一种无景深限制的回转体轮廓光学测量装置

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，特别涉及一种无景深限制的回转体轮廓光学测量装置。

背景技术

回转体是常见的一种加工零件，例如圆形棒，圆孔，陶瓷制品等。由于回转体的对称性，对其尺寸的测量可以在一个截面上进行。常见非接触测量方法如图1所示，回转体置于平行光路上，通过远心相机对景深范伟内回转体成像来测量被遮挡或透过(圆孔)的光，测量其尺寸。对于尺寸比较大的工件，需要用远心光路产生横截面比较大的光。接收端也采用远心光路，一般用大口径透镜和若干透镜将工件成像在相机焦平面上。虽然在接收端采用远心光路，这种测量方式仍然必须将工件置于接收端远心光路成像系统的景深范围内，典型景深为±15mm，一旦超出这个景深范围就会导致测量结果不准确。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种对固定距离的玻璃扩散片成像，回转体在平行光路上任何位置，接收端都可以获得相同的图像，不受接收端光学系统景深限制的回转体轮廓光学测量装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种无景深限制的回转体轮廓光学测量装置，依次包括发光二激管、凹面透镜、大口径凸面透镜、玻璃扩散片和相机，待测量的回转体位于大口径凸面透镜和玻璃扩散片之间；发光二激管发出的光线依次经过凹面透镜和大口径凸面透镜后变成光柱，向远端的玻璃扩散片发射；受回转体的遮挡，在玻璃扩散片上形成暗区域和亮区域，通过相机获取暗区域和亮区域图像，得到回转体轮廓。

本发明的有益效果是：本发明的接收端是对固定距离的玻璃扩散片成像，回转体在平行光路上任何位置，接收端都可以获得相同的图像，因此本发明不受接收端光学系统景深的限制。另外，接收端可以采用普通光学相机，不必采用价格昂贵的远心光学系统。

附图说明

图1为现有的轮廓测量装置结构示意图；

图2为本发明的无景深限制的回转体轮廓光学测量装置结构示意图；

图3为利用本发明测得的图像；

图4为经过图像处理得到的工件轮廓图；

图5、图6、图7分别为圆孔距离成像平面0mm、50mm和110mm时得到的成像图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

如图2所示，本发明的一种无景深限制的回转体轮廓光学测量装置，依次包括发光二激管、凹面透镜、大口径(直径100mm)凸面透镜、玻璃扩散片和相机，待测量的回转体位于大口径凸面透镜和玻璃扩散片之间；功率500mW的蓝色发光二激管发出的光线依次经过凹面透镜和大口径凸面透镜后变成90mm的光柱，向远端的玻璃扩散片发射；受回转体的遮挡，在玻璃扩散片上形成暗区域和亮区域(圆孔)，通过相机获取暗区域和亮区域图像，得到回转体轮廓，得到的图像如图3所示。图中黑色区域为置于光路上的回转体，中间的圆孔为回转体上的圆孔，两条虚线之间的距离即为回转体的直径。最终经过图像处理得到的工件轮廓图如图4所示。

由于接收端是对固定距离的玻璃扩散片成像，回转体在平行光路上任何位置，接收端都可以获得相同的图像，因此本发明不受接收端光学系统景深的限制。另外，接收端可以采用普通光学相机，不必采用价格昂贵的远心光学系统。图5、图6、图7分别为圆孔距离成像平面(玻璃扩散片)0mm、50mm和110mm时得到的成像图，圆孔半径分别为4.86mm、4.91mm和4.98mm，其误差来源于圆孔边缘的衍射，经过衍射因子校正后，精度控制在一个像素所代表物理尺寸50μm范围内。

进一步实验结果表明，工件在玻璃扩散片距离L＝2m远的范围内移动，经过衍射因子校正后，接收端所获得的工件上圆孔的直径误差在1个像素内。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。