無

背景技術(shù)：

對于類似于印刷電路板和硅晶片的平坦部件，光學(xué)檢測系統(tǒng)在三軸配置中良好地運(yùn)行。X和Y軸用于相對于相機(jī)或傳感器定位工件，而Z軸提供焦點(diǎn)。用于光學(xué)檢測系統(tǒng)的相機(jī)需要直接對準(zhǔn)待檢測的特征或視差成像失真將引起測量誤差。對于類似于醫(yī)用內(nèi)支架或機(jī)械加工活塞的一般圓柱形工件，將部件安裝在旋轉(zhuǎn)或第四軸上可在部件的任何區(qū)域的視圖上為相機(jī)提供直線。然而，當(dāng)部件具有復(fù)雜輪廓(例如，類似于子彈)時(shí)，在表面上的每個(gè)點(diǎn)處獲得高分辨率圖像同時(shí)垂直于面片對準(zhǔn)相機(jī)需要五軸運(yùn)動(dòng)光學(xué)檢測系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

用于光學(xué)檢測的傳統(tǒng)五軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)具有使所述系統(tǒng)不夠理想的缺點(diǎn)。一種方法具有安裝在轉(zhuǎn)臺上的檢測中部件，隨后此轉(zhuǎn)臺安裝在第二轉(zhuǎn)臺上以獲得第五或傾斜軸。缺點(diǎn)是傾斜旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的質(zhì)量顯著高于僅所述部件的質(zhì)量。這樣會使檢測操作比四軸檢測系統(tǒng)的檢測操作慢。這樣還使照明光學(xué)檢測的部件更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)殡p旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量目前可能會阻礙照明組件的便利放置。這種類型的五軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)由美國紐約羅契斯特市的光學(xué)測量產(chǎn)品公司(Optical Gauging Products)和德國吉森的Werth Messtechnik制造。

第五傾斜軸的替代方法是將檢測系統(tǒng)的相機(jī)和透鏡組件安裝在旋轉(zhuǎn)級上，進(jìn)而附接到Z軸。此方法的一個(gè)缺點(diǎn)是將增加的質(zhì)量添加到現(xiàn)有級軸中的一個(gè)級軸上。另一缺點(diǎn)是從物體到相機(jī)處的圖像的光學(xué)軌道的長度必須由系統(tǒng)的級行進(jìn)調(diào)節(jié)。這可能顯著增加系統(tǒng)的大小和成本。

本文所揭示的目標(biāo)是提供一種用于產(chǎn)生高速部件的高分辨率圖像的系統(tǒng)，所述部件具有復(fù)雜輪廓且具有最小級行進(jìn)和整個(gè)系統(tǒng)大小。另一目標(biāo)是使用輪廓照明和表面照明兩者提供對檢測中物體的均勻照明。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，通過有效地收集檢測中部件的圖像的檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所述目標(biāo)。此檢測系統(tǒng)包含(a)三軸線性運(yùn)動(dòng)級；(b)旋轉(zhuǎn)第四軸級，其經(jīng)配置以固持和旋轉(zhuǎn)待檢測的物體。此旋轉(zhuǎn)第四軸級安裝在三軸線性級上；(c)第五軸相機(jī)和光學(xué)系統(tǒng)，其安裝到三軸線性運(yùn)動(dòng)級的軸中的一個(gè)軸上。此第五軸相機(jī)具有基本上平行于線性運(yùn)動(dòng)的軸的光軸；(d)45°鏡，其經(jīng)配置以將第五軸相機(jī)的光軸彎曲90°以指向物體；以及(e)電動(dòng)機(jī)，其經(jīng)配置以使鏡子旋轉(zhuǎn)一系列角度以獲得觀察定向的第五軸。在優(yōu)選實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)還使透鏡和相機(jī)與鏡子一起旋轉(zhuǎn)。

附圖說明

圖1示意性地說明根據(jù)本文所揭示的實(shí)施例的第五軸觀察器。

圖2示意性地說明包含圖1的第五軸觀察器的五軸檢測系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

參考圖2，本文中描述的系統(tǒng)包含運(yùn)動(dòng)級10的常規(guī)三條正交軸X、Y、Z。如從四軸檢測系統(tǒng)中已知，引入第四軸，所述第四軸由安裝在X或Y級軸上的具有部件7的電動(dòng)機(jī)11驅(qū)動(dòng)。四軸系統(tǒng)揭示于弗雷菲爾德(Freifeld)的標(biāo)題為“血管支架檢測系統(tǒng)(Stent Inspection System)”的第8,811,691號美國專利中。

本發(fā)明實(shí)施例的關(guān)鍵特征是將用于通常安裝在傳統(tǒng)機(jī)器上的觀察部件7特征的透鏡和相機(jī)1的光軸位于Z軸18上，其中光軸基本上平行于Z軸18。現(xiàn)在參考圖1，隨后利用受計(jì)算機(jī)數(shù)值控制的直角反射器15以將傳統(tǒng)地面向下的光軸16彎曲90°，并且利用電動(dòng)機(jī)3來驅(qū)動(dòng)此直角分束器立方體6以向外指向部件7。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)3的第五軸使整個(gè)相機(jī)1、透鏡4和直角反射器15都圍繞主光軸16旋轉(zhuǎn)。此方法的直接優(yōu)點(diǎn)是：反射器15的質(zhì)量且任選地，透鏡4和相機(jī)1的質(zhì)量圍繞其自身的質(zhì)量中心旋轉(zhuǎn)，由此將慣性矩保持最小值并且將在系統(tǒng)級布局中獲取的空間也保持最小值。這允許具有快速機(jī)械校正時(shí)間的高速運(yùn)動(dòng)。只要具有直徑足夠大中空軸19的電動(dòng)機(jī)3在不提供漸暈的情況下允許傳播系統(tǒng)的完整光學(xué)路徑，就可以通過將光軸16配置在中心以及第五軸電動(dòng)機(jī)3內(nèi)而以機(jī)械方式最小化此第五軸配置的整個(gè)封裝大小。如果透鏡4是遠(yuǎn)心透鏡，那么將光學(xué)系統(tǒng)良好地安置用于測量應(yīng)用。

通過使用立方體分束器6來提供光軸16的90°重定向，可以將照明引入到穿過分束器6的部件，其中直角反射器15是部分反射鏡。經(jīng)由光源5引入亮場照明與傳統(tǒng)白光照明或通過物鏡表面照明相比具有優(yōu)勢。首先，這簡化了光學(xué)配置。在更傳統(tǒng)的配置中，分束器立方體必須放置于第一透鏡物鏡與相機(jī)中繼鏡之間的準(zhǔn)直空間中。這樣會增加光學(xué)系統(tǒng)的大小和復(fù)雜性并且往往會將雜散照明引入到相機(jī)中，從而軟化圖像。此外，主物鏡下方的分束器立方體處引入的照明可以覆蓋更廣泛角度的照明，因?yàn)樗稣彰魇苡赏哥R的數(shù)值孔徑界定的覆蓋范圍角度限制。這可以提供受更廣照明的物體，從而提高圖像質(zhì)量。將環(huán)形燈9添加在分束器6前方作為暗場照明源可以提供尤其廣泛的照明覆蓋范圍?；蛘?，如果光不需要從分束器6后方引導(dǎo)到部件上，那么用簡單的鏡子代替更精密的分束器立方體。部分反射鏡的兩側(cè)上的兩個(gè)光源可以單獨(dú)地或同時(shí)地操作以產(chǎn)生較大面積的組合的暗場和亮場照明覆蓋范圍。

返回參考圖2，另一方法是添加大面積相機(jī)13和透鏡12以獲得檢測中部件7的旋轉(zhuǎn)或平面掃描。對于一般旋轉(zhuǎn)對稱的部件，在大面積相機(jī)13是行掃描相機(jī)的情況下尤其有利。對于這些大面積視圖，隨后嚴(yán)格地通過經(jīng)由一系列預(yù)定的受計(jì)算機(jī)數(shù)值控制的移動(dòng)來驅(qū)動(dòng)第五軸而在空間坐標(biāo)中更容易地確定將由第五軸相機(jī)1檢測的特征的位置。當(dāng)檢測不完全剛性(因?yàn)槲幢乜梢曰谠O(shè)計(jì)模型期望特征)的部件時(shí)尤其有用。

圖1示意性地說明第五軸觀察器。相機(jī)1觀察通過導(dǎo)管2、透鏡4以及最終分束器立方體6的物體7。在此實(shí)施例中，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)通過電動(dòng)機(jī)3圍繞光軸16的一部分旋轉(zhuǎn)。觀察器模塊8具有內(nèi)部光源5，所述內(nèi)部光源定位成使得其光線穿過分束器立方體6照射到檢測中物體7上。環(huán)形燈9添加在分束器立方體的前方，使得其光線也射中物體7。

圖2示意性地說明五軸檢測系統(tǒng)的完整視圖，所述五軸檢測系統(tǒng)包含直角第五軸觀察器8，所述直角第五軸觀察器由旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)3驅(qū)動(dòng)以由相機(jī)1在任何角定向上捕獲物體7的圖像檢測中部件7安裝在旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)級11(即，系統(tǒng)的第四軸)上，進(jìn)而安裝到三軸線性定位級10。所述系統(tǒng)還包含透鏡12，所述透鏡具有5mm或更長的擴(kuò)展聚焦深度，用于使用行掃描相機(jī)13獲取部件7的平面或旋轉(zhuǎn)大面積圖像。

在實(shí)施例中，檢測系統(tǒng)包含數(shù)碼相機(jī)和界定光軸的透鏡。下方存在部分反射鏡，透鏡使光軸重定向90°以觀察物體。擴(kuò)展區(qū)域光源放置在后方并且經(jīng)配置以引導(dǎo)光線穿過所述部分反射鏡以在所述物體上提供具有廣泛角度的覆蓋范圍的擴(kuò)展亮場照明。檢測系統(tǒng)光源包含發(fā)光二極管并且部分反射鏡是分束器立方體。