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工业内窥镜的后端与CCD摄像机

更新时间:2019-11-19 18:10:58
为解决制动总泵补偿孔的成像问题,设计了一种远心内窥镜成像光学系统。
在设计中,利用工业内窥镜扩大成像系统的视距。
工业内窥镜的后端与CCD摄像机相连,通过前后移动内窥镜获得补偿孔的图像信息。
由于内窥镜的成像光路是将图像远心光路和目标远心光路结合起来设计的,因此该系统可以解决制动总泵补偿孔图像虚焦引起的检测误差。
提高了系统的检测精度。
1简介。
随着汽车工业的快速发展,对汽车零部件的精度要求越来越高。
目前,汽车制动总泵补偿孔的测量通常采用机械测量和三坐标测量[1]。
两种方法都是接触测量。
测量时,要接触工件的内表面,这通常会导致内表面产生一定程度的磨损。
而且操作过程不适合工件的现场检测,测量精度不高。
国内某公司研制的CCD电视摄像系统是一种非接触式测量系统。
该系统可以采集图像信息进行存储和处理。
光学摄像系统越来越庞大。
它不能定量测量,只能定性观察。
在某些系统中,瞄准孔传感器使用电容,传感器探头与相邻孔的中心对准进行测量。
该方法可以测量两个微孔之间的相邻孔壁,但盲孔的测量误差较大。
随着光学系统的发展,内窥镜光路的应用已经非常广泛[2],技术也相对成熟。
本文提出了一种将远心内窥镜与CCD摄像技术相结合的方法,使制动总泵补偿孔的位置、尺寸和形状的检测更加容易,提高了检测精度。
(2)测量原理。
内窥镜的形状如图1所示。
内窥镜光学成像系统安装在内窥镜安装座上,由直线上的导向螺钉驱动。
它由CCD摄像机和内窥镜光学系统组成。
内窥镜光学系统由成像系统和照明系统组成。
图1是内窥镜的形状图。
内窥镜光学成像系统由物镜和图像旋转系统组成。
物镜采集图像信息,90°观察棱镜完成光转换。
光源为led环形光源。
为保证光线均匀,不影响成像效果,制动总泵外采用卤素灯,并置于积分球内,保证孔外光线均匀分布。
具体实现方法如下:将芯片LED光源粘贴在圆形小电路板上,然后将电路板粘贴在安装在内窥镜框架侧孔上的五棱镜上。
光投射在待测内孔表面,由旋转的透射机构驱动,被测孔的图像通过90°棱镜转换成内窥镜图像的远心光路。
光学轮廓包含测量的参数信息。
然后,利用CCD摄像系统在敏感面上成像光学轮廓,通过图像采集卡采集并发送到计算机,然后通过图像处理提取特征轮廓。
物镜的成像质量对内窥镜成像有很大影响。
该系统的目的是校正轴上的像差和离轴点的像差,以获得清晰逼真的图像。

图2是光学成像系统的示意框图。

3.1内窥镜的应用设计。
在设计中,采用工业内窥镜扩大成像系统的视距。工业内窥镜的后端与CCD摄像机相连,通过内窥镜的前后运动来获取补偿孔的图像信息。
由于制动主缸补偿孔的检测是在主缸总线的直线方向上进行的,需要自动控制内窥镜的水平运动,所以采用刚性内窥镜,其结构如图3所示。
硬内窥镜主要利用安装在金属直套内的透镜组来传输检测过程中捕获的补偿孔图像。
前端还配备了芯片LED电路板用于照明。
为了方便扩大或改变检测角度,可以根据需要更换和改进硬内窥镜的检测透镜。
内窥镜成像系统由物镜和旋转成像系统组成,光线的偏转由一个视角为90°的五边形透镜实现,如图4所示。
传统成像光学系统的垂直放大率与物镜的像距直接相关,也就是说,在传统成像光学系统之后,不同物距的物体放大率是不同的[3]。
垂直放大率β是图像大小与物体大小的比值,即,
如图6所示,物体AB由传统光学系统L成像。
因为ΔABO与Δa'B'o相似,所以:
物镜远中心光路系统由L1和L2物镜组成。
L1的图像焦点与L2的目标焦点完全一致。
如图7所示,孔径P设置在两个物镜的公共焦点F上。
此时,光阑也是物镜L1的出射光瞳。
由物镜L1发射的每束光的主光通过光圈中心的图像焦点,而物镜的主光是平行的,光圈也是物镜的入射光瞳L2。
进入物镜L2的光束的主光线经过物镜中心的孔中心,并且主光与物镜L2的图像方的光轴平行。
物体B在CCD中通过两条远心光路成像。
由于入射光和出射光平行于光轴,放大率是光学系统固有的放大倍数,并且与工作距离无关。
根据CCD相机的范围和性能[4],单次检测可以获得更完整的图像信息。
对于大型零件的检测,它可以将图像采集中的误差降到最小。
根据其成像颜色,可分为彩色和黑白两种。
黑白CCD主要用于光线不足、夜间无法安装照明的区域。
由于系统采用圆形无影LED光源,因此彩色CCD的选择有助于观察被测物体的表面细节。
由于CCD摄像系统是通过内窥镜系统移动到制动总泵的深腔中的,所以需要小巧方便。
根据参数精度要求,选用宁波明士数码科技有限公司生产的hx-016-DH1CCD相机模块。
其图像模块采用特殊工艺焊接而成,主要用于医疗、工业电子内窥镜、自动化设备视觉控制系统等精密小系统的图像采集。
它由图像控制器(CCU)、专用电缆、图像传感器等组成。​

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