成像装置和成像方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010089889.0 (22)申请日 2020.02.13 (71)申请人 北京领邦智能装备股份公司 地址 100084 北京市海淀区永丰产业基地 永捷北路3号标准厂房3层301 (72)发明人 崔忠伟 (74)专利代理机构 北京路胜元知识产权代理事 务所(特殊普通合伙) 11669 代理人 路兆强蒋爱花 (51)Int.Cl. H04N 5/225(2006.01) G01D 21/00(2006.01) (54)发明名称 成像装置和成像方法 (57)摘要 本发明提供了。

2、一种成像装置和成像方法， 成 像装置包括透明玻璃圆盘、 第一超远心镜头和第 二超远心镜头， 第一超远心镜头配置为朝向透明 玻璃圆盘表面， 具有第一视野； 第二超远心镜头 配置为朝向透明玻璃圆盘表面， 具有第二视野； 第一视野中心A1与透明玻璃圆盘圆心O距离为 D1， 第二视野中心A2与透明玻璃圆盘圆心O距离 为D2， 且D1和D2不相等。 成像方法使用透明载物 板、 第一超远心镜头和第二超远心镜头， 第一超 远心镜头配置为朝向透明载物板表面， 具有第一 视野； 第二超远心镜头配置为朝向透明载物板表 面， 具有第二视野； 透明载物板配置为承载工件 依次行经第一视野和第二视野。 本发明结构简单 可。

3、靠， 操作方便， 可以提高检测效率和准确率。 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 CN 111294491 A 2020.06.16 CN 111294491 A 1.一种成像装置， 其特征在于， 包括透明玻璃圆盘、 第一超远心镜头和第二超远心镜 头， 所述第一超远心镜头配置为朝向所述透明玻璃圆盘表面， 相对所述透明玻璃圆盘具有 第一视野； 所述第二超远心镜头配置为朝向所述透明玻璃圆盘表面， 相对所述透明玻璃圆 盘具有第二视野； 所述第一视野中心A1与所述透明玻璃圆盘圆心O距离为D1， 所述第二视野 中心A2与所述透明玻璃圆盘圆心O距离为D2， 且D1和D2不相等。 2.如权利要求1所述的成。

4、像装置， 其特征在于， 所述第一超远心镜头配置为朝向所述透 明玻璃圆盘第一表面， 所述第二超远心镜头配置为朝向所述透明玻璃圆盘第二表面， 所述 第一表面和所述第二表面相背。 3.如权利要求2所述的成像装置， 其特征在于， 所述第一超远心镜头位于所述透明玻璃 圆盘的上方， 所述第二超远心镜头位于所述透明玻璃圆盘的下方。 4.如权利要求1所述的成像装置， 其特征在于， 所述成像装置还包括第一点光源和第二 点光源， 所述第一点光源对应所述第一超远心镜头， 且位于所述透明玻璃圆盘背离所述第 一超远心镜头的一侧， 所述第二点光源对应所述第二超远心镜头， 且位于所述透明玻璃圆 盘背离所述第二超远心镜头的一。

5、侧。 5.如权利要求1-4任一所述的成像装置， 其特征在于， 所述第一视野的半径为R1， 所述 第二视野的半径为R2， 当R1R2R时， 所述D1与所述D2差值满足以下关系： 20R D1- D2 R； 当R1R2时， 所述D1与所述D2差值满足以下关系： 20R1 D1-D2 R2； 当R2 R1时， 所述D1与所述D2差值满足以下关系： 20R2 D1-D2 R1。 6.如权利要求5所述的成像装置， 其特征在于， 所述成像装置应用于小零件自动检测设 备， 在所述小零件自动检测设备中， 所述成像装置对磁材工件的多个面进行成像， 以对所述 磁材工件的多个面进行视觉检测。 7.一种成像方法， 其。

6、特征在于， 所述成像方法使用透明载物板、 第一超远心镜头和第二 超远心镜头， 所述第一超远心镜头配置为朝向所述透明载物板表面， 相对所述透明载物板 具有第一视野； 所述第二超远心镜头配置为朝向所述透明载物板表面， 相对所述透明载物 板具有第二视野； 所述透明载物板配置为承载工件依次行经所述第一视野和第二视野， 且 所述工件行经所述第一视野和所述第二视野的路线与第一视野中心和第二视野中心的连 线相交。 8.如权利要求7所述的成像方法， 其特征在于， 所述第一超远心镜头配置为朝向所述透 明玻璃圆盘第一表面， 所述第二超远心镜头配置为朝向所述透明玻璃圆盘第二表面， 所述 第一表面和所述第二表面相背。。

7、 9.如权利要求8所述的成像方法， 其特征在于， 所述工件上表面面积小于所述第一视野 和所述第二视野面积的四分之一。 10.如权利要求7-9任一所述的成像方法， 其特征在于， 所述成像方法使用如权利要求 1-6任一所述的成像装置。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111294491 A 2 成像装置和成像方法 技术领域 0001 本发明总体而言涉及工业零件视觉检测领域， 尤其是小零件视觉检测的成像装置 和方法。 背景技术 0002 目前， 在小零件自动检测设备中， 需要对工件的多面视觉检测。 传统的视觉检测， 一次只能检测一个正对的面， 而无法对零件的侧面成像检测， 尤其是长条类工件和和小尺。

8、 寸工件(上表面面积小于镜头视野面积的四分之一甚至十分之一)。 现有技术中， 一般使用 多个相机(通常三四个以上)对零件不同表面进行分别成像， 使得整个检测设备变得更复 杂， 而且成本非常高。 另外的方法， 是使用多个反射镜对待检零件的不同侧面进行反射， 这 种结构非常复杂， 准确性低。 因此， 如何简单可靠地实现对待检工件的多个面进行成像， 是 业界急需解决的问题。 发明内容 0003 本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷， 提供一种能够简 单可靠地实现对待检工件的多个面进行成像的成像装置和成像方法。 0004 为实现上述发明目的， 本发明采用如下技术方案： 0005 根据。

9、本发明的一个方面， 提供了一种成像装置， 包括透明玻璃圆盘、 第一超远心镜 头和第二超远心镜头， 所述第一超远心镜头配置为朝向所述透明玻璃圆盘表面， 相对所述 透明玻璃圆盘具有第一视野； 所述第二超远心镜头配置为朝向所述透明玻璃圆盘表面， 相 对所述透明玻璃圆盘具有第二视野； 所述第一视野中心A1与所述透明玻璃圆盘圆心O距离 为D1， 所述第二视野中心A2与所述透明玻璃圆盘圆心O距离为D2， 且D1和D2不相等。 0006 根据本发明的一实施方式， 所述第一超远心镜头配置为朝向所述透明玻璃圆盘第 一表面， 所述第二超远心镜头配置为朝向所述透明玻璃圆盘第二表面， 所述第一表面和所 述第二表面相背。

10、。 0007 根据本发明的一实施方式， 所述第一超远心镜头位于所述透明玻璃圆盘的上方， 所述第二超远心镜头位于所述透明玻璃圆盘的下方。 0008 根据本发明的一实施方式， 所述成像装置还包括第一点光源和第二点光源， 所述 第一点光源对应所述第一超远心镜头， 且位于所述透明玻璃圆盘背离所述第一超远心镜头 的一侧， 所述第二点光源对应所述第二超远心镜头， 且位于所述透明玻璃圆盘背离所述第 二超远心镜头的一侧。 0009 根据本发明的一实施方式， 所述第一视野的半径为R1， 所述第二视野的半径为R2， 当R1R2R时， 所述D1与所述D2差值满足以下关系： 20R D1-D2 R； 当R1R2时， 。

11、所述D1与所述D2差值满足以下关系： 20R1 D1-D2 R2； 当R2R1时， 所述D1与所述 D2差值满足以下关系： 20R2 D1-D2 R1。 0010 根据本发明的一实施方式， 所述成像装置应用于小零件自动检测设备， 在所述小 说明书 1/5 页 3 CN 111294491 A 3 零件自动检测设备中， 所述成像装置对磁材工件的多个面进行成像， 以对所述磁材工件的 多个面进行视觉检测。 0011 为实现上述发明目的， 本发明还采用如下技术方案： 0012 根据本发明的另一个方面， 提供了一种成像方法， 所述成像方法使用透明载物板、 第一超远心镜头和第二超远心镜头， 所述第一超远心。

12、镜头配置为朝向所述透明载物板表 面， 相对所述透明载物板具有第一视野； 所述第二超远心镜头配置为朝向所述透明载物板 表面， 相对所述透明载物板具有第二视野； 所述透明载物板配置为承载工件依次行经所述 第一视野和第二视野， 且所述工件行经所述第一视野和所述第二视野的路线与第一视野中 心和第二视野中心的连线相交。 0013 根据本发明的一实施方式， 所述第一超远心镜头配置为朝向所述透明玻璃圆盘第 一表面， 所述第二超远心镜头配置为朝向所述透明玻璃圆盘第二表面， 所述第一表面和所 述第二表面相背。 0014 根据本发明的一实施方式， 所述工件上表面面积小于所述第一视野和所述第二视 野面积的四分之一。。

13、 0015 根据本发明的一实施方式， 所述成像方法使用如上任一所述的成像装置。 0016 由上述技术方案可知， 本发明的成像装置的优点和积极效果在于： 0017 本发明中， 设置两个超远心镜头， 形成两个视野， 待检工件通过在两个视野中不同 位置的变化， 形成一次性对待检工件的多个面的简单有效的成像， 以方便进行视觉检测， 本 发明结构简单可靠， 操作方便， 可以提高检测效率和准确率， 具有非常好的市场前景。 附图说明 0018 通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明， 本发明的各种目标、 特征和优点将变得更加显而易见。 附图仅为本发明的示范性图解， 并非一定是按比例绘制。 在附图。

14、中， 同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。 其中： 0019 图1是一示例性实施例中示出的本发明成像装置的主视结构示意图。 0020 图2是一示例性实施例中示出的本发明成像装置的俯视结构示意图。 0021 图3是另一示例性实施例中示出的本发明成像装置的主视结构示意图。 0022 图4是本发明成像方法中第一种形式示意图。 0023 图5是本发明成像方法中第二种形式示意图。 0024 图6是本发明成像方法中第三种形式示意图。 0025 图7是本发明成像方法中第四种形式示意图。 0026 图8是超远心镜头示意图。 0027 图9是待检工件表面示意图。 0028 图10是对应图7的成像结果示意图。。

15、 0029 图11是本发明成像方法中第五种形式示意图。 0030 图12是本发明成像方法中第六种形式示意图。 0031 图13是本发明成像方法中第七种形式示意图。 0032 其中， 附图标记说明如下： 0033 11、 第一超远心镜头； 12、 第二超远心镜头； 2、 透明玻璃圆盘； 31、 第一点光源； 32、 说明书 2/5 页 4 CN 111294491 A 4 第二点光源； 4、 待检工件； A1、 第一视野中心； A2、 第二视野中心； D1、 A1与O距离； D2、 A2与O距 离； O、 透明玻璃圆盘圆心； R1、 第一视野的半径； R2、 第二视野的半径。 具体实施方式 00。

16、34 现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。 然而， 示例实施方式能够以多种形 式实施， 且不应被理解为限于在此阐述的实施方式； 相反， 提供这些实施方式使得本发明将 全面和完整， 并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。 图中相同的附图 标记表示相同或类似的结构， 因而将省略它们的详细描述。 0035 在对本发明的不同示例的下面描述中， 参照附图进行， 所述附图形成本发明的一 部分， 并且其中以示例方式显示了可实现本发明的多个方面的不同示例性结构、 系统和步 骤。 应理解， 可以使用部件、 结构、 示例性装置、 系统和步骤的其他特定方案， 并且可在不偏 离本发明范围的情况下进行。

17、结构和功能性修改。 而且， 虽然本说明书中可使用术语 “顶部” 、 “底部” 、“前部” 、“后部” 、“侧部” 等来描述本发明的不同示例性特征和元件， 但是这些术语 用于本文中仅出于方便， 例如根据附图中所述的示例的方向。 本说明书中的任何内容都不 应理解为需要结构的特定三维方向才落入本发明的范围内。 0036 图1是一示例性实施例中示出的本发明成像装置的主视结构示意图。 图2是一示例 性实施例中示出的本发明成像装置的俯视结构示意图。 0037 如图1和图2所示， 该实施例的成像装置用于对待检工件4进行成像， 以对待检工件 4进行视觉检测。 待检工件4可以是长方体、 正方体、 类长方体、 类。

18、正方体、 不规则六面体、 圆 柱体、 类圆柱体、 棱柱体、 类棱柱体等。 0038 该实施例的成像装置包括第一超远心镜头11、 第二超远心镜头12、 透明玻璃圆盘 2、 第一点光源31和第二点光源32。 如图1所示， 该实施例中， 第一超远心镜头11配置为朝向 透明玻璃圆盘2上表面， 相对透明玻璃圆盘2具有第一视野； 第二超远心镜头12配置为朝向 透明玻璃圆盘2下表面， 相对透明玻璃圆盘具有第二视野。 0039 第一视野是指通过第一超远心镜头11成像的平面范围， 例如可放置一张白纸在玻 璃圆盘2上指示所述成像范围； 第二视野是指通过第二超远心镜头12成像的平面范围。 0040 图3是另一示例性。

19、实施例中示出的本发明成像装置的主视结构示意图。 另一实施 例如图3所示， 该实施例中， 第一超远心镜头11配置为朝向透明玻璃圆盘2上表面， 相对透明 玻璃圆盘2具有第一视野； 第二超远心镜头12也配置为朝向透明玻璃圆盘2上表面， 相对透 明玻璃圆盘具有第二视野。 另外， 第一超远心镜头11和第二超远心镜头12也可以配置为都 朝向透明玻璃圆盘2的下表面， 而且第一超远心镜头11和第二超远心镜头12可以互换。 0041 该实施例中， 第一视野中心A1与透明玻璃圆盘圆心O距离为D1， 第二视野中心A2与 透明玻璃圆盘圆心O距离为D2， 且D1和D2不相等。 在更具体的一实施例中， 第一视野的半径 为。

20、R1， 第二视野的半径为R2， 当R1R2R时， D1与D2差值满足以下关系： 20R D1-D2 R； 当R1R2时， D1与D2差值满足以下关系： 20R1 D1-D2 R2； 当R2R1时， D1与D2 差值满足以下关系： 20R2 D1-D2 R1。 0042 该实施例中， 第一点光源31对应第一超远心镜头11， 且位于透明玻璃圆盘2与第一 超远心镜头11相同的一侧， 第二点光源32对应第二超远心镜头12， 且位于透明玻璃圆盘2与 第二超远心镜头12相同的一侧。 另外， 在其他实施例中， 第一点光源31对应第一超远心镜头 说明书 3/5 页 5 CN 111294491 A 5 11，。

21、 且位于透明玻璃圆盘2背离第一超远心镜头11的一侧， 第二点光源32对应第二超远心镜 头12， 且位于透明玻璃圆盘2背离第二超远心镜头12的一侧。 0043 该实施例中， 成像装置应用于小零件自动检测设备， 待检工件4为磁材工件， 在小 零件自动检测设备中， 成像装置对磁材工件4的多个面进行成像， 以对磁材工件4的多个面 进行视觉检测。 0044 该实施例中， 透明玻璃圆盘2在动力装置驱动下旋转， 带动放置其上的待检工件4 移动， 从而穿过第一视野和第二视野， 分别成像。 移动顺序可以是从第一视野到第二视野， 也可以是从第二视野到第一视野。 待检工件4由于位于第一视野和第二视野的边缘， 因此在。

22、 对底面和/或顶面进行成像时， 也可以有效地对相应侧面进行成像。 0045 本发明中， 设置两个超远心镜头11、 12， 形成两个视野， 待检工件4通过在两个视野 中不同位置， 形成一次性对待检工件4的多个面的简单有效的成像， 以方便进行视觉检测， 本发明结构简单可靠， 操作方便， 可以提高检测效率和准确率， 具有非常好的市场前景。 0046 另外， 本发明还提供了一种成像方法。 0047 图4是本发明成像方法中第一种形式示意图。 图5是本发明成像方法中第二种形式 示意图。 图6是本发明成像方法中第三种形式示意图。 图7是本发明成像方法中第四种形式 示意图。 0048 该实施例中， 成像方法使。

23、用透明载物板、 第一超远心镜头和第二超远心镜头， 第一 超远心镜头配置为朝向透明载物板表面， 相对透明载物板具有第一视野； 第二超远心镜头 配置为朝向透明载物板表面， 相对透明载物板具有第二视野； 透明载物板配置为承载工件 依次行经第一视野和第二视野， 且工件行经第一视野和第二视野的路线与第一视野中心和 第二视野中心的连线相交。 0049 该实施例中， 透明载物板可以是本发明成像装置中的透明玻璃圆盘， 也可以是其 他透明的承载物， 该透明载物板可以像上述透明玻璃圆盘那样旋转带动待检工件先后穿过 第一视野和第二视野， 也可以通过其他运动方式带动待检工件4移动。 0050 待检工件4可以是磁材工件。

24、， 也可以是其他小零件。 待检工件4可以是长方体、 正方 体、 类长方体、 类正方体、 不规则六面体、 圆柱体、 类圆柱体、 棱柱体、 类棱柱体等。 0051 该实施例中， 第一超远心镜头配置为朝向透明玻璃圆盘第一表面， 第二超远心镜 头配置为朝向透明玻璃圆盘第二表面。 在其中一种形式中， 第一表面和第二表面相背， 在另 外一种形式中， 第一表面和第二表面是同一个表面。 0052 该实施例中， 工件上表面面积小于第一视野和第二视野面积的四分之一， 可以是 五分之一、 六分之一、 八分之一、 十分之一或者其他尺寸比例。 0053 该实施例中， 成像方法可以使用上述实施例的成像装置， 也可以采用其。

25、他形式的 成像装置， 在此对装置的结构并不做其他限定。 0054 图8是超远心镜头示意图。 如图8所示， 超远心镜头(hypercentric lens)用于以汇 聚视角对物体成像， 一般镜头(包括人眼)都是以发散视角对物体成像， 超远心镜头是以平 行视角对物体进行成像。 区别其他镜头， 超远心镜头有两大特征， 一是入瞳位位于镜头的前 端(外部)， 一是可以对平行于光轴的物体表面进行成像。 0055 图9是待检工件表面示意图， 图10是对应图7的成像结果示意图。 图7和图10示出了 待检工件4为长条形工件情况下， 在行经第一视野和第二视野时的成像情况。 长条形工件包 说明书 4/5 页 6 C。

26、N 111294491 A 6 括六个面， 分别是面1、 面2、 面3、 面4、 面5和面6， 第一超远心镜头和第二超远心镜头分别位 于透明载物板的两侧。 该实施例中， 当长条形工件行经第一视野时， 第一超远心镜头对面6、 面4、 面1和面3进行成像， 由于面4靠近第一视野边缘， 因此按照超远心镜头成像原理， 面4、 面1和面3的成像均较为清晰， 面6正对第一超远心镜头， 成像非常清晰。 同理地， 当长条形工 件行经第二视野时， 第二超远心镜头对面5、 面2、 面1和面3进行成像， 由于面5靠近第二视野 边缘， 因此按照超远心镜头成像原理， 面2、 面1和面3的成像均较为清晰， 面5正对第二超。

27、远 心镜头， 成像非常清晰。 因此， 长条形工件通过两个超远心镜头， 行经第一视野和第二视野 后， 就能实现对六个面的清晰成像。 0056 图11是本发明成像方法中第五种形式示意图。 图12是本发明成像方法中第六种形 式示意图。 图13是本发明成像方法中第七种形式示意图。 0057 如图11所示， 待检工件在第一视野中位于右下方， 在第二视野中位于左上方， 分别 对待检工件的几个面进行成像检测。 如图12所示， 待检工件为正方体时， 大致的成像过程参 考如上所述。 如图13所示， 待检工件为圆柱体结构， 大致的成像过程参考如上所述。 其他类 型工件的成像原理， 同样可以参照该原理， 即在第一视。

28、野对其中一个正对的面及距离第一 视野边缘较近的侧面进行成像， 在第二视野对另一个正对的面及距离第二视野边缘较近的 侧面进行成像， 其中距离第一视野边缘较近的侧面与距离第二视野边缘较近的侧面相反， 从而实现两个视野对待检工件的所有面进行成像检测。 0058 由上述技术方案可知， 本发明的成像装置的优点和积极效果在于： 0059 本发明中， 设置两个超远心镜头， 形成两个视野， 待检工件4通过在两个视野中不 同位置的变化， 形成一次性对待检工件4的多个面的简单有效的成像， 以方便进行视觉检 测， 本发明结构简单可靠， 操作方便， 可以提高检测效率和准确率， 具有非常好的市场前景。 0060 以上结。

29、合附图示例说明了本发明的一些优选实施例式。 本发明所属技术领域的普 通技术人员应当理解， 上述具体实施方式部分中所示出的具体结构和工艺过程仅仅为示例 性的， 而非限制性的。 而且， 本发明所属技术领域的普通技术人员可对以上所述所示的各种 技术特征按照各种可能的方式进行组合以构成新的技术方案， 或者进行其它改动， 而都属 于本发明的范围之内。 说明书 5/5 页 7 CN 111294491 A 7 图1 图2 说明书附图 1/5 页 8 CN 111294491 A 8 图3 图4 图5 说明书附图 2/5 页 9 CN 111294491 A 9 图6 图7 图8 说明书附图 3/5 页 10 CN 111294491 A 10 图9 图10 图11 说明书附图 4/5 页 11 CN 111294491 A 11 图12 图13 说明书附图 5/5 页 12 CN 111294491 A 12 。