[发明专利]光学检查探头

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学检查探头及其使用方法。更具体的说，本发明涉及一种用于对窄孔内部进行成像的视觉检查探头。

背景技术

当制造部件时，例如那些在汽车或航空工业中使用的部件，通常希望确定这些部件已经制造成在预期公差范围内。

传统上，部件的特征尺寸通过将部件安装在坐标测量机器上并且使安装在坐标测量机器上的接触探头与所关注的特征接触来确定。得到特征周围不同点的坐标，由此能够确定其尺寸、形状和方位。

使用接触探头具有几个缺点。

使用接触探头进行测量会很慢(例如，检查涡轮叶盘会花费15小时)，并且接近(例如进入非常窄或小的孔)会受到限制。

有时，在部件具有易损表面涂层或具有抛光表面的情况下或在部件具有柔性且在接触探头的力的作用下明显移动的情况下，希望避免与部件物理接触。在这样的情况下，可以使用非接触探头，例如光学探头。

已知的光学探头使用准直光束或者发散光束来照亮所关注的表面。目前的光学探头受困于准确度差、视野有限、镜面反射造成的伪像以及来自重量或大尺寸的限制。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种光学检查探头，该光学检查探头包括：成像组件，该成像组件用于捕获物体的图像；以及照明组件，该照明组件用于产生被朝向所述物体引导的光束，并且该光束会聚在位于第一焦平面的焦点处。

已经发现提供会聚光束能够有助于物体的检查。尤其对于接近受到限制的特征(例如物体中的开口)，情况同样如此。例如，本发明在检查孔时是特别有用的，原因是其能够在试图得到孔的内表面或底部的图像时避免照亮形成有该孔的表面。

所述照明系统可以包括用于产生光束的光源。

所述成像组件可以被布置成检测从物平面或者从物平面附近沿着成像光学轴线反射向所述光学检查探头的光线。所述成像组件可以包括传感器和成像透镜组件，该成像透镜组件包括至少一个成像透镜。光线可以在到达传感器之前穿过所述成像透镜组件。

所述光束可以被朝向所述成像组件的物平面引导。在这样的情况下，所述光束可以在所述物平面处会聚于其焦点或者在与所述物平面相交之前会聚于其焦点。

所述光束的焦点可以基本上与所述光学检查探头的成像光学轴线重合。

所述光束可以被沿着照明光学轴线从所述光学检查探头引导到所述第一焦平面。所述照明光学轴线可以基本上与所述光学检查探针的成像光学轴线重合。

透视变形通常沿着光学检查探头的成像光学轴线最小；因此从沿着光学检查探头的成像光学轴线检测到的图像得到的任何测量数据都能够比从光学检查探头的成像光学轴线之外检测到的图像更准确。因此，沿着光学检查探头的成像光学轴线进行照明是有利的，使得提供最准确测量数据的区域可以被清楚地成像。

在所述光束的路径上可以布置至少一个光学元件，包括例如第一透镜，以将所述光束引导至位于第一焦平面的焦点。

用于将光束引导至位于第一焦平面的焦点的该至少一个光学元件可以被包括在所述成像透镜组件中。也就是说，所述成像透镜组件也可以被构造成将光束引导至其焦点。在这样的情况下，所述照明组件和所述成像组件可以具有至少一个共同的光学元件。

本发明特别涉及这种类型的光学检查探头，该类型的光学检查探头得到将要检查的物体的图像并能够将该图像提供给第三方系统(例如图像处理器和/或终端用户)，使得可以在图像处理期间使用特征识别技术，以便得到关于该物体的度量数据。这样的光学检查探头通常称为视频检查探头，或者摄像检查探头，在此统称为视觉检查探头。这与已知的非接触检查探头形成对比，该非接触检查探头将结构化光束(例如光线)投射到物体上，并且分析结构化光线由于物体而发生的变形以得到测量信息。

所述光学检查探头可以进一步包括具有窗的壳体。在这样的情况下，所述至少一个光学元件，例如所述第一透镜，可以被布置成使所述光束穿过该窗引导到第一焦平面。该第一焦平面优选位于所述壳体之外。所述壳体可以防止外部光线到达成像组件的传感器而使所检测到的图像模糊。

所述光源可以是例如发光二极管(LED)或者激光器。可以使用其它已知的光源。

所述成像透镜组件可以与其它透镜组件互换。例如，可以设置具有不同尺寸的至少两个透镜，所述至少两个透镜是可以互换的。

改变透镜的能力可能是有用的，例如，在将要成像的部件具有需要不同图像尺寸/分辨率和/或限制探头的接近的多个表面的情况下。因此，所述光学检查探头能够以不同视野/分辨率和工作距离检查部件是有利的。可以使用具有不同光学特性的不同透镜组件来实现这一点。