CN112269251A - 一种适用于工业检测的透射式外全景镜头 - Google Patents

一种适用于工业检测的透射式外全景镜头 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外全景镜头，用于安装在相机前端，相机前端内部安装有第一平面镜片，该透射式外全景镜头包括第一镜筒、第二镜筒、第三镜筒，第一镜筒、相机连接环，相机与第一镜筒顶端通过相机连接环螺纹连接，第一镜筒下端固定在第二镜筒顶端，第二镜筒末端固定在第三镜筒顶端内。与现有技术相比，本发明的适用于工业检测的透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，通过第一镜筒和第三镜筒内的镜片以及第一调焦环、第二调焦环和第三调焦环进行调焦，实现轴承类产品的外观全景成像，该透射式外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透射式外全景镜头。
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、适用于工业检测的透射式外全景镜头。
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透射式外全景镜头，用于安装在相机前端，相机前端内部安装有第一平面镜片，该透射式外全景镜头包括第一镜筒、第二镜筒、第三镜筒，第一镜筒、相机连接环，所述相机与第一镜筒顶端通过相机连接环螺纹连接，第一镜筒下端固定在第二镜筒顶端，第二镜筒末端固定在第三镜筒顶端内；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二球面镜片、第三球面镜片、第四球面镜片、第五平面镜片、光阑、第六球面镜片，第二球面镜片的物面侧为凸面、像面侧为凸面，第三球面镜片的物面侧为凸面、像面侧为凹面，第四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凸面、像面侧为凹面；所述第三镜筒由上至下沿光轴从像面到物面依次固定有第七球面镜片、第八球面镜片和第九球面镜片，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凸面、像面侧为凸面，第九球面镜片的物面侧为凹面、像面侧为凸面。
进一步地，所述相机连接环的内孔下端内套装有第一镜片支撑环，第一镜筒上端安装在第一镜片支撑环下端内，第一镜片支撑环和相机连接环的外圈螺纹连接有第一调焦环，所述第一镜片支撑环内固定有第一卡环和第二卡环，第一卡环位于第二球面镜片上端，第二卡环位于第四球面镜片下端；第一镜筒上端外套设有第一调节环，第一调节环和第一镜筒上端外圈螺纹连接有第二调焦环；光阑通过第三卡环固定在第一镜筒内孔中，第五平面镜片固定在光阑上面；位于第二调焦环下方的第一镜筒的外圈螺纹连接有第三调焦环，第二调焦环和第三调焦环之间的第一镜筒的外圈套设有第二调节环；第一镜筒内孔下端固定有第四卡环，第六球面镜片位于第四卡环上端由第四卡环卡紧在第一镜筒内孔中；所述第三镜筒的内孔中安装有第二镜片支撑环，第七球面镜片、第八球面镜片安装在第二镜片支撑环内，第二镜片支撑环顶端固定有第五卡环，所述第三镜筒的内孔底部设有卡紧第九球面镜片的第六卡环。
优选地，第一平面镜片的直径为4.21mm，所述第一平面镜片的厚度为 1.63mm。
优选地，所述第二球面镜片物面侧的凸面的曲率半径为R29.5mm，所述第二球面镜片像面侧的凸面的曲率半径为R22.31mm，所述第二球面镜片芯厚为 3mm。
优选地，所述第三球面镜片物面侧的凸面的曲率半径为R9.61mm，所述第三球面镜片像面侧的凹面的曲率半径为R66.53mm，所述第三球面镜片芯厚为 6.53mm。
优选地，所述第四球面镜片物面侧的凸面的曲率半径为R24.21mm，所述第四球面镜片像面侧的凹面的曲率半径为R9.61mm，所述第四球面镜片芯厚为 2.9mm。
优选地，所述第五平面镜片直径为15.74mm，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R22.32mm，所述第六球面镜片像面侧的凹面的曲率半径为R8.59mm，所述第六球面镜片芯厚为 3mm。
优选地，所述第七球面镜片物面侧的凹面的曲率半径为R58.96mm，所述第七球面镜片像面侧的凸面的曲率半径为R18.95mm，所述第七球面镜片芯厚为 15mm；所述第八球面镜片物面侧的凸面的曲率半径为R36.57mm，所述第八球面镜片像面侧的凸面的曲率半径为R58.96mm，所述第八球面镜片的芯厚为 39.5mm；所述第七球面镜片和第八球面镜片为胶合镜片。
优选地，所述第九球面镜片物面侧的凹面的曲率半径为R18.95mm，所述第九球面镜片像面侧的凸面的曲率半径为R95mm，所述第九球面镜片的芯厚为 25mm。
与现有技术相比，本发明的适用于工业检测的透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，通过第一镜筒和第三镜筒内的镜片以及第一调焦环、第二调焦环和第三调焦环进行调焦，实现轴承类产品的外观全景成像，该透射式外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外全景镜头的主视图。
图2为本发明的适用于工业检测的透射式外全景镜头的全剖视图。
图3为本发明的适用于工业检测的透射式外全景镜头的第一镜筒剖视图。
图4为本发明的适用于工业检测的透射式外全景镜头的镜片示意图。
图5为本发明的适用于工业检测的透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透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透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透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透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透射式外全景镜头，用于安装在相机7前端，相机7前端内部安装有第一平面镜片20，该透射式外全景镜头包括第一镜筒1、第二镜筒2、第三镜筒4，第一镜筒1、相机连接环8，所述相机7与第一镜筒1顶端通过相机连接环8螺纹连接，第一镜筒1下端固定在第二镜筒2顶端，第二镜筒2末端固定在第三镜筒4顶端内；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二球面镜片21、第三球面镜片22、第四球面镜片23、第五平面镜片24、光阑18、第六球面镜片25，第二球面镜片21的物面侧为凸面、像面侧为凸面，第三球面镜片22的物面侧为凸面、像面侧为凹面，第四球面镜片23的物面侧为凸面、像面侧为凹面，第六球面镜片25的物面侧为凸面、像面侧为凹面；所述第三镜筒4由上至下沿光轴从像面到物面依次固定有第七球面镜片26、第八球面镜片27和第九球面镜片28，第七球面镜片26的物面侧为凹面、像面侧为凸面，第八球面镜片27的物面侧为凸面、像面侧为凸面，第九球面镜片28的物面侧为凹面、像面侧为凸面。
本实施例中，所述相机连接环8的内孔下端内套装有第一镜片支撑环11，第一镜筒1上端安装在第一镜片支撑环11下端内，第一镜片支撑环11和相机连接环8的外圈螺纹连接有第一调焦环10，所述第一镜片支撑环11内固定有第一卡环9和第二卡环12，第一卡环9位于第二球面镜片21上端，第二卡环12 位于第四球面镜片23下端，第一卡环9和第二卡环12对第二球面镜片21和第四球面镜片23起到支撑和夹紧作用；第一镜筒1上端外套设有第一调节环14，第一调节环14和第一镜筒1上端外圈螺纹连接有第二调焦环13；光阑18通过第三卡环16固定在第一镜筒1内孔中，第五平面镜片24固定在光阑18上面；位于第二调焦环13下方的第一镜筒1的外圈螺纹连接有第三调焦环17，第二调焦环13和第三调焦环17之间的第一镜筒1的外圈套设有第二调节环15；第一镜筒1内孔下端固定有第四卡环19，第六球面镜片25位于第四卡环19上端由第四卡环19卡紧在第一镜筒1内孔中，第四卡环19安装在第一镜筒1内对第六球面镜片25起到夹紧作用；所述第三镜筒4的内孔中安装有第二镜片支撑环5，第七球面镜片26、第八球面镜片27安装在第二镜片支撑环5内，第二镜片支撑环5顶端固定有第五卡环3，第五卡环3对第七球面镜片26和第八球面镜片27起夹紧作用，所述第三镜筒4的内孔底部设有卡紧第九球面镜片28的第六卡环6。
本实施例中，第一平面镜片20的直径为4.21mm，所述第一平面镜片20的厚度为1.63mm。
本实施例中，所述第二球面镜片21物面侧的凸面的曲率半径为R29.5mm，所述第二球面镜片21像面侧的凸面的曲率半径为R22.305mm，所述第二球面镜片21芯厚为3mm。
本实施例中，所述第三球面镜片22物面侧的凸面的曲率半径为R9.61mm，所述第三球面镜片22像面侧的凹面的曲率半径为R66.53mm，所述第三球面镜片22芯厚为6.53mm。
本实施例中，所述第四球面镜片23物面侧的凸面的曲率半径为R24.21mm，所述第四球面镜片23像面侧的凹面的曲率半径为R9.61mm，所述第四球面镜片 23芯厚为2.9mm。
本实施例中，所述第五平面镜片24直径为15.74mm，所述第五平面镜片24 厚度为1mm。
本实施例中，所述第六球面镜片25物面侧的凸面的曲率半径为R22.323mm，所述第六球面镜片25像面侧的凹面的曲率半径为R8.59mm，所述第六球面镜片 25芯厚为3mm。
本实施例中，所述第七球面镜片26物面侧的凹面的曲率半径为R58.96mm，所述第七球面镜片26像面侧的凸面的曲率半径为R18.95mm，所述第七球面镜片26芯厚为15mm；所述第八球面镜片27物面侧的凸面的曲率半径为 R36.57mm，所述第八球面镜片27像面侧的凸面的曲率半径为R58.96mm，所述第八球面镜片27的芯厚为39.5mm；所述第七球面镜片26和第八球面镜片27 为胶合镜片。
本实施例中，所述第九球面镜片28物面侧的凹面的曲率半径为R18.95mm，所述第九球面镜片28像面侧的凸面的曲率半径为R95mm，所述第九球面镜片 28的芯厚为25mm。
具体地，本实施例中各透镜的具体参数如表1所示。
表1
Surf Radius Thickness nd vd
OBJ -103.500 27.000
1 -18.95.000 25.000 1.833996 37.320900
2 -95.000 2.200
3 36.570 39.500 1.622094 56.726025
4 -58.960 15.000 1.846666 23.787324
5 -18.95.000 295.252
6 22.323 3.000 1.518176 58.950076
7 8.590 21.055
STO 无限 20.910
9 24.210 2.900 1.846666 23.787324
10 9.610 3.000 1.622094 56.726025
11 66.530 0.499
12 29.500 3.000 1.666724 48.431709
13 -22.305 18.689
IMA 无限 -
为了验证本实施例的适用于工业检测的透射式外全景镜头的光学性能，对本实施例的适用于工业检测的透射式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0.4mm，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。镜头的畸变小于8％，图像变形率一般，图像能够反应样件的真实情况。
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％，衍射极限较小时，光学传递函数约为45％。
由图7可知，空间频率对光学传递函数影响显著，空间频率越高，光学传递函数越低。视场的大小对光学传递函数的影响不大。在空间频率较低时，该镜头的光学传递效果优异，光学信息损失较少。
由图8可知，镜头的艾利斑为10.58μm，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9，使用上述实施例的适用于工业检测的透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透射式外全景镜头设置在轴承上方，开启相机7就能实现轴承的外观全景成像。图9 是用该透射式外全景镜头拍摄某轴承的外表面全景图，此照片清晰度较高，照片中的明场和暗场区分明显，照片以1:1的比例呈现出轴承外表面的实际结构，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透射式外全景镜头，用于安装在相机(7)前端，相机(7)前端内部安装有第一平面镜片(20)，该透射式外全景镜头包括第一镜筒(1)、第二镜筒(2)、第三镜筒(4)，第一镜筒(1)、相机连接环(8)，所述相机(7)与第一镜筒(1)顶端通过相机连接环(8)螺纹连接，第一镜筒(1)下端固定在第二镜筒(2)顶端，第二镜筒(2)末端固定在第三镜筒(4)顶端内；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二球面镜片(21)、第三球面镜片(22)、第四球面镜片(23)、第五平面镜片(24)、光阑(18)、第六球面镜片(25)，第二球面镜片(21)的物面侧为凸面、像面侧为凸面，第三球面镜片(22)的物面侧为凸面、像面侧为凹面，第四球面镜片(23)的物面侧为凸面、像面侧为凹面，第六球面镜片(25)的物面侧为凸面、像面侧为凹面；所述第三镜筒(4)由上至下沿光轴从像面到物面依次固定有第七球面镜片(26)、第八球面镜片(27)和第九球面镜片(28)，第七球面镜片(26)的物面侧为凹面、像面侧为凸面，第八球面镜片(27)的物面侧为凸面、像面侧为凸面，第九球面镜片(28)的物面侧为凹面、像面侧为凸面。
2.根据权利要求1所述的适用于工业检测的透射式外全景镜头，其特征在于：所述相机连接环(8)的内孔下端内套装有第一镜片支撑环(11)，第一镜筒(1)上端安装在第一镜片支撑环(11)下端内，第一镜片支撑环(11)和相机连接环(8)的外圈螺纹连接有第一调焦环(10)，所述第一镜片支撑环(11)内固定有第一卡环(9)和第二卡环(12)，第一卡环(9)位于第二球面镜片(21)上端，第二卡环(12)位于第四球面镜片(23)下端；第一镜筒(1)上端外套设有第一调节环(14)，第一调节环(14)和第一镜筒(1)上端外圈螺纹连接有第二调焦环(13)；光阑(18)通过第三卡环(16)固定在第一镜筒(1)内孔中，第五平面镜片(24)固定在光阑(18)上面；位于第二调焦环(13)下方的第一镜筒(1)的外圈螺纹连接有第三调焦环(17)，第二调焦环(13)和第三调焦环(17)之间的第一镜筒(1)的外圈套设有第二调节环(15)；第一镜筒(1)内孔下端固定有第四卡环(19)，第六球面镜片(25)位于第四卡环(19)上端由第四卡环(19)卡紧在第一镜筒(1)内孔中；所述第三镜筒(4)的内孔中安装有第二镜片支撑环(5)，第七球面镜片(26)、第八球面镜片(27)安装在第二镜片支撑环(5)内，第二镜片支撑环(5)顶端固定有第五卡环(3)，所述第三镜筒(4)的内孔底部设有卡紧第九球面镜片(28)的第六卡环(6)。
3.根据权利要求1所述的适用于工业检测的透射式外全景镜头，其特征在于：第一平面镜片(20)的直径为4.21mm，所述第一平面镜片(20)的厚度为1.63mm。
4.根据权利要求1所述的适用于工业检测的透射式外全景镜头，其特征在于：所述第二球面镜片(21)物面侧的凸面的曲率半径为R29.5mm，所述第二球面镜片(21)像面侧的凸面的曲率半径为R22.31mm，所述第二球面镜片(21)芯厚为3mm。
5.根据权利要求1所述的适用于工业检测的透射式外全景镜头，其特征在于：所述第三球面镜片(22)物面侧的凸面的曲率半径为R9.61mm，所述第三球面镜片(22)像面侧的凹面的曲率半径为R66.53mm，所述第三球面镜片(22)芯厚为6.53mm。
6.根据权利要求1所述的适用于工业检测的透射式外全景镜头，其特征在于：所述第四球面镜片(23)物面侧的凸面的曲率半径为R24.21mm，所述第四球面镜片(23)像面侧的凹面的曲率半径为R9.61mm，所述第四球面镜片(23)芯厚为2.9mm。
7.根据权利要求1所述的适用于工业检测的透射式外全景镜头，其特征在于：所述第五平面镜片(24)直径为15.74mm，所述第五平面镜片(24)厚度为1mm。
8.根据权利要求1所述的适用于工业检测的透射式外全景镜头，其特征在于：所述第六球面镜片(25)物面侧的凸面的曲率半径为R22.32mm，所述第六球面镜片(25)像面侧的凹面的曲率半径为R8.59mm，所述第六球面镜片(25)芯厚为3mm。
9.根据权利要求1所述的适用于工业检测的透射式外全景镜头，其特征在于：所述第七球面镜片(26)物面侧的凹面的曲率半径为R58.96mm，所述第七球面镜片(26)像面侧的凸面的曲率半径为R18.95mm，所述第七球面镜片(26)芯厚为15mm；所述第八球面镜片(27)物面侧的凸面的曲率半径为R36.57mm，所述第八球面镜片(27)像面侧的凸面的曲率半径为R58.96mm，所述第八球面镜片(27)的芯厚为39.5mm；所述第七球面镜片(26)和第八球面镜片(27)为胶合镜片。
10.根据权利要求1所述的适用于工业检测的透射式外全景镜头，其特征在于：所述第九球面镜片(28)物面侧的凹面的曲率半径为R18.95mm，所述第九球面镜片(28)像面侧的凸面的曲率半径为R95mm，所述第九球面镜片(28)的芯厚为25mm。
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