CN109765234B - 同时对物体正反两个表面进行光学检测的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种同时对物体正反两个表面进行光学检测的装置及方法，其特征在于，包括：透明载物台、设置在所述透明载物台一侧的直角棱镜、以及设置在所述透明载物台另一侧的光源、远心成像镜头和相机；所述直角棱镜的斜面朝向透明载物台且与透明载物台平行；所述直角棱镜、远心成像镜头和相机同轴。本发明主要采用直角棱镜的二次反射实现对同一待测物体的正面与反面的同时检测，同时采用机器视觉远心光学成像镜头来获得足够大的景深，使得待测物体的正反表面均能清晰成像。本发明方案利用一个光源一个相机即可实现对待测物体两个面的检测，在保证效率的前提下，大大降低了检测成本，且结构简单，易于安装与调试，具有很高的实用和推广价值。
Description
技术领域
本发明属于光学检测和机器视觉领域，尤其涉及一种同时对物体正反两个表面进行光学检测的装置及方法。
背景技术
机器视觉是用机器代替人的眼睛来测量和判断的一种设备。传统的机器视觉光学自动检测装置都使用一个摄像头和一个光源来检测待测物体的一个表面。如果需要检测多个表面，则需要含多组摄像头的机器视觉光学检测设备。用这种方式来完成检测任务有成本与可靠性的缺点。
如图1所示，在机器视觉领域，一套传统的光学检测装置主要包含相机、镜头、同轴光源、图像处理软件、待测物体等。即由光源照明物体，物体通过光学镜头成像于CCD探测器面，经图像采集卡，A-D转换模块将图像传输至计算机，最后通过数字图像处理技术获得所需图像信息，根据像素分布，亮度，颜色等信息，进行尺寸，形状，颜色的判别与测量，进而控制现场的设备操作。
如果要同时检测单个物体两个面，目前通用的检测方法都是一个相机占用一个工位检测一个面，如果需要检测正反两面甚至多面，就需要采用多个相机占用多个工位检测，这样就造成机构的安装空间很大，同时需要多套机构安装模组，多套电路模组，增加安装复杂性，导致可靠性差。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明考虑设计一种仅采用一个相机，一个镜头和一个光源的方案，以实现同时对物体正反两个表面进行光学检测。本发明在待测物体的下方放置一个二次反射直角棱镜，光源一部分直接照明待测物体正面，对正面成像；同时另一部分光线从直角棱镜的斜边面入射，经过两个直角面的二次反射照明待测物体的底面（反面），对反面进行成像，从而实现对同一物体的正面与反面（底面）同时进行检测。它可以方便快捷地同时检测同一物体(如半导体致冷器件晶粒)的上下两个面。该检测技术方案具有成本低、检测速度快、安装简单等优点。
本发明具体采用以下技术方案：
一种同时对物体正反两个表面进行光学检测的装置，其特征在于，包括：透明载物台、设置在所述透明载物台一侧的直角棱镜、以及设置在所述透明载物台另一侧的光源、远心成像镜头和相机；所述直角棱镜的斜面朝向透明载物台且与透明载物台平行；所述直角棱镜、远心成像镜头和相机同轴。
优选地，所述直角棱镜的斜面在透明载物台上的投影包括对称的两个半区，其中一个半区设置为待测物放置区。
优选地，待测物正反两表面为物面的成像光路的等效几何光程差小于远心成像镜头的景深。
优选地，所述光源和远心成像镜头一体设置为同轴照明远心成像镜头。
优选地，所述光源为同轴光源或环形光源或条形光源。
优选地，所述透明载物台的材质为玻璃。
一种同时对物体正反两个表面进行光学检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A1：在相机和同轴照明远心成像镜头组成的拍摄装置的光轴垂直方向放置透明载物台；
步骤A2：在所述透明载物台的另一侧，垂直于光轴并同轴设置直角棱镜；所述直角棱镜的斜面朝向透明载物台且与透明载物台平行；
步骤A3：将所述直角棱镜的斜面在透明载物台上的投影划分为对称的两个半区，将其中一个半区设置为待测物放置区，用以确定待测物水平方向尺寸的边界；所述远心成像镜头的景深大于以待测物正反两表面为物面的成像光路的等效几何光程差；
步骤A4：将待测物放置在透明载物台的待测物放置区内，且所述待测物需要进行光学检测的正反两个表面的其中一面朝下放置。
一种同时对物体正反两个表面进行光学检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤B1：在相机和同轴照明远心成像镜头组成的拍摄装置的光轴垂直方向放置透明载物台；
步骤B2：在所述透明载物台的另一侧，垂直于光轴并同轴设置直角棱镜；所述直角棱镜的斜面朝向透明载物台且与透明载物台平行；
步骤B3：在所述远心成像镜头和透明载物台之间设置同轴光源或环形光源；
步骤B4：将所述直角棱镜的斜面在透明载物台上的投影划分为对称的两个半区，将其中一个半区设置为待测物放置区，用以确定待测物水平方向尺寸的边界；所述远心成像镜头的景深大于以待测物正反两表面为物面的成像光路的等效几何光程差；
步骤B5：将待测物放置在透明载物台的待测物放置区内，且所述待测物需要进行光学检测的正反两个表面的其中一面朝下放置。
本发明主要采用直角棱镜的二次反射实现对同一待测物体的正面与反面的同时检测，同时采用机器视觉远心光学成像镜头来获得足够大的景深，使得待测物体的正反表面均能清晰成像。
本发明方案利用一个光源一个相机即可实现对待测物体两个面的检测，在保证效率的前提下，大大降低了检测成本，且结构简单，易于安装与调试，具有很高的实用和推广价值。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1为本发明改进针对的现有技术装置结构示意图；
图2为本发明实施例1整体结构示意图；
图3为本发明实施例2整体结构示意图；
图中：100-相机；200-镜头；201-同轴照明远心成像镜头；202-远心成像镜头；300-同轴光源；301-内置同轴光源；302-光源；400-待测物；500-透明载物台；600-直角棱镜。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举2个实施例，作详细说明如下：
如图1所示，在机器视觉领域，现有技术当中一套传统的光学检测装置主要包含相机100、镜头200、同轴光源300，一套装置对待测物400只能进行一个面的检测。
如图2所示，在本发明的第一个实施例中，整体装置包括：透明载物台500、设置在透明载物台500一侧的直角棱镜600、以及设置在透明载物台500另一侧的同轴照明远心成像镜头201和相机100；直角棱镜600的斜面朝向透明载物台500且与透明载物台500平行；直角棱镜600、同轴照明远心成像镜头201和相机100同轴。其中，透明载物台500的材质为玻璃。同轴照明远心成像镜头201包括有内置同轴光源301。
直角棱镜600的斜面在透明载物台500上的投影包括对称的两个半区，其中一个半区设置为待测物400放置区。
在本实施例装置中，以待测物400的正反两表面为物面的成像光路的等效几何光程差小于同轴照明远心成像镜头201的景深，否则无法保证正反两面均能够清晰成像。
其对应的光学检测的方法包括以下步骤：
步骤A1：在相机100和同轴照明远心成像镜头201组成的拍摄装置的光轴垂直方向上放置透明载物台500；
步骤A2：在透明载物台500的另一侧，垂直于光轴并同轴设置直角棱镜600；直角棱镜600的斜面朝向透明载物台500且与透明载物台500平行；
步骤A3：将直角棱镜600的斜面在透明载物台500上的投影划分为对称的两个半区，将其中一个半区设置为待测物400放置区，用以确定待测物400水平方向尺寸的边界；将同轴照明远心成像镜头201景深作为待测物400正反两表面成像光路的等效几何光程差的限制；
步骤A4：将待测物400放置在透明载物台500的待测物放置区内，且待测物400需要进行光学检测的正反两个表面的其中一面朝下放置。
如图3所示，在本发明的第二个实施例中，与第一个实施例的区别在于，其光源302没有和远心成像镜头202一体设置，而采用了外置光源302，其中光源302可以选用环形光源或同轴光源或条形光源，其要旨在于本体不影响检测光路。
其对应的光学检测的方法包括以下步骤：
步骤B1：在相机100和远心成像镜头202组成的拍摄装置的光轴垂直方向上放置透明载物台500；
步骤B2：在透明载物台500的另一侧，垂直于光轴并同轴设置直角棱镜600；直角棱镜600的斜面朝向透明载物台500且与透明载物台500平行；
步骤B3：在远心成像镜头202和透明载物台500之间设置光源302；
步骤B4：将直角棱镜600的斜面在透明载物台500上的投影划分为对称的两个半区，将其中一个半区设置为待测物400放置区，用以确定待测物400水平方向尺寸的边界；将远心成像镜头202的景深作为待测物400正反两表面成像等效几何光程差的限制；
步骤B5：将待测物400放置在透明载物台500的待测物放置区内，且待测物400需要进行光学检测的正反两个表面的其中一面朝下放置。
根据本实施例提供的方案用于同时检测半导体致冷晶粒的上下两个表面：待测半导体制冷晶粒外形为长方体，典型尺寸为2.10*1.32*1.32mm。检测精度要求在+/-0.02mm范围内。根据上述要求，我们选择一个斜边长度为3.6 mm的二次反射直角棱镜，用于照明待测物体的底面，并对底面实现成像光路的转折。本实验采用EM-MV120C摄像机，该相机的像元大小为3.75um，CCD靶面大小为1/3’，分辨率为1280 * 960。同时选用福建浩蓝光电供应的型号为65035TH5M的大景深远心成像镜头。该镜头景深为7.4mm，可以满足检测需求。利用上述实验装置，分别对几组合格与不合格品晶粒样品进行了静态检测实验。每组晶粒样品为20颗。实验结果表明，乘用该方法得到的双面图像清晰可辨，对比度高，很好地满足后续图像处理的需求。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的同时对物体正反两个表面进行光学检测的装置及方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。
Claims (8)
1.一种同时对物体正反两个表面进行光学检测的装置，其特征在于，包括：透明载物台、设置在所述透明载物台一侧的直角棱镜、以及设置在所述透明载物台另一侧的光源、远心成像镜头和相机；所述直角棱镜的斜面朝向透明载物台且与透明载物台平行；所述直角棱镜、远心成像镜头和相机同轴。
2.根据权利要求1所述的同时对物体正反两个表面进行光学检测的装置，其特征在于：所述直角棱镜的斜面在透明载物台上的投影包括对称的两个半区，其中一个半区设置为待测物放置区。
3.根据权利要求2所述的同时对物体正反两个表面进行光学检测的装置，其特征在于：所述远心成像镜头的景深大于以待测物正反两表面为物面的成像光路的等效几何光程差。
4.根据权利要求3所述的同时对物体正反两个表面进行光学检测的装置，其特征在于：所述光源和远心成像镜头一体设置为同轴照明远心成像镜头。
5.根据权利要求3所述的同时对物体正反两个表面进行光学检测的装置，其特征在于：所述光源为同轴光源或环形光源或条形光源。
6.根据权利要求1所述的同时对物体正反两个表面进行光学检测的装置，其特征在于：所述透明载物台的材质为玻璃。
7.一种同时对物体正反两个表面进行光学检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A1：在相机和同轴照明远心成像镜头组成的拍摄装置的光轴垂直方向放置透明载物台；
步骤A2：在所述透明载物台的另一侧，垂直于光轴并同轴设置直角棱镜；所述直角棱镜的斜面朝向透明载物台且与透明载物台平行；
步骤A3：将所述直角棱镜的斜面在透明载物台上的投影划分为对称的两个半区，将其中一个半区设置为待测物放置区，用以确定待测物水平方向尺寸的边界；所述同轴照明远心成像镜头的景深应大于以待测物正反两表面为物面的成像光路的等效几何光程差；
步骤A4：将待测物放置在透明载物台的待测物放置区内，且所述待测物需要进行光学检测的正反两个表面的其中一面朝下放置。
8.一种同时对物体正反两个表面进行光学检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤B1：在相机和远心成像镜头组成的拍摄装置的光轴的垂直方向放置透明载物台；
步骤B2：在所述透明载物台的另一侧，垂直于光轴并同轴设置直角棱镜；所述直角棱镜的斜面朝向透明载物台且与透明载物台平行；
步骤B3：在所述远心成像镜头和透明载物台之间设置同轴光源；
步骤B4：将所述直角棱镜的斜面在透明载物台上的投影划分为对称的两个半区，将其中一个半区设置为待测物放置区，用以确定待测物水平方向尺寸的边界；所述远心成像镜头的景深大于以待测物正反两表面为物面的成像光路的等效几何光程差；
步骤B5：将待测物放置在透明载物台的待测物放置区内，且所述待测物需要进行光学检测的正反两个表面的其中一面朝下放置。
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