一种融合2D与3D的6S检测测量光学装置的制作方法

一种融合2d与3d的6s检测测量光学装置
技术领域
1.本实用新型涉及机器视觉检测技术领域，具体涉及一种融合2d与3d的6s检测测量光学装置。


背景技术：

2.随着半导体、精密加工、微电子等行业的发展，针对产品外观的检测内容也逐步增加，目前可通过机器视觉检测代替人工实现自动化的检测。
3.在视觉检测中，包括2d视觉检测与3d视觉检测。其中，2d视觉检测技术主要是通过工业相机捕捉表面图像，然后利用计算机，通过机器视觉图像分析等相关算法，对表面图像进行分析，自动识别缺陷所在位置，达到物件表面质量检测的目的。目前，2d视觉检测技术发展已基本较为成熟，应用较为广泛，适应性好，各种缺陷理论上都能识别，但精度不太好，适用于检测要求较低的产品。
4.3d视觉检测技术多是通过3d相机进行集成使用，精度高，主要应用于部分高附加值产品线上，3d视觉检测技术一般侧重z方向的高度测量，x/y方向的测量精度都比较低，即针对3d视觉检测技术，其检测一般是有深度信息的缺陷，对于没有或者深度信息不明显的缺陷难以检测。
5.专利申请号为202120444698.1的实用新型专利公开了一种多角度2d/3d检测的光学装置，其将2d视觉检测装置与3d视觉检测装置结合起来，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。
6.上述多角度2d/3d检测的光学装置实现了对产品五个面的检测，但无法实现对产品六个面的检测。


技术实现要素：

7.本实用新型提出了一种融合2d与3d的6s检测测量光学装置，以解决上述技术问题。
8.本实用新型的技术方案是这样实现的：
9.一种融合2d与3d的6s检测测量光学装置，包括正面相机检测模块、多个角度倾斜相机检测模块、投影模块以及背面相机检测模块；所述正面相机检测模块位于产品的正上方，所述角度倾斜相机检测模块均匀间隔对称设置在产品的上方；所述投影模块位于产品的上方；所述背面相机检测模块位于所述产品下方，且所述背面相机检测模块与产品之间设有平面光源装置；所述背面相机检测模块包括第一相机、第一远心镜头，所述第一相机与所述第一远心镜头连接，且所述第一远心镜头靠近产品设置。
10.一些实施例中，所述正面相机检测模块包括第二相机、第二远心镜头，所述第二相机与所述第二远心镜头连接，且所述第二远心镜头靠近产品设置。
11.一些实施例中，所述第二远心镜头周围设有环形光源装置，所述环形光源装置位于所述产品的上方。
12.一些实施例中，所述投影模块包括分光镜、投影装置，所述投影装置用于向所述分光镜垂直发射投影光。
13.一些实施例中，所述分光镜设置在所述第二远心镜头内，或所述分光镜设置在所述第二远心镜头周围，或所述分光镜设置在所述第二远心镜头正下方。
14.一些实施例中，所述角度倾斜相机检测模块包括第三相机、三维激光扫描装置、第三远心镜头，所述三维激光扫描装置连接于所述第三相机与所述第三远心镜头之间，且所述三维激光扫描装置基于沙姆定律铰链原则，所述第三远心镜头靠近产品设置。
15.一些实施例中，所述平面光源装置包括导光板、灯珠，所述灯珠设置在所述导光板周壁。
16.一些实施例中，所述背面相机检测模块包括第一相机、第一远心镜头，所述第一相机与所述第一远心镜头连接，且所述第一远心镜头靠近产品设置。
17.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：(一)本实用新型直接满足产品6个面的检测，检测更全面，且具备2d视觉和3d视觉的检测和测量能力，可真实还原检测产品的三维形貌和表面的细节信息，优于单种的检测方式；(二)本实用新型的投影装置配合四个角度倾斜相机检测模块拍摄，实现产品多角度拍摄，避免了拍摄盲区，且3d点云质量更优，检测效率也更高；(三)本实用新型的三维激光扫描装置基于沙姆铰链定律，在周围第三相机机身保持不动的情况下，通过前端镜头的倾斜、旋转达到纠正被摄物透视变形和实现被摄体全区域聚焦的目的，可改变光轴角度实现倾斜角度视野内清晰成像，避免视野范围内部分失焦现象；(四)本实用新型平面光源装置的设计，既可以满足上面5个相机的测量检测，也可以满足下相机的测量和检测需求，整体空间紧凑且大幅节约成本；(五)本实用新型所有拍摄镜头均使用远心镜头，对比3d相机可以实现拍摄面x\y\z三个坐标方向上更高精度的测量，不仅提升精度，且可以降低算法标定的难度；(六)本实用新型可根据不同产品的需求改变相对配置，相机、镜头、投影等装置替换方便，对检测环境适应能力更强且利于产线部署。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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。
19.图1为本实用新型正视结构示意图；
20.图2为本实用新型俯视结构示意图；
21.图3为本实用新型分光镜设置在第二远心镜头内结构示意图；
22.图4为本实用新型分光镜设置在第二远心镜头正下方结构示意图；
23.图5为本实用新型分光镜设置在第二远心镜头周围结构示意图；
24.图6为本实用新型平面光源装置结构示意图。
25.图中：1、正面相机检测模块；101、第二相机；102、第二远心镜头；2、角度倾斜相机检测模块；201、第三相机；202、三维激光扫描装置；203、第三远心镜头；3、投影模块；301、分光镜；302、投影装置；4、背面相机检测模块；401、第一相机；402、第一远心镜头；5、产品；6、
平面光源装置；601、导光板；602、灯珠；7、环形光源装置。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.请参考图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本实施例提供了一种融合2d与3d的6s检测测量光学装置，包括正面相机检测模块1、角度倾斜相机检测模块2、投影模块3以及背面相机检测模块4。所述正面相机检测模块1位于产品5的正上方，多个所述角度倾斜相机检测模块2均匀间隔对称设置在产品5的上方；所述投影模块3位于产品5的上方；所述背面相机检测模块4位于所述产品5下方，且所述背面相机检测模块4与产品5之间设有平面光源装置6；所述背面相机检测模块4包括第一相机401、第一远心镜头402，所述第一相机401与所述第一远心镜头402连接，且所述第一远心镜头402靠近产品5设置。所述正面相机检测模块1主要用于拍摄产品5的正面。多个角度倾斜相机检测模块2在斜轴方向安装，主要拍摄产品5正面和四个侧面。所述投影模块3为3d成像提供摩尔条纹照明以配合正面相机检测模块1拍摄多张条纹图像，此外还利用相位法合成出3d点云图。所述背面相机检测模块4通过平面光源装置6能够对产品5的背面进行外观检测。此外，所述平面光源装置6能够配合所述正面相机检测模块1呈现背光效果，对产品5平面进行测量；所述平面光源装置6也可为所述角度倾斜相机检测模块2呈现背光效果，对产品5侧面进行尺寸测量。本实施例中所述角度倾斜相机检测模块2的数量为四个，四个角度倾斜相机检测模块2相互标定，可以通过多目立体计算出产品5的三维点位，其中投影模块3为角度倾斜相机检测模块2标定定提供精确点位。
28.本实用新型直接满足产品5的6个面的检测，且具备2d视觉和3d视觉的检测和测量能力，覆盖了多个维度和全角度检测需求。此外，本实用新型还可根据实际检测需求，更换对应的配置，也可以进行分拆安装，适合产线高速高精度的检测需求。
29.所述正面相机检测模块1包括第二相机101、第二远心镜头102，所述第二相机101与所述第二远心镜头102连接，且所述第二远心镜头102靠近产品5设置。本实施例中的第二相机101为高分辨率相机。所述第二相机101拍摄采图主要用于产品5正面的测量和检测。远心镜头能够消除由于产品5离第二相机101距离的远近不一致而造成放大倍率不一样，使得结果更加准确。
30.一些实施例中，所述第二远心镜头102周围设有环形光源装置7，所述环形光源装置7位于所述产品5的上方。所述环形光源装置7主要用于照明。本实施例中，所述环形光源装置7照射的光束与水平面的夹角不小于45
°
，所述环形光源装置7照射的光光源为高角度环形光源。
31.一些实施例中，所述投影模块3包括分光镜301、投影装置302，所述投影装置302用于向所述分光镜301垂直发射投影光。所述投影模块3中的投影装置302经过分光镜301将投影条纹均匀投射至产品5上，进而为3d成像提供摩尔条纹照明。
32.一些实施例中，如图3所示，所述分光镜301可设置在所述第二远心镜头102内，采用内同轴投影方式，此外第二远心镜头102增加分光镜301的特殊设计，整体设计更紧凑且
多用途，既可以支持第二相机101的拍摄，也可以支持投影模块3的垂直投射，且投影图像更均匀、畸变更小。如图4所示，所述分光镜301设置在所述第二远心镜头102正下方，采用外同轴投影。上述两种方式均为中间投影设计，可以避免传统3d相机斜投影带来的盲区问题，且四个角度倾斜相机检测模块2相互标定，对比双目或双投影的装置，可以实现全方位无死角的拍摄，适应的产品5范围更广，点云质量也更高。如图5所示，所述分光镜301可设置在所述第二远心镜头102周围，采用斜轴投影方式。
33.一些实施例中，所述角度倾斜相机检测模块2包括第三相机201、三维激光扫描装置202、第三远心镜头203，所述三维激光扫描装置202连接于所述第三相机201与所述第三远心镜头203之间，且所述三维激光扫描装置202基于沙姆定律铰链原则，所述第三远心镜头203靠近产品5设置。基于沙姆定律铰链原则的所述三维激光扫描装置202可通过移轴的手法，配合所述第三相机201创造出的适当的透视和景深关系
34.一些实施例中，所述平面光源装置6包括导光板601、灯珠602，所述灯珠602设置在所述导光板601周壁。所述灯珠602通过中间导光板601进行照明，使光线向上照射。一些实施例中，所述灯珠602均匀设置在所述导光板601周壁，这样能够使照明更均匀，亮度更高。当所述平面光源装置6闪频时，可以支持产品5的4个侧面一起拍摄，也可以和正面相机检测模块1与背面相机检测模块4一起拍摄，检测效率更高。此平面光源装置6的设计既可以实现平行背光的效果，也可以实现平行同轴光的效果，且平面光源装置6的厚度更薄，节省整体空间，光照也更均匀。
35.本实用新型的第二相机101为高分辨率相机，配合第二远心镜头102和环形光源装置7可以实现产品5正面2d的检测。第二相机101配合远心镜头和平面光源装置6可以实现产品5平面测量。所述投影装置302经过所述分光镜301由所述远心镜头进行投影，配合4个可移轴的第三相机201可以实现全方位的点云重现。第三相机201在产品5斜轴方向进行安装拍摄，并配合基于沙姆定律铰链原则的所述三维激光扫描装置202和第三远心镜头203可以清晰拍摄产品5的5个面。第三相机201在产品5斜轴方向进行安装拍摄，配合环形光源装置7，可以检测平面缺陷。第三相机201在产品5斜轴方向进行安装拍摄，配合平面光源装置6可以实现4个侧面的测量和外观检测。四个第三相机201相互标定，配合环形光源装置7也可以实现多目视觉的3d测量。第一相机401配合第一远心镜头402和平面光源装置6可以对产品5背面进行测量和外观检测。本实用新型共有六个相机、一个投影和一个正光和一个背光组成，可以根据产品5检测需求进行切换对应的配置。
36.第二相机101拍摄采图主要用于产品5正面的测量和检测，其中配合平面光源装置6实现平行背光的图像效果，也可以支持亚像素的测量处理，通过提升相机分辨率可进一步提升检测精度。
37.投影模块3经过分光镜301进行分光，光线通过第一远心镜头402均匀投射在产品5上，通过4个可移轴的第三相机201拍摄多种投影图像进行相位计算，并相互拼接实现多角度点云的重建，保证产品5无视野盲区。第三远心镜头203光路根据沙姆角度重新设计，保证移轴角度聚焦清晰，mtf值完全满足设计需求。
38.第一相机401主要通过平面光源装置6实现产品5背面的测量和检测，其中平面光源装置6发光光路设计满足平行背光和同轴光的效果。
39.本实用新型设计应用基于结构光投影的3d技术和多目视觉的3d技术实现产品5的
3d测量和检测需求，其中上环光和下面光配合6个角度的相机实现产品5的6个面的检测。
40.本实用新型是可以直接满足6个面的检测，且具备2d和3d的检测和测量能力，对比其他的3d相机和光学装置，该实用新型覆盖了多个维度和全角度检测需求。本实用新型中同一光源闪频可以支持到多个相机的拍摄，也可以支持更高帧率的相机，极大提升了检测的效率。6个面的拍摄均使用远心镜头，对比3d相机或其他检测装置，检测和测量精度会更高，且标定难度降低，更适合产线快速部署的要求。
41.本实用新型并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本实用新型并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的示例。