[发明专利]一种基于光谱共焦快速聚焦的测量装置和测量方法

说明书

本发明提供了一种基于光谱共焦快速聚焦的测量装置和测量方法，属于光学影像测量技术领域，测量装置包括影像测量光学系统、色散共焦位移传感模块和控制器，所述影像测量光学系统的光路与色散共焦位移传感模块的光路在出射端部分融合同轴，且影像测量光学系统的聚焦面与色散共焦位移传感模块的量程中心共面；其中，所述色散共焦位移传感模块通过出射包含可见光和不可见光的复色光，分别用于聚焦点指示和被测物上表面至影像测量光学系统之间距离的测量。本方案具有聚焦点指示功能，在影像测量系统的相机图像中可见指示光斑能快速聚焦定位到影像清晰面，色散共焦工作于不可见光波段，不影响影像测量的成像质量和精度，整体结构简单，成本低，便于推广应用。

技术领域

本发明属于光学影像测量技术领域，尤其是高精密快速测量影像设备，具体涉及一种基于光谱共焦快速聚焦的测量装置和测量方法。

背景技术

影像测量仪是利用机器视觉技术对被测件的尺寸与形位公差进行测量的设备，其应用领域较广，例如机械、电子、传感器、模具、螺纹和手机等精密制造业。

随着科技的发展，影像仪测量精度和速度成为核心竞争力，对焦速度是关键因素之一。影像测量系统的景深通常较小，被测物高度发生变化或者被测物表面凹凸不平有高度差时，为获得清晰的成像，就需要频繁对焦，限制了测量效率的提高。

目前，对焦方法有人工和自动两种，就自动对焦而言又分为被动和主动两类。被动对焦利用电机驱动光学系统相对被测物纵向移动，并在不同位置拍摄图像，通过图像清晰度函数计算聚焦位置并将光学系统定位至聚焦位置。主动对焦利用位移传感器，如傅科刀口法，探测光学系统当前到被测物的距离，并计算出与聚焦位置的差值，驱动光学系统直接定位到聚焦位置。故而，主动对焦方法响应更快、效率更高。但当前主动对焦系统价格高昂，不利于市场推广。

因此，需要一种能够应用在精密影像测量设备上的、价格低廉的快速自动聚焦方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于光谱共焦快速聚焦的测量装置和测量方法，其能解决上述问题。

一种基于光谱共焦快速聚焦的测量装置，所述测量装置包括影像测量光学系统、色散共焦位移传感模块和控制器，所述影像测量光学系统的光路与色散共焦位移传感模块的光路在出射端部分融合同轴，且影像测量光学系统的聚焦面与色散共焦位移传感模块的量程中心共面；其中，所述色散共焦位移传感模块通过出射包含可见光和不可见光的复色光，分别用于聚焦点指示和被测物上表面至影像测量光学系统之间距离的测量。

进一步的，所述影像测量光学系统与色散共焦位移传感模块通过不可见光全反-可见光半透半反镜实现光路同轴的融合。

进一步的，所述影像测量光学系统包括相机和镜头，所述色散共焦位移传感模块包括光源及信号处理系统、光纤和色散镜头后镜组，其中，所述光源及信号处理系统提供近红外光和可见光；所述不可见光全反-可见光半透半反镜采用近红外全反-可见光半透半反镜，并将所述不可见光全反-可见光半透半反镜设置于所述影像测量光学系统处斜置布置，用以接收来自色散共焦位移传感模块的复色光，并实现复色光折弯后向下出射的光路与所述影像测量光学系统的光路同轴。

进一步的，所述影像测量光学系统采用变倍影像测量系统，其镜头包括变倍镜头前固定组、变倍镜头变倍组、变倍镜头补偿组和变倍镜头后固定组，所述色散共焦位移传感模块还包括光开关以及与所述影像测量光学系统同轴共用的变倍镜头前固定组；在变倍镜头前固定组与变倍镜头变倍组之间以45°斜置布置所述不可见光全反-可见光半透半反镜，且所述色散镜头后镜组的水平出射光路正对所述不可见光全反-可见光半透半反镜设置，以此将影像测量光学系统和色散共焦位移传感模块在不可见光全反-可见光半透半反镜下方融合。