一种基于线扫相机的立体成像装置的制作方法

1.本实用新型涉及到光学检测设备领域，具体涉及到一种基于线扫相机的立体成像装置。


背景技术：

2.在工业生产检测中，越来越多的检测需要3d数据，包括测量的需求，不仅需要长宽等x/y方向的数据，也要求测量z向的高度。目前应用于工业测量检测领域的技术，主要是以激光三角法、结构光相位计算和双目立体标定的方式计算三维数据，其中使用三角法的线激光3d相机，扫描速度不高，且x/y向精度不高，单线点数基本在3k左右；结构光投影技术通常需要投射多张图像，物体基本是需要静止状态拍摄，因此效率不高，其使用的投影装置分辨率也不高，因此大视野投影下精度非常受限；双目立体视觉通常是使用面阵相机分别进行标定，其拍摄方式和2d面阵相机使用方式一样，也主要适用于方正的物体拍摄，同样用于拍摄静止物体。
3.目前随着半导体、pcb、锂电、印刷等行业的快速发展，更多的产品形态均是长条装的，如：半导体引线框架、手机基板、锂电池等产品，在生产质检过程中，都需要对3d信息进行检测，尤其是凹凸类的缺陷：凹坑、凸包、崩角、裂纹等都是及其严重的缺陷，对产品性能和质量影响最大，因此，3d检测技术应用变得及其重要并迫在眉睫。但目前主流的3d检测技术，在检测效率、x/y/z检测精度上较为受限，更需要有新的立体检测技术适配长条形态的产品，支持产线在线的高速高精度检测需求。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于线扫相机的立体成像装置，支持3d的检测需求，对比线激光、结构光和面阵双目视觉，在检测效率和精度上，也会更高，非常适用于高速生产的产线，可以支持在线检测需求，最大限度的提升产品质检效率。
5.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
6.一种基于线扫相机的立体成像装置，包括第一相机组件、第二相机组件和光源组件，所述第一相机组件与所述第二相机组件分别设于待测体的相对两侧，并且所述第一相机组件与所述第二相机组件的拍摄点重合，所述光源组件的照射点与所述拍摄点重合；所述第一相机组件和所述第二相机组件均包括线扫相机以及与所述线扫相机相连的线扫镜头；所述光源组件固定设于所述第一相机组件和所述第二相机组件的下方，所述光源组件包括反射拱形罩以及设于所述反射拱形罩内下端两侧的灯珠；所述反射拱形罩的下表面涂设有高反涂层。
7.进一步的，所述光源组件包括条形光源以及与所述条形光源连接的聚光装置。
8.进一步的，所述条形光源固定设于所述第一相机组件与所述第二相机组件之间，所述条形光源通过所述聚光装置垂直照射所述拍摄点。
9.进一步的，所述反射拱形罩设有透光狭缝，所述透光狭缝的通道与对应的相机组件的光路处于同一路径。
10.进一步的，所述第一相机组件与所述第二相机组件相对于待测体的相对两侧对称设置。
11.进一步的，两个所述线扫相机均连接四轴微调滑台，所述四轴微调滑台包括依次连接的xy轴直线滑台、z轴直线滑台以及z轴旋转滑台，所述z轴旋转滑台连接所述线扫相机的壳体一侧。
12.工作原理：
13.两个线扫相机对应安装，呈现对称角度倾斜拍摄，且两个线扫相机拍摄点位完全重合；线扫镜头支持对应的线扫相机靶面和像元尺寸，在特定工作距离下清晰成像；高亮条形光源根据拍摄产品检测要求，可以支持更换红色、绿色、蓝色、白色、红外、紫外等多种波段的灯珠；聚光装置，可以根据拍摄产品的形态和缺陷要求，调节聚焦角度和平行度，材质一般使用亚克力、树脂、玻璃等。
14.立体成像设计主要基于线扫相机双目视觉相互标定的技术方式，同时配合高亮光源配合成像，两组方案设计，只是切换了光照方式，但双目标定原理不变，即可以根据拍摄产品的不同，选择合适的照明方式。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
16.第一，双相机高角度拍摄，有效避免拍摄盲区，因此可以拍摄物体整体的三维数据，避免盲区带来的漏检问题，同时高角度拍摄针对深度划伤缺陷，可以拍摄至划伤底部，可以有效测出划伤深度；
17.第二，使用线扫相机更适合立体标定，且线扫相机芯片在成像上更易于对准，且标定数据误差较小，精度更高；
18.第三，基于成熟的线扫相机技术，可适配各种尺寸的产品，且相对面阵相机扫面精度更高，速度更快，尤其对比线激光和结构光技术，高速高精度优势更明显；
19.第三，由于线激光和结构光拍摄高反物体时会出现点云缺失问题，本方案结合双目线扫技术可以很好的解决反光问题，单行扫面的成像方式杜绝了反光问题，且双目拼接也可以避免单角度拍摄的反光问题；
20.第五，更适用于条状形态的产品检测和测量应用，且可以支持在线检测，超高的检测效率可以直接架设生产线上直接应用；
21.第六，整体结构设计简单，工装安装便利，非常利于在线检测技术推广，不依赖外加特殊光学器材，仅使用普通2d视觉配件即可，且成本较低，稳定性更好。
附图说明
22.图1为本实用新型的立体成像装置的实施例结构示意图；
23.图2为本实用新型的立体成像装置的实施例结构示意图；
24.图中：1、第一相机组件；2、第二相机组件；3、光源组件；4、线扫相机；5、线扫镜头；6、四轴微调滑台；7、条形光源；8、聚光装置；9、反射拱形罩；10、灯珠；11、透光狭缝。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型中的附图，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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“水平”、“垂直”等指示的方位或位置关系为均基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
27.实施例1
28.如图1所示，一种基于线扫相机的立体成像装置，包括第一相机组件1、第二相机组件2和光源组件3，第一相机组件1与第二相机组件2分别设于待测体的相对两侧，并且第一相机组件1与第二相机组件2的拍摄点重合，光源组件3为固定设置并且其照射点与拍摄点重合；所述光源组件3位于第一相机组件1和第二相机组件2的下方，光源组件3包括反射拱形罩9以及设于反射拱形罩9内下端两侧的灯珠10，反射拱形罩9的下表面涂设有高反涂层，所述反射拱形罩9设有透光狭缝11，所述透光狭缝11的通道与对应的相机组件的光路处于同一路径。
29.具体一种情况，反射拱形罩9设有两个透光狭缝11，透光狭缝11使光线顺利通过进入相机，透光狭缝11的大小可根据拍摄物体所需精度设计，不影响光线衍射即可；使用拱形光源时，反光涂层可以喷涂钢琴烤漆白色涂层，增加反光效果和均匀性。
30.上述方案中，采用双相机组件在待测体两侧呈对称角度拍摄，有效避免拍摄盲区，因此可以拍摄待测体整体的三维数据，避免盲区带来的漏检问题。
31.实施例2
32.如图1所示，第一相机组件1和第二相机组件2均包括线扫相机4以及与线扫相机4相连的线扫镜头5。其中，线扫相机和线扫镜头均为现有技术产品。
33.选用线扫相机的优点在于，其一，更适合立体标定，且线扫相机芯片在成像上更易于对准，且标定数据误差较小，精度更高；其二，线扫相机技术较为成熟，可适配各种尺寸的产品，且相对面阵相机扫面精度更高，速度更快，尤其对比线激光和结构光技术，高速高精度优势更明显；其三，本方案结合双目线扫技术可以很好的解决反光问题，单行扫面的成像方式杜绝了反光问题，且双目拼接也可以避免单角度拍摄的反光问题；其四，双线扫相机在两侧呈夹角拍摄，更适用于条状形态的产品检测和测量应用，且可以支持在线检测，超高的检测效率可以直接架设生产线上直接应用。
34.实施例3
35.如图1所示，两个线扫相机4均连接有四轴微调滑台6，四轴微调滑台6包括依次连接的xy轴直线滑台、z轴直线滑台以及z轴旋转滑台，z轴旋转滑台通过连接板连接线扫相机的壳体一侧；四轴微调滑台6为现有技术产品，市面产品型号优选为ltp60-lm-2。
36.通过四轴微调滑台6可以调整线扫相机4的拍摄角度，针对深度划伤缺陷，呈高角度拍摄时可以拍摄至划伤底部，可以有效测出划伤深度。
37.实施例4
38.如图1所示，本实施例与实施例1不同之处在于，光源组件包括条形光源7以及与条形光源7连接的聚光装置8，条形光源7固定设于第一相机组件1与所述第二相机组件2之间，条形光源7通过聚光装置8垂直照射拍摄点。
39.垂直照明可以有效满足各种产品测量的需求，光源切换方便,使用常用的led灯珠光源即可满足照明需求。
40.实施例5
41.第一相机组件1与第二相机组件2分别设于待测体的左右两侧，且对称设置。
42.上述方案中，第一相机组件1与第二相机组件2对称安装比较容易快速实现3d立体匹配。
43.实施例6
44.本实施例与实施例5的区别在于，第一相机组件1与第二相机组件2分别设于待测体的左右两侧，且不对称设置。
45.不对称设置，也可以通过算法矫正做到对称在匹配，适合硬件的快速组装搭建，减少了硬件调试时间。
46.工作原理：
47.如图1所示，两个线扫相机4对应安装，呈现对称角度倾斜拍摄，且两个线扫相机4拍摄点位完全重合；线扫镜头5支持对应的线扫相机4靶面和像元尺寸，在特定工作距离下清晰成像；高亮条形光源7根据拍摄产品检测要求，可以支持更换红色、绿色、蓝色、白色、红外、紫外等多种波段的灯珠；聚光装置，可以根据拍摄产品的形态和缺陷要求，调节聚焦角度和平行度，材质一般使用亚克力、树脂、玻璃等。
48.立体成像设计主要基于线扫相机双目视觉相互标定的技术方式，同时配合高亮光源配合成像，其中图1和图2的方案设计，只是切换了光照方式，但双目标定原理不变，即可以根据拍摄产品的不同，选择合适的照明方式。
49.本实用新型整体结构设计简单，工装安装便利，非常利于在线检测技术推广，不依赖外加特殊光学器材，仅使用普通2d视觉配件即可，且成本较低，稳定性更好。
50.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。