[发明专利]一种高分辨曲面工业成像设备及成像方法

说明书

本发明提供一种高分辨曲面工业成像设备及成像方法。本发明包括计算机、曲面扫描运动子系统、扫描位置传感器、光学镜头和场曲自适应线阵探测器模块；所述曲面扫描运动子系统用于根据计算机规划的扫描路线实现其曲面相对光学镜头的相对运动，扫描位置传感器用于实时探测曲面扫描运动子系统的曲面的当前扫描位置；计算机根据曲面扫描运动子系统的曲面的实时扫描位置对经过光学镜头后的弯曲像面进行计算,得到场曲自适应线阵探测器模块中的各个线阵探测器与弯曲像面相匹配的位置；场曲自适应线阵探测器模块控制其各线阵探测器运动到与弯曲像面重合位置,实现高分辨率成像。本发明能够实现对曲面的高效率高分辨率成像。

技术领域：

本发明涉及一种高分辨曲面工业成像设备及成像方法，属于光学制造领域和超精密机械制造领域。

背景技术：

工业成像检测技术对产品的关键尺寸以及质量进行检测对于工业生产具有重要意义。随近年工业检测及机器视觉技术发展, 各类产品工业检测技术已经日益成熟, 但曲面类产品, 尤其是对检测分辨率要求高的曲面类产品, 其高效率高分辨率成像方法仍是限制其工程应用的关键技术障碍。

曲面的高分辨率成像对于多个制造领域均有重要意义, 对于光学制造领域和超精密机械制造领域尤为重要。目前的几种主流技术，如在光学镜头设计中被动补偿场曲、分区域成像与图像拼接、焦深扩展技术等，在工程应用中因通用性差、成本高、效率偏低等各原因，均具有较大的局限性。因此对于光学元件和高精密机械元件其表面质量检测，目前仍以人工目视检测为主。曲面的高分辨率成像问题的解决, 对于光学制造领域和超精密机械制造领域具有重要的工程意义。

发明内容：

本发明的目的是针对上述存在的问题提供一种分辨率优于20微米或角度分辨率优于5角秒的高分辨曲面工业成像设备及成像方法，解决曲面成像中高分辨率与窄景深两者的矛盾，实现对曲面的高效率高分辨率成像。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种高分辨曲面工业成像设备，包括计算机、曲面扫描运动子系统、扫描位置传感器、光学镜头和场曲自适应线阵探测器模块；所述曲面扫描运动子系统用于根据计算机规划的扫描路线实现其曲面相对光学镜头的相对运动，扫描位置传感器用于实时探测曲面扫描运动子系统的曲面的当前扫描位置； 计算机根据曲面扫描运动子系统的曲面的实时扫描位置对经过光学镜头后的弯曲像面进行计算, 得到场曲自适应线阵探测器模块中的各个线阵探测器与弯曲像面相匹配的位置；场曲自适应线阵探测器模块控制其各线阵探测器运动到与弯曲像面重合位置, 实现高分辨率成像。

所述的高分辨曲面工业成像设备，所述光学镜头采用物方和像方30倍景深/焦深的离焦范围的光学镜头。

所述的高分辨曲面工业成像设备，所述场曲自适应线阵探测器模块包括促动器,机械结构和若干条线阵探测器，所述促动器与计算机相连以接受来自计算机的运动控制指令，所述机械结构用于将多条线阵探测器和促动器进行连接,并在促动器运动下带动线阵探测器运动。

所述的高分辨曲面工业成像设备，所述线阵探测器分为两组, 在垂直于线阵和光轴方向上以线阵探测器宽度的1-2倍间距开, 并在沿线阵方向上有10%-40%重叠。

用上述的高分辨曲面工业成像设备进行成像的方法，该方法包括如下步骤：

（1）曲面扫描运动子系统用于根据计算机规划的扫描路线实现其曲面相对光学镜头的相对运动，扫描位置传感器用于实时探测曲面扫描运动子系统的曲面的当前扫描位置；

（2）计算机根据曲面扫描运动子系统的曲面的实时扫描位置对经过光学镜头后的弯曲像面进行计算, 得到场曲自适应线阵探测器模块中的各个线阵探测器与弯曲像面相匹配的位置；

（3）场曲自适应线阵探测器模块控制其各线阵探测器运动到与弯曲像面重合位置, 实现高分辨率成像。