一种口径可调的落射光源及影像测量仪
阅读说明：本技术 一种口径可调的落射光源及影像测量仪 (Bore adjustable epi-illumination source and image measuring instrument ) 是由 王志伟 谷孝东 李祥 代江文 刘康 曹葵康 周明 蔡雄飞 于 2021-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种口径可调的落射光源及影像测量仪,属于机器视觉测量领域,落射光源包括开合传动组件、驱动组件和灯板组,每个灯板组包括在同一上水平面上布置的多个独立灯板,灯板组与开合传动组件连接,并在驱动组件的驱动下远离或靠近光源中心,实现光源口径的大小调节。本申请整体采用大口径镜头的影像测量仪,光源口径可调,使用小倍率镜头时,光源口径变大,灯板之间不漏空,不遮挡视野,保证全视野均匀照明；当使用大倍率镜头时,光源口径变小,灯板之间有重叠,以小角度入射被测件,满足大倍率镜头的特征提取需求。(The invention provides an aperture-adjustable epi-illumination source and an image measuring instrument, belonging to the field of machine vision measurement. The image measuring instrument integrally adopts the large-aperture lens, the aperture of the light source is adjustable, when the small-magnification lens is used, the aperture of the light source is enlarged, no air leakage exists between lamp panels, the visual field is not blocked, and the uniform illumination of the full visual field is ensured; when the large-magnification lens is used, the aperture of the light source is reduced, the lamp panels are overlapped, the light is incident to the measured piece at a small angle, and the requirement for extracting the characteristics of the large-magnification lens is met.)
技术领域
本发明属于用于影像测量仪的机器视觉光源技术，具体地涉及一种口径可调的落射光源及影像测量仪。
背景技术
影像测量仪是利用机器视觉技术对被测件的尺寸与形位公差进行测量的设备，广泛应用于电子、半导体、智能手机、传感器、汽车等精密制造业。在机械加工过程中，零部件的几何尺寸测量是不可或缺的重要环节。影像测量仪是广泛应用的几何尺寸测量设备，被测件放置在工作台上，利用影像系统对被测尺寸特征进行聚焦拍照，经图像处理完成几何尺寸的测量。采用大口径远心镜头的影像测量仪具有视野大效率高的优势，在实际生产中获得了广泛应用。这类影像测量仪，通常具有大小多个倍率和一个环形落射光源。参见图12，被测产品1’表面通常具有一定的粗糙度，落射源的入射光线2’倾斜入射被测产品1’表面，在被测产品表面法线3’另一侧发生漫反射，漫反射光强分布为椭球型、即漫反射光强矢量椭球5’，且沿正反射光4’方向能量最大。因而，对远心光学系统而言，希望前镜组6’下方的落射光入射角度尽量小，以保证更多的反射光进入光学系统。但由于落射光源口径大于等于镜头口径，光线入射角度过大，从被测物反射的光线很少进入光学系统，不利于大倍率下的工件特征的提取。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种口径可调的落射光源及影像测量仪，当使用小倍率镜头时，光源口径变大，不遮挡视野；当使用大倍率镜头时，光源口径变小，以小角度入射被测件，满足大倍率镜头的特征提取需求。
一种口径可调的落射光源，落射光源包括开合传动组件、驱动组件和灯板组，每个灯板组包括多个独立灯板，所述灯板组与开合传动组件连接，并在驱动组件的驱动下远离或靠近光源中心，实现光源口径的大小调节。
进一步的，所述开合传动组件包括齿条、导槽、安装板、从动齿轮和齿圈，所述齿圈水平设置且下端面与环形的所述安装板的上板面固定连接，多个所述齿条和导槽滑动套接的设置在独立灯板与安装板之间并沿齿圈的径向布置，每个齿条的底面与对应独立灯板的背面固定连接，每个导槽的上表面与所述安装板的下板面固定连接；多个从动齿轮的齿面上段与齿圈啮合，同时每个从动齿轮的齿面下段与对应的齿条啮合。
进一步的，灯板组包括至少上下布置的两层，下层的灯板组对应齿条的厚度比上层的灯板组对应齿条的厚度大，以使得灯板组上下分离。
进一步的，灯板组包括至少上下布置的两层，下层的灯板组对应的齿条下方还设置一个灯板转接块，以使得灯板组上下分离。
进一步的，不同层的灯板组上的独立灯板交错设置。
进一步的，所述驱动组件包括驱动齿轮和电机，所述驱动齿轮与齿圈啮合，在所述电机和驱动齿轮的驱动下，齿条在所述导槽内滑动，从而使得多个所述独立灯板同时靠近或远离齿圈的中心，实现光源口径的调节。
进一步的，上层的独立灯板上的灯珠角度大于下层的独立灯板上的灯珠角度。
进一步的，同一灯板组上的多个独立灯板呈环形阵列间隔布置、菱形间隔布置或正多边形间隔布置，独立灯板的板面呈扇形、梯形或三角形。
进一步的，同一独立灯板上的灯珠朝向光源中心的角度设置相同或不同，每个灯珠固定设置和/或活动设置。
本发明还提供了一种影像测量仪，影像测量仪包括前述的落射光源、多光路镜相组件和承载待测件的工作台。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：整体采用大口径镜头的影像测量仪，光源口径可调，使用小倍率镜头时，光源口径变大，灯板之间不漏空，不遮挡视野，保证全视野均匀照明；当使用大倍率镜头时，光源口径变小，灯板之间有重叠，以小角度入射被测件，满足大倍率镜头的特征提取需求。
附图说明
图1为采用扇形独立灯板的落射光源示意图；
图2为图1的俯视示意图；
图3为图1的落射光源呈大口径状态的示意图；
图4为图1的落射光源呈小口径状态的示意图；
图5为扇形独立灯板的示意图；
图6为采用梯形独立灯板的落射光源示意图；
图7为图6的落射光源呈小口径状态的仰视图；
图8为图6的落射光源呈大口径状态的示意图；
图9为扇形独立灯板的示意图；
图10为带有固定灯珠和可调灯珠的扇形独立灯板的示意图；
图11为影像测量仪的示意图；
图12现有测量仪中入射光和反射光的原理示意图。
图中：
100、落射光源；
1、独立灯板；11、灯板体；12、灯珠；121、固定灯珠；122、可调灯珠；
2、齿条；
3、导槽；
4、安装板；
5、从动齿轮；
6、齿圈；
7、驱动齿轮；
8、电机；
9、灯板转接块；
200、多光路镜相组件；21、前镜组；22、分光镜；23、第一光路后镜组；24、第一光路相机；25、第二光路后镜组；26、第二光路相机；
300、工作台。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
落射光源
一种口径可调的落射光源，参见图1-图10，落射光源100包括开合传动组件、驱动组件和灯板组。
每个灯板组包括在同一上水平面上布置的多个独立灯板1，且不同灯板组上的灯珠朝向光源中心的角度设置不同，也可以相同角度设置。所述灯板组与开合传动组件连接，并在驱动组件的驱动下远离或靠近光源中心，实现光源口径的大小调节。
灯板组可以设置一层（图未示），也可以设置上下多层，优选为两层。以下描述以两层为例。
进一步的，上层的独立灯板1上的灯珠角度大于下层的独立灯板上的灯珠角度。
其中，同一灯板组上的多个独立灯板1呈环形阵列间隔布置（图1-图5）或多边形间隔布置，参见图6-图10，采用正多边形布置。
独立灯板1的板面呈扇形（图3-图5）、梯形（图6-图10）或三角形等，当然也可以包括其他便于开合的形状。
参见图1的落射光源100，多个所述独立灯板1分为上灯板组和下灯板组，上灯板组的所有独立灯板1环形阵列的设置在同一上水平面上，下灯板组的所有独立灯板1环形阵列的设置在同一下水平面上。
独立灯板1包括灯板体11和灯珠12，其中，同一独立灯板1上的灯珠12的安装角度可以相同也可以不同朝向，可以设置多环或多排灯珠12。
灯珠12固定设置也可以活动可调，固定灯珠121固连在灯板体11上，参见图5和图9，其角度靠灯板体11本身对应灯珠安装座处的角度决定，每个灯珠12的安装角度都一致也可以独立设置呈逐渐变化。活动的可调灯珠122可独立设置也可成组设置，参见图10，相关技术如DMD数字微反射镜，采用微机电控制，此处不再赘述。
进一步的，独立灯板1的中间区域灯珠角度小，两侧区域角度大。
其中，前述的灯珠12的灯珠角度或安装角度，灯珠朝向与镜头光轴的夹角。
其中，所述开合传动组件包括齿条2、导槽3、安装板4、从动齿轮5和齿圈6，所述齿圈6水平设置且下端面与环形的所述安装板4的上板面固定连接，多个所述齿条2和导槽3滑动套接的设置在独立灯板1与安装板4之间并沿齿圈6的径向布置，每个齿条2的底面与对应独立灯板1的背面固定连接，每个导槽3的上表面与所述安装板4的下板面固定连接；多个从动齿轮5的齿面上段与齿圈6啮合，同时每个从动齿轮5的齿面下段与对应的齿条2啮合。
一个示例中，下层的灯板组对应齿条2的厚度比上层的灯板组对应齿条2的厚度大，以使得灯板组上下分离。
可替换的，齿条2厚度都一致，不同的是，下层的灯板组对应的齿条2下方还设置一个灯板转接块9，同样达到使得灯板组上下分离的效果。
进一步的，不同层的灯板组上的独立灯板1交错设置。
其中，所述驱动组件包括驱动齿轮7和电机8，所述驱动齿轮7与齿圈6啮合，在所述电机8和驱动齿轮7的驱动下，齿条2在所述导槽3内滑动，从而使得多个所述独立灯板1同时靠近或远离齿圈6的中心，实现光源口径的调节。
光源口径调控原理：
多个独立灯板1的每个灯板背面安装齿条2，齿条2与从动齿轮5啮合，齿条2安装在导槽3内。从动齿轮5的转轴（未画出）、导槽3固定于安装板4上。从动齿轮5与齿圈6啮合，齿圈6与驱动齿轮7啮合，驱动齿轮7与电机8连接。电机8与安装板4固定于光源壳体（图未示）之上。导槽3沿齿圈6周向均匀分布，齿条2的移动方向指向齿圈6的回转中心。电机8转动时，驱动齿圈6回转，带动从动齿轮5转动，使齿条2沿导槽3前后移动，从而独立灯板1向齿条6的回转中心靠近或远离，即连接独立灯板1的齿条2在所述导槽3内滑动，从而使得多个所述独立灯板1同时靠近或远离齿圈6的中心，以此实现光源口径的调节。
设计特点：独立灯板1上下交错布置，小口径时，参见图4和图7，独立灯板1之间有重叠；大口径时，参见图2、图3和图8，独立灯板1之间不漏空，保证全视野均匀照明。
影像测量仪
一种影像测量仪，参见图11，包括前述的落射光源100、多光路镜相组件200和承载待测件的工作台300。
多光路镜相组件200以双倍率的双光路镜像组件为例，多光路镜相组件200包括前镜组21、分光镜22、第一光路后镜组23、第一光路相机24、第二光路后镜组25和第二光路相机26，其构造原理不在赘述。
一个具体示例中，双倍率远心镜头口径150mm，工作距离200mm，第一光路放大倍率0.11X，视野Φ140mm，第二光路放大倍率0.4倍，视野Φ40mm。落射光源的独立灯板1设置为6块，每块呈扇形或梯形结构，相邻独立灯板1分上下两层、交错布局。在小口径状态，上层的独立灯板1的两侧翼灯珠12被下层独立灯板1遮挡，不起作用。在大口径状态，上层的独立灯板1两侧翼灯珠露出，补足下层的独立灯板1外移产生的间隙，保证视场内均匀照明。独立灯板1上设置3环灯珠12，下层的独立灯板1上的灯珠角度为8°~12°，上层的独立灯板上的灯珠角度18°~22°。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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