第二預設范圍；第一預設范圍為距離偏差±10mm和/或角度偏差±20度；第二預設范圍為角度偏差±15度。本發明通過照明和成像鏡頭一體化設置，有效提升了成像的一致性，可獲得高精度且穩定的工件圖像。

技術領域

本發明涉及成像設備技術領域，具體涉及一種高精度的成像系統、方法、圖像采集裝置及檢測設備。

背景技術

在目前的工件檢測領域，對于小型工件、尤其是微細零件的缺陷檢測，很大程度上還依賴于流水線工人的肉眼檢測。為提升檢測效率，現有技術嘗試引入基于圖像識別的機器視覺技術，通過對采集的工件圖像進行智能識別來檢測和發現工件上的缺陷。

但是機器視覺技術長期以來面臨很多挑戰，尤其的，金屬表面零件具有高反光特性，長久以來難以進行穩定的高質量成像。機器視覺技術嚴重依賴于采集的圖像質量，而圖像采集又受到很多因素的影響。其中，光源照明和成像光學系統（鏡頭）的光路設計對成像質量影響最大，其次則是圖像采集裝置。目前，在工件檢測系統中，通常采用同軸光、環形光、半環形光、平面光、條形光或是穹頂光等普通光源對工件進行照射，隨后通過普通工業鏡頭將工件圖像傳導給圖像傳感器。

然而，發明人在實現本發明實施例相關技術方案的過程中發現，現有技術的機器視覺檢測方式仍存在著明顯的缺陷：在鏡頭視野中工件的成像一致性差，工件擺放在不同位置時所呈現的成像不同，當工件位于視野內的某些位置時，輕微缺陷例如劃痕不能明顯成像，導致工件的某些表面缺陷的檢出非常不穩定。如圖1所示的一種淺刀痕缺陷，通常缺陷處淺刀痕幾何特征相對于工件表面相差不大，在普通照明成像下，此類細微缺陷根本無法展現。

因而采用現有技術檢測時需要將工件放在視野內的特定位置，且保持工件上的缺陷和光源處于特殊位置，才有可能獲得一定質量的采集圖像。但在自動化檢測流水線上，工件通常保持運動狀態，上述檢測需求與實際工作場景并不匹配，導致現有技術在動態檢測過程中無法獲得理想的采集圖像（因無法保證上述檢測位置要求），成像質量差、精度低，對工件表面缺陷的檢出率低。

發明內容

針對現有技術中的上述技術問題，本發明實施例提出了一種高精度的成像系統、方法、圖像采集裝置及檢測設備，以解決現有技術中動態檢測成像質量差的問題。

本發明實施例的第一方面提供了一種高精度的成像系統，包括：鏡頭110、第一透鏡組120、載物平臺130和第一發光面141；其中，所述第一透鏡組120包括至少一個透鏡，具有等效的正光焦度、焦點和第一透鏡光軸；所述第一發光面141與所述第一透鏡組120等效的焦平面的位置差異不超過第一預設范圍；所述鏡頭110具有鏡頭光軸，所述鏡頭光軸與所述載物平臺130的法線夾角在20~60度之間；所述第一透鏡光軸相對于所述載物平臺130具有一個第一反射軸，所述鏡頭光軸與所述第一反射軸的角度偏差不超過第二預設范圍；所述第一預設范圍為距離偏差±10mm和/或角度偏差±20度；所述第二預設范圍為角度偏差±15度。

在一些實施例中，所述成像系統還包括：第二透鏡組160和第二發光面181；其中，

所述第二透鏡組160包括至少一個透鏡，具有等效的正光焦度、焦點和第二透鏡光軸；

所述第二發光面181與所述第二透鏡組160等效的焦平面的位置差異不超過所述第一預設范圍；

所述第二透鏡光軸相對于所述載物平臺130的一個垂直面具有第二反射軸，所述鏡頭光軸與所述第二反射軸的角度偏差不超過所述第二預設范圍。