CN112034603A - 一种适用于工业检测的反射式外全景镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于工业检测的反射式外全景镜头，包括远心镜头，远心镜头顶端外套设有第二壳体，远心镜头的末端外套设有第四壳体，第四壳体上方的远心镜头外套设有第三壳体，第二壳体顶端固定有第一壳体，还包括第一安装板、第二安装板、第一反射镜、三棱镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜。与现有技术相比，本发明的适用于工业检测的反射式外全景镜头可以检测零件特别是轴承类产品的外表面，通过远心镜头、三棱镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜实现轴承类产品的外观全景成像，成像质量高；而且本发明结构简单、成本低。

Description

一种适用于工业检测的反射式外全景镜头
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反射式外全景镜头。
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、适用于工业检测的反射式外全景镜头。
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反射式外全景镜头，包括远心镜头，远心镜头顶端外套设有第二壳体，远心镜头的末端外套设有第四壳体，第四壳体上方的远心镜头外套设有第三壳体，第二壳体顶端固定有第一壳体，还包括第一安装板、第二安装板、第一反射镜、三棱镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜；第一安装板竖直固定在第二壳体、第三壳体和第四壳体的一侧壁；所述第二安装板竖直固定在第四壳体的另一侧壁，第一安装板与第二安装板相互平行；所述三棱镜垂直安装在第四壳体下方的第二安装板侧壁上，三棱镜对准远心镜头的中心且三棱镜的底面与第四壳体的下端面相互平行，所述第一反射镜、第二反射镜通过支架对称固定在三棱镜两侧，第一反射镜、第二反射镜的镜面朝向三棱镜的两个侧面，第三反射镜和第四反射镜通过支架对称固定在三棱镜下方的第二安装板侧壁上，第三反射镜和第四反射镜的镜面朝向三棱镜的底面。
进一步地，所述远心镜头包括锥形的镜头壳体，镜头壳体内由上至下沿光轴从像面到物面依次固定有第一平面镜片、第二球面镜片、第三球面镜片、第四球面镜片、第五平面镜片、第六球面镜片和第七球面镜片，所述第二球面镜片的物面侧为凸面、像面侧为凹面，第三球面镜片的物面侧为凸面、像面侧为凸面，第四球面镜片的物面侧为凹面、像面侧为凹面，第六球面镜片的物面侧为凸面、像面侧为平面，第七球面镜片的物面侧为凸面、像面侧为平面。
进一步地，所述第二壳体与第一壳体之间安装有第一垫片，所述第三壳体与远心镜头外壁之间安装有第一垫块，所述第四壳体内壁与远心镜头外壁之间安装有第二垫块，远心镜头底部与第四壳体底部之间安装有第二垫片。
优选地，所述第一平面镜片直径为25.21mm，所述第一平面镜片厚度为1mm。
优选地，所述第二球面镜片物面侧的凸面的曲率半径为R12.35mm，所述第二球面镜片像面侧的凹面的曲率半径为R2.156mm，所述第二球面镜片的芯厚为5mm。
优选地，所述第三球面镜片物面侧的凸面的曲率半径为R16.5mm，所述第三球面镜片像面侧的凸面的曲率半径为R25.21mm，所述第三球面镜片的芯厚为6.5mm。
优选地，所述第四球面镜片物面侧的凹面的曲率半径为R12.6mm，所述第四球面镜片像面侧的凹面的曲率半径为R2.156mm，所述第四球面镜片的芯厚为3mm。
优选地，所述第五平面镜片直径为2.93mm，所述第五平面镜片厚度为1mm。
优选地，所述第六球面镜片物面侧的凸面的曲率半径为R15.23mm，所述第六球面镜片的芯厚为18mm。
优选地，所述第七球面镜片物面侧的凸面的曲率半径为R56.23mm，所述第七球面镜片的芯厚为2.156mm。
与现有技术相比，本发明的适用于工业检测的反射式外全景镜头可以检测零件特别是轴承类产品的外表面，通过远心镜头、三棱镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜实现轴承类产品的外观全景成像，成像质量高；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反射式外全景镜头全剖视图。
图2为本发明的适用于工业检测的反射式外全景镜头轴侧图。
图3为本发明的适用于工业检测的反射式外全景镜头侧视图。
图4为本发明的适用于工业检测的反射式外全景镜头镜片示意图。
图5为本发明的适用于工业检测的反射式外全景镜头的场曲图。
图6为本发明的适用于工业检测的反射式外全景镜头的传函图。
图7为本发明的适用于工业检测的反射式外全景镜头的传函vs.视场图。
图8为本发明的适用于工业检测的反射式外全景镜头的点斑图。
图9为本发明的适用于工业检测的反射式外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4所示，本实施例的一种适用于工业检测的反射式外全景镜头，包括远心镜头4，远心镜头4顶端外套设有第二壳体3，远心镜头4的末端外套设有第四壳体8，第四壳体8上方的远心镜头4外套设有第三壳体6，第二壳体3顶端固定有第一壳体1，还包括第一安装板11、第二安装板12、第一反射镜13、三棱镜14、第二反射镜15、第三反射镜16、第四反射镜17；第一安装板11竖直固定在第二壳体3、第三壳体6和第四壳体8的一侧壁；所述第二安装板12竖直固定在第四壳体8的另一侧壁，第一安装板11与第二安装板12相互平行；所述三棱镜14垂直安装在第四壳体8下方的第二安装板12侧壁上，三棱镜14对准远心镜头4的中心且三棱镜14的底面与第四壳体8的下端面相互平行，所述第一反射镜13、第二反射镜15通过支架对称固定在三棱镜14两侧，第一反射镜13、第二反射镜15的镜面朝向三棱镜14的两个侧面，第三反射镜16和第四反射镜17通过支架对称固定在三棱镜14下方的第二安装板12侧壁上，第三反射镜16和第四反射镜17的镜面朝向三棱镜14的底面。
本实施例中，所述远心镜头4包括锥形的镜头壳体，镜头壳体内由上至下沿光轴从像面到物面依次固定有第一平面镜片18、第二球面镜片19、第三球面镜片20、第四球面镜片21、第五平面镜片22、第六球面镜片23和第七球面镜片24，所述第二球面镜片19的物面侧为凸面、像面侧为凹面，第三球面镜片20的物面侧为凸面、像面侧为凸面，第四球面镜片21的物面侧为凹面、像面侧为凹面，第六球面镜片23的物面侧为凸面、像面侧为平面，第七球面镜片24的物面侧为凸面、像面侧为平面。
本实施例中，所述第二壳体3与第一壳体1之间安装有第一垫片2，所述第三壳体6与远心镜头4外壁之间安装有第一垫块7，所述第四壳体8内壁与远心镜头4外壁之间安装有第二垫块9，远心镜头4底部与第四壳体8底部之间安装有第二垫片10。第一垫块7、第二垫块9和第二垫片10对远心镜头4内的镜片起到防震保护作用。
本实施例中，所述第一平面镜片18直径为25.21mm，所述第一平面镜片18厚度为1mm。
本实施例中，所述第二球面镜片19物面侧的凸面的曲率半径为R12.35mm，所述第二球面镜片19像面侧的凹面的曲率半径为R2.156mm，所述第二球面镜片19的芯厚为5mm。
本实施例中，所述第三球面镜片20物面侧的凸面的曲率半径为R16.5mm，所述第三球面镜片20像面侧的凸面的曲率半径为R25.21mm，所述第三球面镜片20的芯厚为6.5mm。
本实施例中，所述第四球面镜片21物面侧的凹面的曲率半径为R12.6mm，所述第四球面镜片21像面侧的凹面的曲率半径为R2.156mm，所述第四球面镜片21的芯厚为3mm。
本实施例中，所述第五平面镜片22直径为2.93mm，所述第五平面镜片22厚度为1mm。
本实施例中，所述第六球面镜片23物面侧的凸面的曲率半径为R15.23mm，所述第六球面镜片23的芯厚为18mm。
本实施例中，所述第七球面镜片24物面侧的凸面的曲率半径为R56.23mm，所述第七球面镜片24的芯厚为2.156mm。
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5-图8所示，图5-图8分别为镜头的场曲图、传函图、传函vs.视场图、点斑图。
由图5可知，镜头的场曲小于0.45mm，光束的交点与理想像点重合度较好，整个图像基本在一个平面上，图像的质量优异。在Y向距离较小时，镜头的畸变较小，在Y向距离较大时，镜头的畸变较大，该镜头景深较小。
由图6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％。该镜头适用于空间频率较小时使用。
由图7可知，在空间频率较小时，光学传递函数接近90％。在空间频率较大时，光学传递函数较低该镜头适用于空间频率较小时使用。
由图8可知，镜头的艾利斑为10.13μm，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9，使用上述实施例的适用于工业检测的反射式外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反射式外全景镜头设置在轴承上方，然后将第一壳体1顶端连接到相机的前端，就能实现轴承的外观全景成像。图9是用该反射式外全景镜头拍摄某螺杆的外表面全景图。此照片清晰度较高，螺纹清晰可见，照片以1:1的比例呈现出螺杆的实际结构，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外表面全景的成像。
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 (10)

1.一种适用于工业检测的反射式外全景镜头，包括远心镜头(4)，远心镜头(4)顶端外套设有第二壳体(3)，远心镜头(4)的末端外套设有第四壳体(8)，第四壳体(8)上方的远心镜头(4)外套设有第三壳体(6)，第二壳体(3)顶端固定有第一壳体(1)，其特征在于，还包括第一安装板(11)、第二安装板(12)、第一反射镜(13)、三棱镜(14)、第二反射镜(15)、第三反射镜(16)、第四反射镜(17)；第一安装板(11)竖直固定在第二壳体(3)、第三壳体(6)和第四壳体(8)的一侧壁；所述第二安装板(12)竖直固定在第四壳体(8)的另一侧壁，第一安装板(11)与第二安装板(12)相互平行；所述三棱镜(14)垂直安装在第四壳体(8)下方的第二安装板(12)侧壁上，三棱镜(14)对准远心镜头(4)的中心且三棱镜(14)的底面与第四壳体(8)的下端面相互平行，所述第一反射镜(13)、第二反射镜(15)通过支架对称固定在三棱镜(14)两侧，第一反射镜(13)、第二反射镜(15)的镜面朝向三棱镜(14)的两个侧面，第三反射镜(16)和第四反射镜(17)通过支架对称固定在三棱镜(14)下方的第二安装板(12)侧壁上，第三反射镜(16)和第四反射镜(17)的镜面朝向三棱镜(14)的底面。
2.根据权利要求1所述的适用于工业检测的反射式外全景镜头，其特征在于：所述远心镜头(4)包括锥形的镜头壳体，镜头壳体内由上至下沿光轴从像面到物面依次固定有第一平面镜片(18)、第二球面镜片(19)、第三球面镜片(20)、第四球面镜片(21)、第五平面镜片(22)、第六球面镜片(23)和第七球面镜片(24)，所述第二球面镜片(19)的物面侧为凸面、像面侧为凹面，第三球面镜片(20)的物面侧为凸面、像面侧为凸面，第四球面镜片(21)的物面侧为凹面、像面侧为凹面，第六球面镜片(23)的物面侧为凸面、像面侧为平面，第七球面镜片(24)的物面侧为凸面、像面侧为平面。
3.根据权利要求1所述的适用于工业检测的反射式外全景镜头，其特征在于：所述第二壳体(3)与第一壳体(1)之间安装有第一垫片(2)，所述第三壳体(6)与远心镜头(4)外壁之间安装有第一垫块(7)，所述第四壳体(8)内壁与远心镜头(4)外壁之间安装有第二垫块(9)，远心镜头(4)底部与第四壳体(8)底部之间安装有第二垫片(10)。
4.根据权利要求2所述的适用于工业检测的反射式外全景镜头，其特征在于：所述第一平面镜片(18)直径为25.21mm，所述第一平面镜片(18)厚度为1mm。
5.根据权利要求2所述的适用于工业检测的反射式外全景镜头，其特征在于：所述第二球面镜片(19)物面侧的凸面的曲率半径为R12.35mm，所述第二球面镜片(19)像面侧的凹面的曲率半径为R2.156mm，所述第二球面镜片(19)的芯厚为5mm。
6.根据权利要求2所述的适用于工业检测的反射式外全景镜头，其特征在于：所述第三球面镜片(20)物面侧的凸面的曲率半径为R16.5mm，所述第三球面镜片(20)像面侧的凸面的曲率半径为R25.21mm，所述第三球面镜片(20)的芯厚为6.5mm。
7.根据权利要求2所述的适用于工业检测的反射式外全景镜头，其特征在于：所述第四球面镜片(21)物面侧的凹面的曲率半径为R12.6mm，所述第四球面镜片(21)像面侧的凹面的曲率半径为R2.156mm，所述第四球面镜片(21)的芯厚为3mm。
8.根据权利要求2所述的适用于工业检测的反射式外全景镜头，其特征在于：所述第五平面镜片(22)直径为2.93mm，所述第五平面镜片(22)厚度为1mm。
9.根据权利要求2所述的适用于工业检测的反射式外全景镜头，其特征在于：所述第六球面镜片(23)物面侧的凸面的曲率半径为R15.23mm，所述第六球面镜片(23)的芯厚为18mm。
10.根据权利要求2所述的适用于工业检测的反射式外全景镜头，其特征在于：所述第七球面镜片(24)物面侧的凸面的曲率半径为R56.23mm，所述第七球面镜片(24)的芯厚为2.156mm。
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