[发明专利]一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置及方法，装置包括上位机、标定板、成像模块、照明模块、电动平移台、照明驱动模块、电机驱动模块和电源模块；待测物体放置于电动平移台上，电动平移台控制待测物体位置；照明模块轮流点亮不同中心波长处的LED，照明待测物体；上位机采集成像模块拍摄的图像信息；上位机在多幅图像中选择对比度最高的图像作为聚焦图像并进行后续图像处理。本发明通过控制光源波长代替电机移动，消除了聚焦过程中的震动，速度更快，可靠性更高，结构及控制简单，且成本较低，只需更换原装置中的镜头及照明光源即可，无需增加额外元器件，易于改进现有设备实现，有助于推广该技术的应用。

技术领域

本发明属于机器视觉测量的技术领域，具体涉及一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置及方法。

背景技术

随着我国生产效率的提升及人工成本的不断上升，人工检测环节已越来越成为生产线上限制产品产量、质量及成本的瓶颈，机器视觉技术在此大环境中受到了广泛的重视，其通过控制相机拍摄产品图像进行处理，检测产品是否满足需求，具有较高的检测效率、检测结果一致性较好且易于实现自动化，是保证产品加工质量及提升产品性能的必不可少的环节。

目前机器视觉技术主要使用工业相机及工业镜头实现对物体的成像，但由于景深的限制，当被测物体在景深范围外时图像会发生模糊，使得后续图像处理中产生误差。针对此问题一般有两种解决思路，一种为增加镜头景深，如减小镜头孔径，但其导致了入射光通量减少且图像质量恶化，近年来波前编码技术受到了关注，通过在镜头内引入相位板调制点扩散函数，使得其在图像离焦时几乎保持不变并通过图像反卷积恢复图像，但该技术目前仍处于初步阶段，与普通镜头相比恢复图像的质量较差，且色差难以克服。另一种为使用自动对焦技术，通过调节镜头的焦距或者相机的位置保证被测物体始终位于镜头的景深范围内，由于对焦完成后，图像仍然可以获得很高的质量，适合后续处理，因此在实际设备中广泛应用。传统的自动对焦技术均为根据图像模糊程度，通过控制电机旋转移动镜头内元件或相机实现，具有较大的对焦范围，但由于变焦方式为机械移动，速度较慢且可能产生振动等不利影响，同时引入电机及控制模块显著增加了成本，降低了可靠性。近年来有厂家推出电控液体变焦透镜，通过改变液体界面的曲率改变镜头焦距，驱动简单，但成像质量难以保证，目前尚未在工业界中大规模使用。

现有自动聚焦装置均为机械调整光学系统中镜片的位置或曲面形状，速度较慢，且可靠性受到了限制，需要提出一种速度更快，可靠性更好的方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中自动聚焦装置需要调整光学系统中镜片机械位置的不足，提供一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置及方法，使用具有色差的大景深镜头结合主动照明技术定位待测表面深度位置，通过主动控制照明光源的波长，扫描不同焦距处的图像，寻找聚焦图像，具有对焦速度快，无需机械移动，成像质量高的特点，适用于各种需要自动聚焦镜头来减小样品深度影响的测量应用，在基于机器视觉的光学检测中具有广阔的应用前景。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置，包括上位机、标定板、成像模块、照明模块、电动平移台、照明驱动模块、电机驱动模块和电源模块；待测物体放置于电动平移台上，上位机控制电机驱动模块，电机驱动模块驱动电动平移台，从而控制待测物体位置；照明模块由具有不同中心波长的LED组成，上位机控制照明驱动模块，照明驱动模块驱动照明模块，从而轮流点亮不同中心波长处的LED，照明待测物体；成像模块包括色差镜头和工业相机，上位机通过接口采集工业相机拍摄的图像信息；工业相机拍摄时与LED照明同步，采集不同波长照明时的图像；色差镜头通过改变波长实现镜头焦距的调节；上位机在多幅图像中选择对比度最高的图像作为聚焦图像并进行后续图像处理；

所述色差镜头为不同波长照明时焦距不同的镜头。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：