用于光學測量的設備及相關方法技術

一種用于光學測量可選地光滑的目標對象(106，206)的表面(例如，表面形狀和/或相關的表面缺陷)的設置(101，201)，包括：限定空心的優選彎曲的表面形狀的漫射半透明照明結構(102，202，302)，被配置為至少部分地優選至少大致半球狀地包圍所述目標對象，所述表面進一步具有至少兩個優選地大致針孔狀并且可選地具有透鏡的光圈(212)；若干光源(208)，光學耦合至該漫射照明結構，用于通過所述照明結構的表面照亮目標對象；至少兩個成像裝置(104，204)，每個成像裝置被配置為通過所述至少兩個光圈中的一個光圈對目標對象成像；以及控制實體(210)，被配置為指示所述若干光源形成通過所述照明結構的表面照亮目標對象的一系列預定的照明圖案(即，在目標對象上投射的圖像的視頻序列)，指示所述至少兩個成像裝置獲得目標對象的相對于每個照明圖像的圖像，并且通過利用所利用的所述圖形以及所獲得的圖像，獲得目標對象的預定的與表面相關的性能。還提出了一種相應的測量方法。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
大體上，本專利技術涉及光學器件。尤其地，但并非排它地，本專利技術涉及用于確定目標對象的地形的光學測量。
技術介紹
已經證實，在很多情況下，難以測量與各種對象相關的高曲率表面的地形。傳統的光學方法限于平面。對于小型平面，例如，可使用干涉儀，但是干涉儀昂貴、速度慢并且提供的精度不可接受。包括與目標對象進行物理接觸的不同方法通常冗長，提供較差的水平分辨率，甚至在進行分析時劃傷或損壞可能精致的表面。根據通常使用的逐點掃描方法，這種缺點相當容易理解。替換的基于機器視覺的設置也運行不太好，尤其是對于光滑的表面。至少可以說，實際上通常需要高曲率的光滑對象的形狀測量。目前，例如，在明亮的照明中使用外觀檢查，手動進行光滑的對象的質量控制。這種檢查的結果高度取決于特定的負責檢查人員的專業知識，并且還隨著時間和制造工藝本身變化。使用人工檢查，僅僅可獲得相當模糊的定性結果；更具有特征地，或者至少更確切地說，表示缺陷或3d形狀的數值實際上依然是秘密。然而，很多光滑的產品被視為高質量或‘高端’產品，因此，在其制造期間或者緊接在制造之后，應優選地識別甚至很小的缺陷。跟蹤光滑表面的一種光學方法是基于使用平板數字顯示器(例如，TFT顯示器)和照相機。顯示器可被設置為顯示條紋圖案，并且照相機可觀察通過測試表面反射的圖案。然后，關于在原始和反射版本之間的圖案的相變的分析可相當精確地并且在總體的執行時間顯示表面的斜率，但是對象的最大適用曲率相當有限，即，為了獲得適當精度的綜合分析結果，對象依然應當比較平坦。
技術實現思路
目標在于，至少緩解一個或多個上述問題并且提供一種用于測量可選地具有光滑表面的目標對象的形狀的設備和相關方法。該目的通過用于光學測量可選地光滑目標對象的表面(例如，表面形狀和/或表面缺陷)的設備的不同實施方式實現，該設備包括:漫射半透明照明結構，限定空心(優選地，彎曲的)表面形狀，被配置為至少部分包圍所述目標對象，優選地至少大致半球狀地包圍所述目標對象，所述表面進一步配備有至少兩個優選大致針孔狀并且可選地具有透鏡的光圈，多個光源，光學耦合至所述照明結構，用于通過所述照明結構的表面照亮目標對象，至少兩個成像裝置，每個成像裝置被配置為通過該至少兩個光圈中的一個光圈對目標對象成像，以及控制實體，被配置為指示所述多個光源在照明結構的表面上形成預定照明圖案的圖像序列，以便使用通過所述表面投射的圖案照亮目標對象，指示至少兩個成像裝置獲得目標對象的相對于每個照明模式的圖像，并且通過利用所利用的所述圖像以及所獲得的圖像，獲得目標對象的預定表面相關性能。在一個實施方式中，該設備(尤其是例如控制實體)可被配置為應用多個圖像的圖像數據，通過確定包括兩個成像裝置中的每一個的成像元素的成像元素(例如，像素)對，來確定目標對象的表面元素的位置和/或方向，其中，鑒于所述照明結構的兩個發射光表面位置以及從目標對象的表面元素反射的相關光線，所述表面元素相對于這兩個成像元件成鏡像角(mirroring angle)。因此，該設置可被配置為基于所發現的鏡像角來推斷表面元素的實際方向。可選地，該設置可進一步被配置為基于所述成像元件對以及關于所述兩個成像裝置之間的不同成像元素的關系的校準信息，確定目標對象的表面元件的位置，所述信息優選地指示關于在成像裝置的成像元件之間的潛在光線交叉點(例如，交叉位置)的知識。在另一個補充或替換的實施方式中，該設置被配置為基于所獲得的多個圖像的圖像數據，為第一成像裝置的第一成像元素(例如，像素)確定所述照明結構的匹配的第一發射光表面位置，所述第一光傳輸表面位置通過目標對象的實際的鏡像表面(mirroring surface,鏡面)元件將光提供給第一成像元件，利用所述第一成像元件和所述照明結構的相關的第一光圈，確定第一線路，第一線路限定了多個潛在的表面元素，每個潛在的表面元素具有確定的(certain，某個)方向并且相對于所述第一表面位置和所述第一成像元素成鏡像角，所述多個潛在的表面元素還包含所述實際的鏡像表面元素，基于所獲得的多個圖像的圖像數據，通過照明結構的匹配的第二發射光表面位置，確定第二成像裝置的第二成像元件(例如，像素)，其中，所述第二圖像元件和照明結構的相關的第二光圈限定第二線路，所述第二線路與所述第一線路在所述多個潛在的表面元件中的一個潛在的表面元素有成交叉點，第二線路還相對于所述第二表面位置和所述第二成像元素成鏡像角，因此，所述多個潛在的表面元素中的所述一個表示包括其方向的所述實際的鏡像表面元素，以及利用與所述設備有關的成像裝置的第一成像元件、第二成像元件以及相關的相互校準信息，確定所述實際的鏡像表面元件的位置。可選地，該設備可被配置為通過所述元素的表面法線的表示來模制和/或指示包括所述實際的鏡像表面元件的潛在的表面元件的方向。在進一步的補充或替換的實施方式中，至少一個成像裝置包括照相機，該照相機優選地包括光敏輻射傳感器表面或傳感器矩陣。例如，可利用基于CMOS(互補金屬氧化物半導體)或CCD (電荷耦合裝置)技術的解決方案。可使用特定的場景，確定測量波長，并且可相應地選擇適用的光源/成像機構(gear，齒輪)。在又一個補充或替換的實施方式中，至少一個光源已經在物理上連接至照明結構，與該照明結構可選地集成。可選地，至少一個光源已經至少部分嵌入照明結構內。適當的模制技術(例如，注射成型)可用于該目的。照明結構可配備有多個預定義的表面形式，例如，用于容納所述至少一個光源的至少一部分的槽。在又一個補充或替換的實施方式中，至少一個光源包括LED (發光二極管)，例如，LED芯片或LED封裝。或者/此外，至少一個光源可包括投影儀裝置，例如，所謂的數據投影儀裝置或幻燈片投影裝置。在進一步的補充或替換的實施方式中，照明結構單獨地或者與用于目標對象的載體表面一起大致限定從由球形、圓頂形、半球形、圓錐形、截錐形以及圓柱形構成的組中選擇的至少一個形狀。在進一步的補充或替換的實施方式中，至少一個光源通過驅動電壓或電流控制、脈沖寬度控制或脈沖密度調制控制來控制。在進一步的補充或替換的實施方式中，照明結構的材料包括塑料或玻璃材料。在進一步的補充或替換的實施方式中，該設備被配置為確定目標對象的至少一個與表面相關的性能，所述至少一個與表面相關的性能選自由在經測量的表面性能中(例如，在表面方向或表面法線方向)的斷裂、表面方向、表面形狀、表面尺寸以及目標對象的尺寸、大小或體積或其一部分。例如，這種性能(例如，斷裂)可指示表面缺陷。在進一步的補充或替換的實施方式中，該設置被配置為應用至少一個照明圖案(圖像)，該照明圖案包括線性強度斜坡或正弦圖案，例如，具有正弦改變的強度的正弦條紋圖案。形成在照明結構上的模式圖案優選地具有周期性并且包含多個周期，周期的總數量可選地在從大約十個到大約一百個周期的范圍內。在進一步的補充或替換的實施方式中，該設備被配置為應用由至少四個(優選地至少六個)照明圖案的序列，以至少獲得相應數量的圖像，用于確定期望的表面性能。在進一步的補充或替換的實施方式中，至少一個成像裝置與照明結構集成一體，例如，可選地與其活動地連接。例如，該集成可促使在實際測量之前采取所需要的校準措施。另一方面，一種用于光學測量目標對象的測量的方法，包本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于光學測量可選的光滑目標對象(106，206)的表面的設備(101，201，601)，測量例如表面形狀和/或相關的表面缺陷，所述設備包括：漫射半透明照明結構(102，202，302)，其限定空心表面形狀，優選彎曲表面形狀，所述漫射半透明照明結構被配置為至少部分包圍所述目標對象，優選地至少大致半球狀地包圍所述目標對象，所述表面進一步配備有優選大致針孔狀并且可選地配備有透鏡的至少兩個光圈(212，712)，若干光源(208)，光學耦合至所述照明結構，用于通過所述照明結構的所述表面照亮所述目標對象，至少兩個成像裝置(104，204)，均被配置為通過所述至少兩個光圈中的一個光圈對所述目標對象成像，以及控制實體(210)，被配置為指示所述若干光源在所述照明結構的所述表面上形成預定的照明圖案的圖像序列，以便使用通過所述表面投射的所述圖案照亮所述目標對象，指示所述至少兩個成像裝置獲得所述目標對象的相對于每個照明圖案的圖像，并且通過利用所利用的所述圖案以及所獲得的圖像，獲得所述目標對象的預定的與表面相關的性能。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2012.01.05 FI 201250141.一種用于光學測量可選的光滑目標對象(106,206)的表面的設備(101,201,601),測量例如表面形狀和/或相關的表面缺陷，所述設備包括: 漫射半透明照明結構(102，202，302)，其限定空心表面形狀，優選彎曲表面形狀，所述漫射半透明照明結構被配置為至少部分包圍所述目標對象，優選地至少大致半球狀地包圍所述目標對象，所述表面進一步配備有優選大致針孔狀并且可選地配備有透鏡的至少兩個光圈(212，712)， 若干光源(208)，光學耦合至所述照明結構，用于通過所述照明結構的所述表面照亮所述目標對象， 至少兩個成像裝置(104,204),均被配置為通過所述至少兩個光圈中的一個光圈對所述目標對象成像，以及 控制實體(210)，被配置為指示所述若干光源在所述照明結構的所述表面上形成預定的照明圖案的圖像序列，以便使用通過所述表面投射的所述圖案照亮所述目標對象，指示所述至少兩個成像裝置獲得所述目標對象的相對于每個照明圖案的圖像，并且通過利用所利用的所述圖案以及所獲得的圖像，獲得所述目標對象的預定的與表面相關的性能。2.根據權利要求1所述的設備，被配置為應用多個圖像的圖像數據，通過確定包括兩個成像裝置(104，204)中的每一個的成像元素的成像元素對(404，405)，確定所述目標對象的表面元素(406)的位置和/或方向，其中所述成像元素對例如為像素對，其中，鑒于所述照明結構的兩個發射光表面位置(408，409)以及從目標對象的表面元素反射的相關光線，所述表面元素相對于這兩個成像元素成鏡像角。3.根據權利要求2所 述的設備，被配置為基于在所述成像元素對確定期間發現的所述鏡像角來確定所述表面兀素(406)的方向(406a)。4.根據權利要求2或3所述的設備，被配置為基于所述成像元素對和關于所述兩個成像裝置之間的不同成像元素的關系的校準信息，確定所述目標對象的所述表面元素(406)的位置，所述信息優選地指示關于所述成像裝置的所述成像元素之間的諸如交叉位置的潛在光線交叉點的知識，任選地指示關于交叉點與如同所述成像裝置的多個參考點相距的距離的知識。5.根據前述權利要求中任一項所述的設備，被配置為 基于所獲得的多個圖像的圖像數據，為第一成像裝置的諸如像素的第一成像元素(404)確定所述照明結構的匹配的第一發射光表面位置(408),所述匹配的第一發射光表面位置通過所述目標對象的實際的鏡像表面元素(406)將光提供給所述第一成像元素， 通過利用所述第一成像元素和所述照明結構的相關的第一光圈確定第一線路(410)，所述第一線路限定多個潛在的表面元素，每個所述潛在的表面元素具有確定的方向(406a)并且相對于所述第一表面位置和所述第一成像元素成鏡像角，所述多個潛在的表面元素還包含所述實際的鏡像表面元素(406)， 基于所獲得的多個圖像的圖像數據，通過所述照明結構的匹配的第二發射光表面位置(409)，確定第二成像裝置的諸如像素的第二成像元素(405)，其中，所述第二成像元素和所述照明結構的相關的第二光圈限定第二線路，所述第二線路與所述第一線路在所述多個潛在的表面元素中的一個潛在的表面元素有交叉點，所述第二線路還相對于所述第二表面位置和所述第二成像元素成鏡像角，因此，所述多個潛在的表面元件中的所述一個潛在的表面元素表示包括其方向的所述實際的鏡像表面元素，以及 利用與所述設備有關的所述成像裝置的所述第一成像元素、第二成像元素以及相關的相互校準信息，確定所述實際的鏡像表面元素(406)的位置。6.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其中，至少一個成像裝置包括諸如基于CMOS (互補金屬氧化物半導體)或CCD(電荷耦合裝置)技術的照相機的照相機。7.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其中，至少一個光源包括LED(發光二極管)芯片、LED封裝或諸如OLED (有機LED)的其他基于LED的或與LED相關的光源。8.根據前述權利要求中...

【專利技術屬性】
技術研發人員：海莫·凱雷寧，彼得里·萊赫托寧，
申請(專利權)人：合歐米成像公司，
類型：發明
國別省市：芬蘭;FI