专利名称：用于微细尺寸在线高精度视觉测量的复合照明系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及照明系统，特别是用于微细尺寸在线高精度视觉测量的复合照明系统。
背景技术：
由于工业生产现场环境光线干扰大，被测工件表面粗糙度、表面反射系数等差异较大，测量微细尺寸所使用的高倍显微成像镜头数值孔径小等特点，照明系统的设计是微细尺寸工件高精度在线测量至关重要的环节，是攸关精密视觉检测系统性能的关键部件，为有效抑制抑制生产现场环境光线变化、被测物体倾斜、材质、表面粗糙度等各种外部条件的变化，必须设计一种稳定可靠的照明光源，为微细尺寸工件的在线高精度测量提供清晰稳定、高亮度、高对比度的图像。
目前，常用的光源有卤素灯，荧光灯，LED光源等。在进行微细尺寸在线测量时，为了获得清晰稳定、高质量、高对比度的图像，LED光源比其它光源系统相比具有更优越的性能，主要表现在(1)外形设计灵活。一个LED照明系统是由一组独立的LED组成的，与其它照明系统相比，在外形和尺寸设计方面，具有更大的自由度，可根据工件的形状和大小做成各种照射角度，以满足实际需求；(2)可根据需要选择不同颜色以提高图像对比度，并可以随时调节亮度；(3)散热效果好，光亮度稳定性好、寿命长，在持续使用的情况下，10000～30000小时以后才进入半衰期；(4)反应快捷，可在10微秒或更短的时间内达到最大亮度；(5)运行成本低。虽然LED光源有上述的优点，但其单独使用其效果还是不够理想。
本实用新型内容本实用新型的技术解决问题克服现有技术的不足，提供一种可以获得清晰、高亮度、高对比度，稳定可靠的用于微细尺寸在线高精度视觉测量的复合照明系统。
本实用新型的技术解决方案用于微细尺寸在线高精度视觉测量的复合照明系统，其特点在于由成像镜组、同轴照明LED光源、正面环形LED光源组成，同轴照明LED光源位于侧面准直扩束透镜的焦点处，其发出的光经准直扩束透镜变成平行光从远心成像镜头的分光棱镜侧面射入，正面环形LED光源固定到成像镜组的前端，与成像镜组同轴固定，其发出的光源从正面射入到被测物体的表面上。
上述的成像镜组由分光棱镜、位于分光棱镜前的前透镜组和位于其后的后透镜组组成，同轴照明LED光源发出的光经准直扩束透镜变成平行光从远心成像镜头的分光棱镜侧面射入，经分光棱镜反射和前透镜组聚焦准直后形成高亮度平行光，照射到被测物体的表面上。
正面环形LED光源的结构为扁平环形，高密度LED阵列均匀排列成圆锥形发光面。在选择光源时，口径要大于成像光组的镜头，另外根据其与被测物体的距离选择圆锥面倾斜角度。假设正面环形LED光源的内径为D，被测工件距成像镜头前端面为L，则光源的侧面倾斜角度θ应满足如下等式cotθ＝D/(2*L)。
正面环形照明光源的光线从圆锥形发光表面的各个角度照射，光源辐射场的中心形成圆拱形，在整个测量视场内形成均匀稳定的照明。
本实用新型的原理CCD、成像光组、正面环形LED光源与被测物体同轴，CCD位于成像光组焦平面上，正面环形LED光源对被测物体正面多角度照射，反射光线经成像光组会聚到CCD上，同轴照明LED光源与成像光组垂直，LED发出光线经准直扩束后进入分光棱镜垂直偏转，从而产生平行于成像光组光轴的平行光，照射到被测物体表面上。
本实用新型与现有技术相比的优点在于本实用新型为平行光同轴照明与间接照明相结合的复合型照明方式，此种方式削弱了杂散光的影响，提高了视场范围内被测工件亮度图像清晰度和对比度。通过在工业在线生产现场使用，配置在线视觉测量系统上，视觉测量系统重复采集图像，均可获得清晰稳定、高亮度、高对比度的图像。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为本实用新型的同轴照明LED光源的结构示意图；图3为实用新型的光路结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型由成像镜组2、同轴照明LED光源3、正面环形LED光源4组成，同轴照明LED光源3垂直于成像镜组2，其发出的光线经分光棱镜反射入成像镜组2，正面环形LED光源4固定到成像镜组2的前端，与成像镜组2同轴固定，其发出的光线从正面射入到被测物体5上，通过CCD摄像机1获得被测物体5的图像。
根据现场环境的变化，正面环形LED光源4的亮度可调。通过观察所成图像质量，人为调节LED光源电源上的输出电流旋钮，从而实现对其亮度进行数字分档式或模拟渐变式调节。
如图2、3所示，同轴照明LED光源3发出的光经准直扩束透镜31准直扩束后射入成像镜组2，成像镜组2由分光棱镜22、位于分光棱镜22前的前透镜组21和其后的后透镜组23组成，同轴照明LED光源3发出的光经准直扩束透镜31准直扩束后射入分光棱镜22，经分光棱镜22反射和前透镜组21聚焦准直后形成高亮度平行光，照射到被测物体5的表面上。正面环形LED光源4发出的光直接照射到被测物体5的表面上。
图3中，正面环形LED光源4的结构为扁平环形，高密度LED阵列均匀排列成圆锥形发光面。在选择LED光源时，正面环形LED光源4的口径要大于成像光组2的镜头，另外根据其与被测物体的距离选择光源圆锥面倾斜角度。假设正面环形LED光源的内径为D，被测工件5距成像镜头前端面为L，则光源的侧面倾斜角度θ应满足如下等式cotθ＝D/(2*L)。
权利要求1.用于微细尺寸在线高精度视觉测量的复合照明系统，其特征在于由成像镜组、同轴照明LED光源、正面环形LED光源组成，同轴照明LED光源位于侧面准直扩束透镜的焦点处，其发出的光经准直扩束透镜变成平行光从远心成像镜头的分光棱镜侧面射入，正面环形LED光源固定到成像镜组的前端，与成像镜组同轴固定，其发出的光源从正面射入到被测物体上。
2.根据权利要求1所述的复合照明系统，其特征在于所述的成像镜组由分光棱镜、位于分光棱镜前的前透镜组和位于其后的后透镜组组成。
3.根据权利要求1所述的复合照明系统，其特征在于所述的同轴照明LED光源为单一LED光源。
4.根据权利要求1所述的复合照明系统，其特征在于所述的正面环形LED光源的结构为圆锥形。
5.根据权利要求1所述的复合照明系统，其特征在于所述的正面环形LED光源4的亮度可调。
专利摘要用于微细尺寸在线高精度视觉测量的复合照明系统，由成像镜组、同轴照明LED光源、正面环形LED光源组成，同轴照明LED光源位于成像镜组的一侧，其发出的光源从成像镜组的侧面射入，正面环形LED光源固定到成像镜组的前端，与成像镜组同轴固定，其发出的光源从正面射入到被测物体上。本实用新型为平行光同轴照明与间接照明相结合的复合型照明方式，此种方式削弱了杂散光的影响，提高了视场范围内被测工件亮度、图像清晰度和对比度。
文档编号G02B21/06GK2800304SQ20052002290
公开日2006年7月26日 申请日期2005年4月6日 优先权日2005年4月6日
发明者赵慧洁, 屈玉福, 赵渊博 申请人:北京航空航天大学