CN102169222A - 测径仪上使用的远心成像镜头 - Google Patents
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本发明涉及光学检测仪器设备上的远心成像镜头或称远心成像系统，包括物方远心成像镜头和与之对应的像方远心成像镜头，所述的两镜头之间设置可调光阑以及用于反射光线的转直反射镜，主光线由物方远心成像镜头进入经转直反射镜反射后通过像方远心成像镜头射出；镜头内的主光线就会在转直反射镜处发生反射，主光线将不再是长直的状态，二是呈弯折状态，那么在保证主光线的路径长度，也就是保证镜头的必要尺寸不变的情况下，镜头的外形长度尺寸可以更小，结构更紧凑，便于布置到测径设备中，尤其是适合布置到转盘式测径仪中，提高检测的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及光学检测仪器设备上的远心成像镜头或称远心成像系统。
背景技术
在冶金尤其是钢铁行业中，需要对轧制过程过程中的轧机出口的线棒材进行在线的、即时的直径检测，以便发现线棒材尺寸偏差时能及时调整和控制轧机，保证轧制的成品率。但现有技术中的测径仪是通过沿线棒材周向设置多个光学成像单元，然后将各单元的成像拟合得到检测结果，其原理就要求成像单元尽肯能多，其检测结果才能越准确，但现实是其检测单元的数量毕竟是有限的，所以其检测精度也难以提高，检测结果对轧机控制的指导意义不大，并不能起到提高产品质量的作用。
为了获得清晰的影像，光学成像单元中所使用的远心成像镜头的长度尺寸需要足够长，测径设备整体尺寸大。因为轧钢是在高温、高湿和粉尘很重的环境中进行的，测径设备尺寸太大时，设备的冷却、清洁等等难度也加大，使得设备运行稳定性下降。
发明内容
本发明的目的就是提供一种整体尺寸更小的在测径仪上使用的远心成像镜头。
采用的方案就是：一种测径仪上使用的远心成像镜头，其特征在于：包括物方远心成像镜头和与之对应的像方远心成像镜头，所述的两镜头之间设置可调光阑以及用于反射光线的转直反射镜，主光线由物方远心成像镜头进入经转直反射镜反射后通过像方远心成像镜头射出。
这样的测径仪上使用的远心成像镜头因为有转直镜的存在，那么镜头内的主光线就会在转直反射镜处发生反射，主光线将不再是长直的状态，二是呈弯折状态，那么在保证主光线的路径长度，也就是保证镜头的必要尺寸不变的情况下，镜头的外形长度尺寸可以更小，结构更紧凑，便于布置到测径设备中，尤其是适合布置到转盘式测径仪中，也就是也就是光学成像装置固定在转盘上，转盘与线棒材同轴布置并可转动的测径设备中。检测时，光学成像装置随转盘转动而围绕线棒材运动，并从线棒材径向的不同角获取图像，这样的测径仪因为成像的数量相比固定结构的测径仪可以呈几何级数增长，其检测的准确性显著提高。同时这种远心成像镜头固定到转盘上之后，使得转盘的尺寸没有增大，装置在转盘上可以尽可能集中布置，使转盘整体重心接近转盘中心，便于转盘配重，利于转盘平稳转动，保证测径仪运行的稳定性；而且因为轧钢是在高温、高湿和粉尘很重的环境中进行的，这样整体尺寸小的测径仪也避免了因测径设备整体尺寸增大而造成的冷却、清洁困难，这又进一步提高了测径仪的运行稳定性。利用本发明的远心成像镜头的旋转式测径仪具有优越的技术性能。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的主视图；
图3是图2的俯视图；
图4是图2中的A-A向视图。
具体实施方式
如图1到4所示的一种测径仪上使用的远心成像镜头，包括物方远心成像镜头10和与之对应的像方远心成像镜头20，所述的两镜头之间设置可调光阑30以及用于反射光线的转直反射镜40，主光线由物方远心成像镜头10进入经转直反射镜40反射后通过像方远心成像镜头20射出。只要主光线经过转直反射镜40的反射作用，根据三角形的两边长度之和大于第三边的原理，在镜头光学系统的光轴长度不变的情况下，这样的弯折状光轴所占用的空间尺寸更集中，相应的镜头结构更紧凑。便于布置到测径仪，尤其是旋转式的测径仪中，既便于转盘的配重，同时又减小装置外形尺寸，便于降温和除尘，确保测径仪的工作稳定性。
更好的是：所述的转直反射镜40的镜面的法线与主光线的夹角约45°，也就是尽量为45°。也就是入射主光线与出射主光线的夹角为直角，或者说整个镜头的光轴呈直角弯折。这样整个镜头的尺寸可以最小。
至于物方远心成像镜头10和像方远心成像镜头20、可调光阑30本身可以是多种现有的结构，只要能接收经过待检线棒材的平行光线即可。之所以采用远心成像镜头是因为：其可调光阑30放置在物方远心成像镜头10的像方焦平面上，这样即使物距发生改变，像距也发生改变，但像高并没有发生改变，即测得的物体尺寸不会变化；也就是畸变极小甚至无畸变。同时可调光阑30位于像方远心镜头20的物方焦平面上，使像方主光线平行于光轴，从而即使接收远心镜头出射光线的镜头，如CCD镜头的安装位置有改变，在CCD芯片上投影成像的大小也不变。这样的优点就是，使相机的芯片获得均匀的光线，因为只有平行于光轴的光线才能入射在CCD/CMOS芯片前面的微型镜片上。从而使图像不会出现阴影。整体来说就是采用物方远心镜头10和像方远心镜头20的双向远心镜头，这样畸变小，景深大，克服了热轧线棒材的高速运动和弹跳对测量精度的影响，确保检测可靠性。
至于远心成像镜头包括透镜以及固定透镜的支架，镜头之间用于隔绝外部光线的管体则属于公知常识，无需赘言。至于透镜的具体个数、规格则是根据使用条件根据设计手册合理设计。本发明以在旋转式测径仪上使用的、与CCD传感器配套的远心成像镜头为例，说明其具体结构：
物方远心成像镜头10包括透镜支架14，支架14的基座与转盘固接，支架由光线入射端开始依次是物方凸透镜12和物方凹透镜13，光线经过两透镜后沿物方镜头侧管15射入到转直反射镜40的镜面上，经镜面反射后沿转直反射镜支架41的管腔射出，经可调光阑30和像方远心镜头20的镜头侧管29后经过第一像方凸透镜25、第二像方凸透镜24、第三像方凸透镜23射出镜，平行地进入CCD镜头传感器；第一、二、三像方凸透镜25、24、23固定在像方镜头支架22上，支架22固定在底座26上，底座26与转盘固接。这样的远心成像镜头结构是比较简单的，功能稳定可靠。
也可以说是：所述的转直反射镜40位于物方远心镜头10和可调光阑30之间。这样的好处在于：为了缩小CCD传感器的尺寸规格，降低装置成本，所以通常像方远心成像镜头20出射光的视场范围小于物方远心成像镜头10的入射光市场范围，也就是物方远心成像镜头10尺寸径向尺寸较大些，这样在该部分设置转直反射镜40更有利于全面地反射光线，避免光线损失，保证成像清晰完整。
本发明优选的转直反射镜40结构为，包括支架41，其上具有两个相互垂直的透光孔，在其交界处开设内端孔口略小的通孔，转直用的镜片由数个螺钉43固定的金属片夹入该通孔内固定。这样结构简单，加工方便。
进一步的，所述的物方远心成像镜头10设置有可使构成镜头的透镜远近移动的平移机构。如图4中所示的就是物方凸透镜12固接在一个物方端管11上，物方端管11与支架14螺纹旋合连接，这样旋动物方端管11就能沿光轴移动物方凸透镜12的位置，也就相当于调整镜头的焦距，使得整个镜头可接受光线的范围和成像清晰度可调节，便于扩大测径仪的使用范围。
更进一步的，所述的成像系统包括过滤截止红外和/或近红外光的滤色片21。所述的滤色片21设置在像方远心成像镜头20上，并位于最后侧。也就是如图4所示的像方远心镜头20的透镜组件中最下侧的镜片，其位于最靠近CCD传感器的位置，故称为最后侧。滤色片21设置在镜头最后侧的好处是：此处的光线已经经过可调光阑30减小了光的能量强度，这样可以降低对滤色片21的滤色效果的要求，保证可以更彻底地将高温线棒材放射的红外光滤除或截止。这样就消除了热轧件的辐射影响，提高了测量精度。
本发明的可调光阑30可以是现有的多种结构形式，本发明对可调光阑30的具体结构进行了改进，所述的可调光阑30包括沿主光轴的横截面均布的遮光片31，以及可调节遮光片31沿远离或靠近主光轴中心移动的移动机构。
进一步的，所述的遮光片31有四个并由铜制成。铜质遮光片31的滑动顺畅，并且不会反射和产生光线干扰。
至于移动机构的优选结构如图4所示，所述的用于安装转直反射镜40的镜片的支架41上设置突出的外螺纹管接头42，像方远心成像镜头20的镜头侧管29与之螺纹连接，所述的管接头42根部的支架41上沿管接头42径向开设凹槽，所述的遮光片31与凹槽的深度、宽度吻合并位于凹槽内，遮光片31的显露于管接头42外的板面设置腰型连接孔，腰型连接孔的轮廓的长度方向与槽长方向平行，支架41上设置螺纹孔，两者螺钉或螺栓连接。其目的也就是利用直反射镜40的支架41与镜头侧管29的连接部设置遮光片31，构成可调光阑30，避免在别的部位开孔而破坏镜头的整体结构强度，并且遮光片31的结构简单，本身也避免了被损坏的风险，结构强度提高对于长期与转盘一起转动的部件来说其寿命持久的优点是很有价值的，同时遮光片31位于凹槽就是既便于支架41与镜头侧管29连接，同时又利用镜头侧管29遮挡外部光线，避免因设置可调光阑30而引起外部光线干扰成像，并且这样的结构加工简单，旋松螺钉或螺母即可移动遮光片31，调节透光能量，其使用也方便。
Claims (9)
1.一种测径仪上使用的远心成像镜头，其特征在于：包括物方远心成像镜头(10)和与之对应的像方远心成像镜头(20)，所述的两镜头之间设置可调光阑(30)以及用于反射光线的转直反射镜(40)，主光线由物方远心成像镜头(10)进入经转直反射镜(40)反射后通过像方远心成像镜头(20)射出。
2.根据权利要求1所述的测径仪上使用的远心成像镜头，其特征在于：所述的成像系统包括过滤截止红外和/或近红外光的滤色片(21)。
3.根据权利要求1所述的测径仪上使用的远心成像镜头，其特征在于：所述的转直反射镜(40)的镜面的法线与主光线的夹角约45°。
4.根据权利要求1或2或3所述的测径仪上使用的远心成像镜头，其特征在于：所述的物方远心成像镜头(10)设置有可使构成镜头的透镜远近移动的平移机构。
5.根据权利要求2或3所述的测径仪上使用的远心成像镜头，其特征在于：所述的滤色片(21)设置在像方远心成像镜头(20)上，并位于最后侧。
6.根据权利要求1或2或3所述的测径仪上使用的远心成像镜头，其特征在于：所述的转直反射镜(40)位于物方远心镜头(10)和可调光阑(30)之间。
7.根据权利要求1或2或3所述的测径仪上使用的远心成像镜头，其特征在于：所述的可调光阑(30)包括沿主光轴的横截面均布的遮光片(31)，以及可调节遮光片(31)沿远离或靠近主光轴中心移动的移动机构。
8.根据权利要求7所述的测径仪上使用的远心成像镜头，其特征在于：所述的遮光片(31)有四个并由铜制成。
9.根据权利要求8所述的测径仪上使用的远心成像镜头，其特征在于：所述的用于安装转直反射镜(40)镜片的支架(41)上设置突出的外螺纹管接头(42)，像方远心成像镜头(20)的镜头侧管(29)与之螺纹连接，所述的管接头(42)根部的支架(41)上沿管接头(42)径向开设凹槽，所述的遮光片(31)与凹槽的深度、宽度吻合并位于凹槽内，遮光片(31)的显露于管接头(42)外的板面设置腰型连接孔，腰型连接孔的轮廓的长度方向与槽长方向平行，支架(41)上设置螺纹孔，两者螺钉或螺栓连接。
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