[发明专利]一种适用于立体结构工件的激光同轴视觉系统

权利要求书

1.一种适用于立体结构工件的激光同轴视觉系统，包括照相机(1)、合光镜(2)、激光扫描振镜(3)、场镜(4)、平面照明光源(5)、激光束(6)、计算机(7)，其特征在于：所述照相机(1)上设置有图像传感器(8)、相机物镜(9)，所述图像传感器(8)朝向所述的合光镜(2)并且其光轴通过所述合光镜(2)朝向照相机(1)一面的中心，所述相机物镜(9)连接于照相机(1)并且其光轴与所述照相机(1)光轴重合，所述相机物镜(9)的调焦环设置于无穷远位置，使所述的图像传感器(8)处于相机物镜(9)一倍焦距的位置；所述合光镜(2)与照相机(1)的光轴呈45°角设置，所述合光镜(2)的双面均镀有针对激光束(6)波长45o入射的增透膜，所述激光束(6)照射在合光镜(2)相对照明光源反射面的另一面；所述激光扫描振镜(3)的激光入射端(10)朝向所述合光镜(2)的照明反射面，其激光入瞳的光轴与所述相机的光轴垂直相交于所述合光镜的照明光反射面，其激光出射端(11)与所述场镜(4)固定连接；所述场镜(4)的光轴与所述激光扫描振镜出射端(11)的光轴重合并且所述场镜(4)采用小口径的共焦平面场镜；所述平面照明光源(5)的发光面朝向所述激光扫描振镜(3)的激光出射方向，并且所述场镜(4)的光轴垂直通过其中心点，其中心点设置直径略大于所述场镜(4)外径的圆形通孔(13)，使所述场镜(4)嵌入该圆形通孔(13)；所述计算机(7)上安装有激光加工软件(14)和视觉对位软件(15)，所述激光加工软件(14)用于控制所述激光扫描振镜(3)的反射片的运动，并且控制激光器适时发射和关闭所述激光束(6)；所述计算机(7)与所述照相机(1)相连接，用于接收所述图像传感器(8)采集到的图像；

采用等效的光路加工时，所述合光镜(2)的一面镀有针对激光波长45°入射的反射膜；采用等效光路时，所述激光扫描振镜(3)的激光入射端(10)的光轴成45°角对准所述合光镜(2)的激光反射面中心，所述照相机(1)和相机物镜(9)设置于所述合光镜(2)激光反射面的另一面；所述照相机(1)和相机物镜(9)的光轴重合，沿重合光轴入射的波长为照明光源(5)波长的光束穿过所述合光镜(2)后与所述激光扫描振镜(3)的激光入射端(10)的光轴重合；

所述平面照明光源(5)的边长或直径需不小于方形激光加工范围边长的2倍，所述圆形通孔(13)直径需不大于所述平面照明光源(5)发光面至所述共焦平面(12)距离的1/3。

2.根据权利要求1所述的一种适用于立体结构工件的激光同轴视觉系统，其特征在于：在采用等效光路时，如果还需使用与所述激光束(6)同光路的可见光束作为指示光，而所述指示光的波长又恰为所述平面照明光源(5)的波长，则所述合光镜(2)的激光反射面须镀有针对所述平面照明光源(5)波长45°角入射的半反射膜，而与所述激光反射面相对的另一面须镀有针对所述平面照明光源(5)波长45°角入射的增透膜。

3.根据权利要求1所述的一种适用于立体结构工件的激光同轴视觉系统，其特征在于：所述场镜(4)是针对激光束(6)波长和所述平面照明光源(5)波长的共焦平面场镜，即沿着所述激光扫描振镜(3)的激光入射端(10)的光轴入射的波长与平面照明光源(5)波长相同的平行光束穿过场镜(4)后与激光束(6)聚焦于同一共焦平面(12)上。

4.根据权利要求1所述的一种适用于立体结构工件的激光同轴视觉系统，其特征在于：所述平面照明光源(5)整体结构为正方形或圆形且所述平面照明光源(5)的发光面尺寸尽可能大，且与所述场镜(4)的下沿对齐设置。

5.根据权利要求1所述的一种适用于立体结构工件的激光同轴视觉系统，其特征在于：所述平面照明光源(5)的光谱是窄波段的，中心波长为所述场镜(4)要求的照明光源的共焦波长，并且其发出的照明光是漫射光，在靠近圆形通孔(13)的区域对平面照明光源(5)的发光单元的光强做适当补强，以弥补中央开孔导致的光强损失，使共焦平面(12)上激光工作范围内的照明基本均匀。