[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

权利要求书

1.一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置，其特征在于：包括上位机(1)、标定板(2)、成像模块(3)、照明模块(4)、电动平移台(6)、照明驱动模块(7)、电机驱动模块(8)和电源模块(9)；待测物体(5)放置于电动平移台(6)上，上位机(1)控制电机驱动模块(8)，电机驱动模块(8)驱动电动平移台(6)，从而控制待测物体(5)位置；所述照明模块(4)由具有不同中心波长的LED组成，上位机(1)控制照明驱动模块(7)，照明驱动模块(7)驱动照明模块(4)，从而轮流点亮不同中心波长处的LED，照明待测物体(5)；所述成像模块(3)包括色差镜头(31)和工业相机(32)，上位机(1)通过接口采集工业相机(32)拍摄的图像信息；所述工业相机(32)拍摄时与LED照明同步，采集不同波长照明时的图像；所述色差镜头(31)通过改变波长实现镜头焦距的调节；所述上位机(1)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(31)为不同波长照明时焦距不同的镜头。

2.根据权利要求1所述的一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置，其特征在于：所述标定板(2)为具有黑白方格相间的棋盘图像，所述标定板(2)覆盖相机整个成像区域，标定时使用张正友标定法获得色差镜头(31)不同波长时的内外参数。

3.根据权利要求1所述的一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置，其特征在于：所述色差镜头(32)根据待测物体(5)及待测特征的尺寸设计而成，色差镜头(32)保留色差，消除包括球差、慧差、像散、场曲和畸变的5种单色像差，从而不同波长光源照明时色差镜头(32)具有不同的焦距；所述工业相机(31)像素数目为130万以上，与色差镜头(32)接口为C型或CS型，使用CMOS传感器，图像格式为黑白图像，可提供RAW格式数据，具有ROI功能，通过USB、千兆网或Camera Link接口连接至上位机(1)。

4.根据权利要求1所述的一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置，其特征在于：所述照明模块(4)使用多个具有不同中心波长的LED组成环形光源，根据待测物体(5)的特点设计环形光源的入射角度，光源中不同波长LED均匀分布，每种波长的LED均由照明驱动模块(7)独立控制，整体或部分点亮。

5.根据权利要求1所述的一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置，其特征在于：所述待测物体(5)具有一定曲率或在运行过程中待测表面脱离相机景深造成图像模糊。

6.根据权利要求1所述的一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置，其特征在于：所述电动平移台(6)使用步进电机驱动，电动平移台(6)的分辨率高于20μm，重复定位精度高于50μm，由电机驱动模块(8)控制。

7.根据权利要求6所述的一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置，其特征在于：所述照明驱动模块(7)包括单片机和功率放大模块，单片机通过串口与上位机(1)连接，接收上位机(1)命令，提供信号给功率放大模块并进一步控制照明光源内指定波长LED的通断，每一组LED都有对应的功率放大模块；所述电机驱动模块(8)包括单片机和步进电机驱动器，单片机通过串口与上位机(1)连接，接收上位机命令，提供脉冲与方向信号给步进电机驱动器。

8.根据权利要求7所述的一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置，其特征在于：所述电源模块(9)提供24V与5V两路电源，其中24V电压用于步进电机运动，5V电压用于单片机及步进电机驱动器。

9.根据权利要求1所述的一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置，其特征在于：所述上位机(1)包括用于获取相机图像的图像采集模块、用于标定成像模块参数的标定模块、用于控制电动平移台的运动控制模块，用于计算图像对比度、选择聚焦图像及检测用户所需参数的图像处理模块，用于将测量结果保存为Excel文件的文件模块；所述上位机(1)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，所述图像处理包括表面缺陷检测和尺寸测量。

10.一种基于色差的自动对焦机器视觉测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)打开电源模块(9)，上位机(1)控制电机驱动模块(8)驱动电动平移台(6)，从而移动待测物体(5)至测量工位，关闭外部光源或使用密闭环境减小杂散光对测量影响；

2)轮流点亮照明模块(4)中不同波长LED，照明驱动模块(7)自动检测LED发光强度，根据其与设定值之差调整输出电流，保证LED发光强度为常量；每点亮一组波长时，成像模块(3)采集保存一副低分辨率图像，获得具有不同焦距的图像栈；

所述成像模块(3)使用色差镜头(31)配合不同波长的光源得到不同焦距的图像；

所述色差镜头(31)为不同波长照明时焦距不同的镜头；

3)上位机(1)对图像栈进行处理，首先根据对比度等判据寻找图像栈中的聚焦图像，确定其对应的波长，点亮此波长LED，拍摄高分辨率图像，实现自动聚焦；

4)上位机(1)处理高分辨率图像，获得物体的特征参数，根据预先设定标准确定该物体是否满足要求，在屏幕上显示测量结果并保存数据，数据格式由用户定义，最终实现自动化检测。