[发明专利]一种适用于曲面测量的光学系统

说明书

本发明旨在提供一种测量效果好且能够对具有曲面的产品进行测量的适用于曲面测量的光学系统。本发明包括光源和成像组件，并提供了三个技术方案：方案一，采用分光棱镜和光线处理镜组与光源和成像组件配合，通过分光棱镜和光线处理镜组的作用使得所有的主光线对待测曲面入射角均为90°；方案二，采用第一光路模块和第二光路模块与光源和成像组件配合，入射光和反射光的主光线在待测曲面的法平面内的投影线均垂直于被测表面；方案三，采用照明镜组和第二成像镜组与光源和成像组件配合，入射光经待测曲面反射进入成像组件。本发明可应用于曲面测量的技术领域。

技术领域

本发明涉及曲面测量的技术领域，特别涉及一种适用于曲面测量的光学系统。

背景技术

在工业测量领域，对于具有弯曲表面的产品高度测量是一项具有挑战性的工作，特别是当弯曲表面为镜面反射或者具有较大散射时，照明光很大一部分被反射到测量镜头之外，造成测量信号信噪比低甚至信号缺失，从而使得测量镜头无法有效接收反射的照明光，不能够准确得出测量曲面的高度信息。

一般在测量时，光学成像的主光线即中心光线是主要测量光线，边缘光线为辅助测量光线，如图1所示，图中三种测量方式为现有的测量系统对平面、凸面和凹面测量时照明光的反射路径，可以看出只有平面能够顺利进行测量，凸面和凹面两种曲面均会有照明光反射外溢，外溢部分无法被接收。针对这一问题，很多镜头厂商或者传感器厂商的做法是提高镜头的数值孔径，以增大镜头的集光角度范围。镜头的集光角度增加，在一定程度上提高了系统的信噪比，但是代价是镜头的体积增大。与此同时，增加数值孔径的同时系统的景深减小，可能无法覆盖弯曲表面的成像深度范围。不仅如此，有些测量曲面曲率较大，法线角度变化范围超过180°，这种情况通过单纯地增加镜头的数值孔径也是无能为力的。因此，亟需一种适用于曲面测量的光学系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种测量效果好且能够对具有曲面的产品进行测量的适用于曲面测量的光学系统。

本发明所采用的一种技术方案是：它包括光源和成像组件，还包括分光棱镜和光线处理镜组，所述光源的光线射入所述分光棱镜，光线透过所述分光棱镜射入所述光线处理镜组并经所述光线处理镜组折射后，所有的主光线均垂直照射待测曲面，待测曲面使主光线垂直反射形成反射光，反射光按原来的射入路径射入所述光线处理镜组并经所述光线处理镜组射入所述分光棱镜，反射光经所述分光棱镜的反射作用进入所述成像组件进行图像或者光谱测量。

由上述方案可见，通过采用所述分光棱镜和所述光处理镜组对所述光源射出的主光线进行处理，从而使得所有的主光线对照射的待测曲面的入射角都为90°，即垂直状态，从而令待测曲面能够将每条主光线都按照射入的方向反射回去并射入成像组件中，所述成像组件根据射入的主光线成像，再根据成像结果即可测量出曲面的形貌。垂直入射和反射的过程中，光能利用率得到提升，可以降低对于镜头相对孔径的要求，减小镜头结构的体积，能够对待曲面的产品进行形貌测量，测量效果好。由此可见，本发明具有测量效果好且能够对具有曲面的产品进行测量的优点。

一个优选方案是，所述光线处理镜组为成像镜组。

由上述方案可见，所述光线处理镜组采用成像镜组能够将光线聚焦到待测曲面，提高测量系统的光学分辨率和能量利用率。

一个优选方案是，所述光线处理镜组为色散镜组。

由上述方案可见，所述光线处理镜组采用色散镜组可作为光谱共焦镜头，能够将射入的光线分解成若干单色光线，从而使得所述色散镜组射出各颜色主光线垂直待测曲面反射后最终射入所述成像组件，所述成像组件根据射入的光线进行光谱测量，再根据测量果即可计算曲面的高度，与普通镜头相比优势在于，光谱共焦镜头可以提供3D测量能力。