CN112034601A - 一种适用于工业检测的透射式内全景镜头 - Google Patents

一种适用于工业检测的透射式内全景镜头 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于工业检测的透射式内全景镜头，包括第一镜筒、第二镜筒、第三镜筒，第一镜筒内固定有第一球面镜片、第二球面镜片、第三球面镜片和第四球面镜片；第二镜筒内固定有第五球面镜片、第六球面镜片；第三镜筒内固定有第七球面镜片、第八球面镜片、第九球面镜片、第十球面镜片、第十一球面镜片。与现有技术相比，本发明的适用于工业检测的透射式内全景镜头可以检测零件特别是轴承类产品的内表面，通过第一镜筒、第二镜筒和第三镜筒内的镜片以及第一调焦环、第二调焦环、第三调焦环和第四调焦环进行调焦，实现轴承类产品的内部全景成像，该透射式内全景镜头的像差极低，成像精度较高；而且本发明结构简单、成本低。

Description

一种适用于工业检测的透射式内全景镜头
技术领域
本发明涉及光学镜头领域，特别是一种适用于工业检测的透射式内全景镜头。
背景技术
全景镜头是利用全景技术，可以获得水平方向上全360°，在垂直方向一定角度的视场的装置，这种成像方式能实时提供对象和环境的全方位信息，为后续的图像处理和分析争取时间。随着数字图像处理技术的迅速发展，全景镜头的需求日益增大。
随着科学技术的发展，工业自动化程度逐步加深，在工业检测方面，随着CCD/CMOS相机的发展，机器检测逐渐取代人工检测。现在市场上针对轴承类检测镜头，往往价格昂贵，检测精度不高，且在轴承类外观检测中往往要使用多个镜头并通过后期图像处理方可得到准确的轴承外观数据。目前市场上常见的全景镜头为鱼眼镜头，但是鱼眼镜头产生桶型畸变，使得图像变形，不适用于工业上的外观检测。
发明内容
本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种成本低、结构简单、适用于工业检测的透射式内全景镜头。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种适用于工业检测的透射式内全景镜头，由上至下包括第一镜筒、第二镜筒、第三镜筒，所述第二镜筒上端与第一镜筒末端连接，所述第二镜筒下端与第三镜筒顶端连接，所述第一镜筒内由上至下沿光轴从像面到物面依次固定有第一球面镜片、第二球面镜片、第三球面镜片和第四球面镜片，第一球面镜片的物面侧为凸面、像面侧为凸面，第二球面镜片的物面侧为凹面、像面侧为凸面，第三球面镜片的物面侧为凹面、像面侧为凸面，第四球面镜片的物面侧为凸面、像面侧为凹面；第二镜筒内由上至下沿光轴从像面到物面依次固定有第五球面镜片、第六球面镜片，所述第五球面镜片的物面侧为凸面、像面侧为凹面，第六球面镜片的物面侧为凹面、像面侧为凸面；所述第三镜筒内由上至下沿光轴从像面到物面依次固定有第七球面镜片、第八球面镜片、第九球面镜片、第十球面镜片、第十一球面镜片，第七球面镜片的物面侧为凹面、像面侧为凸面，第八球面镜片的物面侧为凹面、像面侧为平面，第九球面镜片的物面侧为凸面、像面侧为凸面，第十球面镜片的物面侧为凸面、像面侧为凹面，第十一球面镜片的物面侧为凸面、像面侧为凹面。
进一步地，所述适用于工业检测的透射式内全景镜头还包括第一调焦环、第一卡环、第二调焦环、第三调焦环、第四调焦环、第二卡环、第三卡环、第四卡环、第五卡环、第六卡环、第七卡环、第八卡环、第九卡环、第十卡环，所述第三调焦环上端螺纹连接在第一调焦环的内孔，所述第三调焦环下端安装在第一镜筒的内孔中；所述第二调焦环螺纹连接在第一调焦环下方的第三调焦环外圈上；所述第四调焦环螺纹连接在位于第一镜筒上端面的第三调焦环外圈上；所述第一卡环安装在第三调焦环内孔中，位于第一球面镜片的下面；所述第二卡环安装在第三调焦环内孔中，位于第二球面镜片与第三球面镜片之间；所述第三卡环安装在第三调焦环内孔中，位于第三球面镜片的下面；所述第四卡环安装在第一镜筒内孔中，位于第四球面镜片的下面；所述第五卡环安装在第二镜筒内孔中，位于第五球面镜片与第六球面镜片之间；所述第六卡环安装在第二镜筒内孔中，位于第六球面镜片的下面；所述第七卡环安装在第三镜筒内孔中，位于第七球面镜片的上面；所述第八卡环安装在第三镜筒内孔中，位于第七球面镜片与第八球面镜片之间；所述第九卡环安装在第三镜筒内孔中，位于第八球面镜片与第十球面镜片之间；所述第十卡环安装在第三镜筒内孔中，位于第十球面镜片与第十一球面镜片之间。
优选地，所述第一球面镜片物面侧的凸面的曲率半径为R15.78mm，所述第一球面镜片像面侧的凸面的曲率半径为R158.46.2mm，所述第一球面镜片芯厚为3.4mm；
所述第二球面镜片物面侧的凹面的曲率半径为R16.58mm，所述第二球面镜片像面侧的凸面的曲率半径为R23.14mm，所述第二球面镜片芯厚为3.47mm；
所述第三球面镜片物面侧的凹面的曲率半径为R15.24mm，所述第三球面镜片像面侧的凸面的曲率半径为R12.59mm，所述第三球面镜片芯厚为6.2mm；
所述第四球面镜片物面侧的凸面的曲率半径为R12.78mm，所述第四球面镜片像面侧的凹面的曲率半径为R678.45mm，所述第四球面镜片芯厚为4.75mm。
优选地，所述第五球面镜片物面侧的凸面的曲率半径为R40.39mm，所述第五球面镜片像面侧的凹面的曲率半径为R18.46mm，所述第五球面镜片芯厚为6.2mm；
所述第六球面镜片物面侧的凹面的曲率半径为R12.78mm，所述第六球面镜片像面侧的凸面的曲率半径为R15.65mm，第六球面镜片芯厚为4mm。
优选地，所述第七球面镜片物面侧的凹面的曲率半径为R22.43mm，所述第七球面镜片像面侧的凸面的曲率半径为R20.36mm，所述第七球面镜片芯厚为6mm；
所述第八球面镜片物面侧的凹面的曲率半径为R10.36mm，所述第八球面镜片芯厚为2.51mm；
所述第九球面镜片物面侧的凸面的曲率半径为R22.36.1mm，所述第九球面镜片像面侧的凸面的曲率半径为R10.36mm，所述第九球面镜片芯厚为10.31mm；
所述第十球面镜片物面侧的凸面的曲率半径为R22.58mm，所述第十球面镜片像面侧的凹面的曲率半径为R22.36.1mm，所述第十球面镜片芯厚为3.4mm；
所述第十一球面镜片物面侧的凸面的曲率半径为R22.49mm，所述第十一球面镜片像面侧的凹面的曲率半径为R37.6mm，所述第十一球面镜片芯厚为3.8mm。
优选地，所述第八球面镜片与第九球面镜片为胶合镜片。
与现有技术相比，本发明的适用于工业检测的透射式内全景镜头可以检测零件特别是轴承类产品的内表面，通过第一镜筒、第二镜筒和第三镜筒内的镜片以及第一调焦环、第二调焦环、第三调焦环和第四调焦环进行调焦，实现轴承类产品的内部全景成像，该透射式内全景镜头的像差极低，成像精度较高；而且本发明结构简单、成本低。
附图说明
图1为本发明的适用于工业检测的透射式内全景镜头的全剖视图。
图2为本发明的适用于工业检测的透射式内全景镜头的第一镜筒的剖视图。
图3为本发明的适用于工业检测的透射式内全景镜头的第二镜筒的剖视图。
图4为本发明的适用于工业检测的透射式内全景镜头的第三镜筒的剖视图。
图5为本发明的适用于工业检测的透射式内全景镜头的镜片示意图。
图6为本发明的适用于工业检测的透射式内全景镜头的结构图。
图7为本发明的适用于工业检测的透射式内全景镜头的场曲图图。
图8为本发明的适用于工业检测的透射式内全景镜头的传函图。
图9为本发明的适用于工业检测的透射式内全景镜头的点斑图。
图10为本发明的适用于工业检测的透射式内全景镜头拍摄某轴承的外表面全景图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。
如图1-图5所示，本实施例的一种适用于工业检测的透射式内全景镜头，由上至下包括第一镜筒1、第二镜筒2、第三镜筒3，所述第二镜筒2上端与第一镜筒1末端连接，从图2和图3中可以看到第二镜筒2顶端设有卡口，第一镜筒1的底部可以卡接到第二镜筒2的卡口内，也便于拆卸；所述第二镜筒2下端与第三镜筒3顶端连接，从图3和图4中可以看到第三镜筒3顶端设有卡口，第二镜筒2的底部可以卡接到第三镜筒3的卡口内，也便于拆卸；所述第一镜筒1内由上至下沿光轴从像面到物面依次固定有第一球面镜片18、第二球面镜片19、第三球面镜片20和第四球面镜片21，第一球面镜片18的物面侧为凸面、像面侧为凸面，第二球面镜片19的物面侧为凹面、像面侧为凸面，第三球面镜片20的物面侧为凹面、像面侧为凸面，第四球面镜片21的物面侧为凸面、像面侧为凹面；第二镜筒2内由上至下沿光轴从像面到物面依次固定有第五球面镜片22、第六球面镜片23，所述第五球面镜片22的物面侧为凸面、像面侧为凹面，第六球面镜片23的物面侧为凹面、像面侧为凸面；所述第三镜筒4内由上至下沿光轴从像面到物面依次固定有第七球面镜片24、第八球面镜片25、第九球面镜片26、第十球面镜片27、第十一球面镜片28，第七球面镜片24的物面侧为凹面、像面侧为凸面，第八球面镜片25的物面侧为凹面、像面侧为平面，第九球面镜片26的物面侧为凸面、像面侧为凸面，第十球面镜片27的物面侧为凸面、像面侧为凹面，第十一球面镜片28的物面侧为凸面、像面侧为凹面。
本实施例中，所述适用于工业检测的透射式内全景镜头还包括第一调焦环4、第一卡环5、第二调焦环6、第三调焦环7、第四调焦环8、第二卡环9、第三卡环10、第四卡环11、第五卡环12、第六卡环13、第七卡环14、第八卡环15、第九卡环16、第十卡环17，所述第三调焦环7上端螺纹连接在第一调焦环4的内孔，所述第三调焦环7下端安装在第一镜筒1的内孔中；所述第二调焦环6螺纹连接在第一调焦环4下方的第三调焦环7外圈上；所述第四调焦环8螺纹连接在位于第一镜筒1上端面的第三调焦环7外圈上；所述第一卡环5安装在第三调焦环7内孔中，位于第一球面镜片18的下面；所述第二卡环9安装在第三调焦环7内孔中，位于第二球面镜片19与第三球面镜片20之间；所述第三卡环10安装在第三调焦环7内孔中，位于第三球面镜片20的下面；所述第四卡环11安装在第一镜筒1内孔中，位于第四球面镜片21的下面；所述第五卡环12安装在第二镜筒2内孔中，位于第五球面镜片22与第六球面镜片23之间；所述第六卡环13安装在第二镜筒2内孔中，位于第六球面镜片23的下面；所述第七卡环14安装在第三镜筒3内孔中，位于第七球面镜片24的上面；所述第八卡环15安装在第三镜筒3内孔中，位于第七球面镜片24与第八球面镜片25之间；所述第九卡环16安装在第三镜筒3内孔中，位于第八球面镜片25与第十球面镜片27之间；所述第十卡环17安装在第三镜筒3内孔中，位于第十球面镜片27与第十一球面镜片28之间。第一卡环5、第二卡环9、第三卡环10、第四卡环11、第五卡环12、第六卡环13、第七卡环14、第八卡环15、第九卡环16、第十卡环17都是起到卡紧镜片的作用。
本实施例中，所述第一球面镜片18物面侧的凸面的曲率半径为R16.406mm，所述第一球面镜片18像面侧的凸面的曲率半径为R158.46.2mm，所述第一球面镜片18芯厚为3.4mm。
本实施例中所述第二球面镜片19物面侧的凹面的曲率半径为R16.58mm，所述第二球面镜片19像面侧的凸面的曲率半径为R22.58mm，所述第二球面镜片19芯厚为3.47mm。
本实施例中所述第三球面镜片20物面侧的凹面的曲率半径为R15.24mm，所述第三球面镜片20像面侧的凸面的曲率半径为R13.428mm，所述第三球面镜片20芯厚为6.2mm。
本实施例中所述第四球面镜片21物面侧的凸面的曲率半径为R12.783.4mm，所述第四球面镜片21像面侧的凹面的曲率半径为R678.45mm，所述第四球面镜片21芯厚为4.75mm。
本实施例中，所述第五球面镜片22物面侧的凸面的曲率半径为R40.39mm，所述第五球面镜片22像面侧的凹面的曲率半径为R18.46mm，所述第五球面镜片22芯厚为6.2mm。
本实施例中所述第六球面镜片23物面侧的凹面的曲率半径为R12.783.4mm，所述第六球面镜片23像面侧的凸面的曲率半径为R15.65mm，第六球面镜片23芯厚为4mm。
本实施例中，所述第七球面镜片24物面侧的凹面的曲率半径为R22.43mm，所述第七球面镜片24像面侧的凸面的曲率半径为R12.98mm，所述第七球面镜片24芯厚为6mm。
本实施例中所述第八球面镜片25物面侧的凹面的曲率半径为R9.078mm，所述第八球面镜片25芯厚为2.51mm；
本实施例中所述第九球面镜片26物面侧的凸面的曲率半径为R22.36.1mm，所述第九球面镜片26像面侧的凸面的曲率半径为R10.36mm，所述第九球面镜片26芯厚为10.31mm；其中，所述第八球面镜片25与第九球面镜片26为胶合镜片。
本实施例中所述第十球面镜片27物面侧的凸面的曲率半径为R22.58mm，所述第十球面镜片27像面侧的凹面的曲率半径为R22.36.1mm，所述第十球面镜片27芯厚为3.4mm。
本实施例中所述第十一球面镜片28物面侧的凸面的曲率半径为R22.493.4mm，所述第十一球面镜片28像面侧的凹面的曲率半径为R37.602mm，所述第十一球面镜片28芯厚为3.8mm。
具体地，本实施例中各透镜的具体参数如表1所示。
表1
Figure BDA0002677241040000081
为了验证本实施例的适用于工业检测的外全景镜头的光学性能，对本实施例的适用于工业检测的外全景镜头进行测试，测试结果如图6-图9所示，图6-图9分别为镜头的结构图、场曲图、传函图、点斑图。
由图6可知，镜头的由十一块光学镜片组成，光学镜片的个数适中，有利于光学镜头的加工。
由图7可知，在Y向测量距离较小时，镜头的场曲趋近于0，在Y向测量距离较大时，场区非常大，该镜头的景深较小。镜头的畸变基本趋近于0，图像变形率很小，图像能够较真实的反应样件的真实情况。
由图8可知，镜头的光学传递函数受衍射极限和空间频率影响。光学传递函数随着衍射极限的增大而减小，随着空间频率的增大而减小。在空间频率较小时，光学传递函数接近90％，衍射极限较小时，光学传递函数约为70％。
由图9可知，镜头的艾利斑为5.912μm，艾利斑半径值较小，光线经过该镜头成像后与像面的集中度较高，点斑图中的点分布较为密集，镜头的分辨率较高。
参照图图10，使用上述实施例的适用于工业检测的透射式内全景镜头检测工业产品时，以检测轴承为例，首先将轴承轴向固定，将适用于工业检测的透射式内全景镜头设置在轴承上方，再将第一镜筒1连接到相机的前端，开启相机就能实现轴承的内部全景成像；如图10所示的两张照片是用该透射式内全景镜头拍摄的某轴承的内表面全景图。此两张照片清晰度较高，照片中的明场和暗场区分明显，照片以1:1的比例呈现出轴承的实际结构，便于后期图像算法的处理。该镜头的成像清晰，能够一次实现对整个内表面全景的成像。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于工业检测的透射式内全景镜头，由上至下包括第一镜筒(1)、第二镜筒(2)、第三镜筒(3)，所述第二镜筒(2)上端与第一镜筒(1)末端连接，所述第二镜筒(2)下端与第三镜筒(3)顶端连接，其特征在于：所述第一镜筒(1)内由上至下沿光轴从像面到物面依次固定有第一球面镜片(18)、第二球面镜片(19)、第三球面镜片(20)和第四球面镜片(21)，第一球面镜片(18)的物面侧为凸面、像面侧为凸面，第二球面镜片(19)的物面侧为凹面、像面侧为凸面，第三球面镜片(20)的物面侧为凹面、像面侧为凸面，第四球面镜片(21)的物面侧为凸面、像面侧为凹面；第二镜筒(2)内由上至下沿光轴从像面到物面依次固定有第五球面镜片(22)、第六球面镜片(23)，所述第五球面镜片(22)的物面侧为凸面、像面侧为凹面，第六球面镜片(23)的物面侧为凹面、像面侧为凸面；所述第三镜筒(4)内由上至下沿光轴从像面到物面依次固定有第七球面镜片(24)、第八球面镜片(25)、第九球面镜片(26)、第十球面镜片(27)、第十一球面镜片(28)，第七球面镜片(24)的物面侧为凹面、像面侧为凸面，第八球面镜片(25)的物面侧为凹面、像面侧为平面，第九球面镜片(26)的物面侧为凸面、像面侧为凸面，第十球面镜片(27)的物面侧为凸面、像面侧为凹面，第十一球面镜片(28)的物面侧为凸面、像面侧为凹面。
2.根据权利要求1所述的适用于工业检测的透射式内全景镜头，其特征在于：所述适用于工业检测的透射式内全景镜头还包括第一调焦环(4)、第一卡环(5)、第二调焦环(6)、第三调焦环(7)、第四调焦环(8)、第二卡环(9)、第三卡环(10)、第四卡环(11)、第五卡环(12)、第六卡环(13)、第七卡环(14)、第八卡环(15)、第九卡环(16)、第十卡环(17)，所述第三调焦环(7)上端螺纹连接在第一调焦环(4)的内孔，所述第三调焦环(7)下端安装在第一镜筒(1)的内孔中；所述第二调焦环(6)螺纹连接在第一调焦环(4)下方的第三调焦环(7)外圈上；所述第四调焦环(8)螺纹连接在位于第一镜筒(1)上端面的第三调焦环(7)外圈上；所述第一卡环(5)安装在第三调焦环(7)内孔中，位于第一球面镜片(18)的下面；所述第二卡环(9)安装在第三调焦环(7)内孔中，位于第二球面镜片(19)与第三球面镜片(20)之间；所述第三卡环(10)安装在第三调焦环(7)内孔中，位于第三球面镜片(20)的下面；所述第四卡环(11)安装在第一镜筒(1)内孔中，位于第四球面镜片(21)的下面；所述第五卡环(12)安装在第二镜筒(2)内孔中，位于第五球面镜片(22)与第六球面镜片(23)之间；所述第六卡环(13)安装在第二镜筒(2)内孔中，位于第六球面镜片(23)的下面；所述第七卡环(14)安装在第三镜筒(3)内孔中，位于第七球面镜片(24)的上面；所述第八卡环(15)安装在第三镜筒(3)内孔中，位于第七球面镜片(24)与第八球面镜片(25)之间；所述第九卡环(16)安装在第三镜筒(3)内孔中，位于第八球面镜片(25)与第十球面镜片(27)之间；所述第十卡环(17)安装在第三镜筒(3)内孔中，位于第十球面镜片(27)与第十一球面镜片(28)之间。
3.根据权利要求1所述的适用于工业检测的透射式内全景镜头，其特征在于：
所述第一球面镜片(18)物面侧的凸面的曲率半径为R15.78mm，所述第一球面镜片(18)像面侧的凸面的曲率半径为R158.46.2mm，所述第一球面镜片(18)芯厚为3.4mm；
所述第二球面镜片(19)物面侧的凹面的曲率半径为R16.58mm，所述第二球面镜片(19)像面侧的凸面的曲率半径为R23.14mm，所述第二球面镜片(19)芯厚为3.47mm；
所述第三球面镜片(20)物面侧的凹面的曲率半径为R15.24mm，所述第三球面镜片(20)像面侧的凸面的曲率半径为R12.59mm，所述第三球面镜片(20)芯厚为6.2mm；
所述第四球面镜片(21)物面侧的凸面的曲率半径为R12.78mm，所述第四球面镜片(21)像面侧的凹面的曲率半径为R678.45mm，所述第四球面镜片(21)芯厚为4.75mm。
4.根据权利要求1所述的适用于工业检测的透射式内全景镜头，其特征在于：
所述第五球面镜片(22)物面侧的凸面的曲率半径为R40.39mm，所述第五球面镜片(22)像面侧的凹面的曲率半径为R18.46mm，所述第五球面镜片(22)芯厚为6.2mm；
所述第六球面镜片(23)物面侧的凹面的曲率半径为R12.78mm，所述第六球面镜片(23)像面侧的凸面的曲率半径为R15.65mm，第六球面镜片(23)芯厚为4mm。
5.根据权利要求1所述的适用于工业检测的透射式内全景镜头，其特征在于：
所述第七球面镜片(24)物面侧的凹面的曲率半径为R22.43mm，所述第七球面镜片(24)像面侧的凸面的曲率半径为R20.36mm，所述第七球面镜片(24)芯厚为6mm；
所述第八球面镜片(25)物面侧的凹面的曲率半径为R10.36mm，所述第八球面镜片(25)芯厚为2.51mm；
所述第九球面镜片(26)物面侧的凸面的曲率半径为R22.36.1mm，所述第九球面镜片(26)像面侧的凸面的曲率半径为R10.36mm，所述第九球面镜片(26)芯厚为10.31mm；
所述第十球面镜片(27)物面侧的凸面的曲率半径为R22.58mm，所述第十球面镜片(27)像面侧的凹面的曲率半径为R22.36.1mm，所述第十球面镜片(27)芯厚为3.4mm；
所述第十一球面镜片(28)物面侧的凸面的曲率半径为R22.49mm，所述第十一球面镜片(28)像面侧的凹面的曲率半径为R37.6mm，所述第十一球面镜片(28)芯厚为3.8mm。
6.根据权利要求5所述的适用于工业检测的透射式内全景镜头，其特征在于：所述第八球面镜片(25)与第九球面镜片(26)为胶合镜片。
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