[发明专利]一种线扫光学检测结构及同轴线扫光源的主光轴校准方法

说明书

本发明公开一种线扫光学检测结构及同轴线扫光源的主光轴校准方法，该线扫光学检测结构包括线阵相机，光学镜头，同轴线扫光源和电动直线位移台，线阵相机、光学镜头和阶梯状样品调节至同轴且阶梯状样品处于光学镜头的前焦面上；同轴线扫光源固定于电动直线位移台上，并且移动电动直线位移台改变同轴线扫光源位置进行成像；量化成像所得图片的伪影宽度，并进一步得到光源发散角的正弦值；找到正弦值最小的地方，即为光源发散角最小的位置，该处就是同轴线扫光源的主轴。本发明可用于提高线扫光学检测系统的检测精度，有效改善图像质量，提升图像分辨率，避免产生伪影。

技术领域

本发明涉及一种线扫光学检测结构及同轴线扫光源的主光轴校准方法。

背景技术

随着制造加工行业的发展，产品良率的控制也变得极为重要。在工业检测过程中，表面检测技术构成了其重要的一个环节，表面检测技术主要是对各式各样零件的三维表面信息进行提取与检测，进而进行缺陷查找。工业检测领域中，线扫光学检测也逐渐成为机器视觉无接触光学测量领域中应用较为广泛，检测效率较好的一项新兴光学检测技术。

线扫光学检测系统主要由光源，线扫镜头以及线阵相机组成，其中光源可以有多种选择，比如同轴线扫光源，线光源，环形光等；而同轴线扫光源作为一种高度集成化的光源可以为整体系统节省很大的空间，实现大尺寸高精度的检测要求，这使得该光源成为线扫光学检测系统中很重要的一环。

随着工业检测对检测范围，检测精度，检测速率等各项检测要求的提高，线扫光学检测系统对硬件的装配要求也变得极为重要，一些小的装配偏差就可能导致光源发出的光无法被线阵相机所接收进而导致无法成像。由于同轴线扫光源在使用过程中必须保证与镜头、相机以及样品处于完全同轴状态，即光源的主光轴与相机和样品保持同轴，否则光源的发散角会对样品的检测带来巨大的影响。现有技术下通过肉眼对光源，样品，相机的同轴校准很难保证系统的同轴度，导致成像清晰度下降，检测效果下降。

发明内容

本发明需要解决的问题是：克服现有线扫同轴光源在装配过程中由于装配偏差或设计偏差而产生的主光轴偏离轴心的问题，提出一种线扫光学检测结构及同轴线扫光源的主光轴校准方法。该方法可用于提高线扫光学检测系统的检测精度，有效改善图像质量，提升图像分辨率，避免产生伪影。

本发明可通过以下技术方案予以实现：

一种线扫光学检测结构，包括线阵相机，光学镜头，同轴线扫光源和电动直线位移台，所述线阵相机、光学镜头和阶梯状样品调节至同轴且阶梯状样品处于光学镜头的前焦面上；所述同轴线扫光源固定于所述电动直线位移台上，并且移动所述电动直线位移台改变所述同轴线扫光源位置进行成像；量化成像所得图片的伪影宽度，并进一步得到光源发散角的正弦值；找到正弦值最小的地方，即为光源发散角最小的位置，该处就是同轴线扫光源的主轴。

本发明提出的一种同轴线扫光源的主光轴校准方法，包括下列步骤：

(1)使用呈阶梯状分布的高反射率样品，该样品中心处为最高阶梯，高度依次沿两边下降，单个阶梯宽度在0.4mm，阶梯之间的高度差为2mm；

(2)将线阵相机、光学镜头和阶梯状样品调节至同轴，使线阵相机芯片的中心正对于阶梯状样品中间最高阶梯的中心；

(3)调节线阵相机、光学镜头的高度，使镜头到阶梯状样品中心的距离等于镜头的焦距；

(4)采用环形光照明，验证样品是否处于镜头的焦点位置，成像清晰则进行下一步；

(5)将同轴线扫光源固定到单步行进值为3um的电动直线位移台上，并将同轴线扫光源调节至合适高度，且靠近相机、镜头和样品所处的轴的位置；

(6)打开同轴线扫光源对阶梯状样品进行照明并扫描成像；

(7)观察成像效果，将产生的伪影宽度记录下来，进一步计算得出光源的发散角度；