CN113037974B - 一种集成式成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成式成像装置，包括依次模块化设置的相机模组、镜头模组和光源模组；光源模组包括同轴光和表面光组件，所述表面光组件包括多个亮度相同且均匀性≥65％的表面光，同轴光和多个所述表面光的出光方向相同；表面LED灯组发出的光束经过表光棱镜后朝向同轴光经转折棱镜后的出光方向偏折；高集成模块化设计在保证高质量成像能力的同时将镜头和光源做到小型一体化、可拆卸结构，大大节约作业效率，可靠的防碰撞设计有效减小了在不确定因素条件下对光学性能造成的影响。该装置可用于检测、定位，大大节省机台空间，操作便捷，光学性能稳定。

Description

一种集成式成像装置
技术领域
本发明属于机器视觉的光学成像领域，具体涉及一种集成式成像装置。
背景技术
在机器视觉智能制造领域，成像装置是核心部件之一，镜头和光源在拆换过程中，镜头和光源的位置须重新调整以实现最好的成像效果，这个调整过程花费的时间大大降低了工作效率，同时镜头和光源分别安装使整个设备的空间变大、结构繁琐，因此亟需一种结构紧凑轻便、各个组成部分模块化、易拆换的高集成成像装置，以应对当前及未来机器视觉智能制造领域的需要。其次，当前采用的光源模块较为单一，单纯的同轴光不能满足对光滑表面的光线要求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种集成式成像装置，其能解决前述问题。
设计原理：相机、镜头、光源通过光学仿真结合机械设计，设计出高集成、高成像质量、小巧轻便、可拆卸的成像系统，其中镜头模组和光源模组可拆卸调换，更换不同的光源。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
一种集成式成像装置，装置包括依次模块化设置的相机模组、镜头模组和光源模组；所述相机模组包括成像芯片、相机外壳、相机接口、相机电源接口和数据接口，所述相机接口开设在所述相机外壳的底部；所述镜头模组包括镜头接口、光学组件和镜头外壳，所述镜头接口设置在所述镜头外壳顶端，以便与所述相机接口连接；所述光源模组包括同轴光和表面光组件，所述表面光组件包括多个亮度相同且均匀的表面光，同轴光和多个所述表面光的出光方向相同；其中，所述同轴光包括同轴LED灯组、漫反射板、和半反半透的转折棱镜，且所述镜头模组的物方视野正对所述转折棱镜的反射视野设置；其中，每个所述表面光包括表面LED灯组和表光棱镜，所述表光棱镜设置在所述表面LED灯组的出光端，表面LED灯组发出的光束经过表光棱镜后朝向同轴光经转折棱镜后的出光方向偏折；表面光组件中的每个表面光的光路效果相同，且组合的表面光组件的亮度均匀性≥65％。
优选的，所述表面光组件包括四个表面光，四个所述表面光呈矩形布置；所述同轴光的同轴LED灯组和漫反射板设置在其中一个表面光的上部，四个表面光围成的中部面积大于等于同轴光的转折棱镜朝向物方的投影面积。
优选的，所述表面LED灯组的每个LED灯珠可更换，在LED灯珠的背板及外壳采用散热设计。
优选的，所述同轴LED灯组包括主LED阵列、主电路板和主电源线，所述主LED阵列采用LED灯珠矩形阵列或圆形阵列，所述主LED阵列由所述主电路板控制供电的灯珠和供电顺序，所述主电路板背面贴装在硅胶散热片上以提高散热效果，所述主电源线与所述主电路板电讯连接提供电源。
优选的，在所述硅胶散热片处的安装架上开设通风孔，并在所述通风孔处设置主散热风扇。
优选的，表面光组件包括第一表面光、第二表面光、第三表面光和第四表面光，每个表面光的表面LED灯组的灯珠布置成矩形阵列。
优选的，所述转折棱镜的转折角度范围为45°～70°。
优选的，在所述同轴光和表面光组件背面设置同轴电源线和表光电源线。
优选的，所述光源模组还包括光源集成块和侧边块，其中，所述光源集成块呈“凸”字形，所述侧边块可拆卸的设置在“凸”字形凸头端；在光源集成块的中间开设光源视野孔，在光源视野孔处斜置的开设棱镜槽，在远离光源集成块凸头的另一端开设第四表光孔，对应所述第四表光孔的内侧开设第四表面光和同轴光的安装腔；在所述安装腔中外侧设置第四表面光，在所述第四表面光上方、即安装腔内侧设置同轴光的同轴LED灯组和漫反射板，在所述棱镜槽处设置转折棱镜；所述同轴LED灯组的发光方向与第四表面光的表面LED灯组的发光方向垂直。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：高集成模块化设计在保证高质量成像能力的同时将镜头和光源做到小型一体化、可拆卸结构，大大节约作业效率，可靠的防碰撞设计有效减小了在不确定因素条件下对光学性能造成的影响。该装置可用于检测、定位，大大节省机台空间，操作便捷，光学性能稳定。
附图说明
图1为本发明集成式成像装置一个视角的示意图；
图2为本发明集成式成像装置另一个视角的示意图；
图3为集成式成像装置部分分解示意图。
图中：
10、相机模组；
11、相机外壳；12、相机接口；13、相机电源接口；14、数据接口；
20、镜头模组；
21、镜头接口；22、镜头外壳；
30、光源模组；
31、同轴光；311、同轴LED灯组；312、漫反射板；313、转折棱镜；
321、第一表面光；322、第二表面光；323、第三表面光；324、第四表面光；
33、同轴电源线；34、表光电源线；
35、光源集成块；351、光源视野孔；352、棱镜槽；353、第四表光孔；
36、侧边块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种集成式成像装置，参见图1-3，装置包括依次模块化设置的相机模组10、镜头模组20和光源模组30。
相机模组
相机模组10包括成像芯片(图未示)、相机外壳11、相机接口12、相机电源接口13和数据接口14，所述相机接口12开设在所述相机外壳11的底部。
成像芯片为CMOS或者CCD，数据接口处连接图像处理装置，一般选用计算机，对成像图片的进行参数调整处理。相机模组10的突出特点为轻、小巧，并且能兼顾成像质量效果。
镜头模组
镜头模组20包括镜头接口21、镜头外壳22和光学组件，所述镜头接口21设置在所述镜头外壳22顶端，以便与所述相机接口12连接；
光学组件由多块光学镜片和孔径光阑组合而成的远心镜头，镜头外壳是金属材质，该镜头模组物方视野大小尺寸(圆形、正方形、长方形等)可以根据设计光源模组处的开口大小控制，镜筒上根据实际固定需求设计螺孔位置和大小，材质也可灵活选用，更轻薄的为好，为实际的应用场景提供更多便利。
光源模组
镜头模组20下面是光源模组30，光源模组30的设计是整个装置的设计重点。
具体的，光源模组30包括同轴光31和表面光组件，所述表面光组件包括多个亮度相同且均匀的表面光(321/322/323//324)，同轴光31和多个所述表面光的出光方向相同。光源模组30尺寸可控，采用模块化设计，通过调整可控制物方视野的形状及尺寸，给不同场景下的应用提供了多种思路，采用转折棱镜的设计减小光源模组的体积，同时物方视野的尺寸决定了同轴光31的厚度，同轴光位置预留一定空间保证散热效果显著，减小发热对光学系统的成像影响。
其中，所述同轴光31包括同轴LED灯组311、漫反射板312、和半反半透的转折棱镜313，且所述镜头模组20的物方视野正对所述转折棱镜的反射视野设置；同轴光31为远心镜头提供平行光线，该平行光线经过半反半透镜达到物体最终到成像面上。所述转折棱镜的转折角度范围为45°～70°。
所述同轴LED灯组包括主LED阵列、主电路板和主电源线，所述主LED阵列采用LED灯珠矩形阵列或圆形阵列，所述主LED阵列由所述主电路板控制供电的灯珠和供电顺序，所述主电路板背面贴装在硅胶散热片上以提高散热效果，所述主电源线与所述主电路板电讯连接提供电源。
进一步的，在所述硅胶散热片处的安装架上开设通风孔(图未示)，并在所述通风孔处设置主散热风扇(图未示)。
其中，每个所述表面光(321/322/323/324)包括表面LED灯组和表光棱镜(参见图3)，所述表光棱镜设置在所述表面LED灯组的出光端，表面LED灯组发出的光束经过表光棱镜后朝向同轴光31经转折棱镜313后的出光方向偏折。
表面光组件中的每个表面光的光路效果相同，且组合的表面光组件的亮度均匀性≥65％。
一个实施例中，所述表面光组件包括四个表面光(321/322/323/324)，四个所述表面光呈矩形布置；所述同轴光31的同轴LED灯组和漫反射板设置在其中一个表面光的上部，四个表面光围成的中部面积大于等于同轴光31的转折棱镜朝向物方的投影面积，即朝向同轴光的出光口偏折。四块表面光的表光棱镜具有相同的转折角度，优选45°，
其中，表面LED灯组的每个LED灯珠可更换，在LED灯珠的背板及外壳采用散热设计。
每个表面光的表面LED灯组的灯珠布置成矩形阵列，选为单排、两排或三排设置，以保证表面光的宽度。
进一步的，在所述同轴光31和表面光组件背面设置同轴电源线33和表光电源线34。
进一步的，光源模组30还包括光源集成块35和侧边块36，其中，所述光源集成块35呈“凸”字形，所述侧边块36可拆卸的设置在“凸”形凸头端。在光源集成块35的中间开设光源视野孔351，在光源视野孔351处斜置的设置棱镜槽352，在远离光源集成块35的凸头端的另一端，开设第四表光孔353，对应所述第四表光孔353的内侧开设第四表面光324和同轴光31的安装腔。
其中，在所述侧边块36的外侧安装第一表面光321，在光源集成块35和侧边块36的组装处两侧设置所述第二表面光322和第三表面光323，在所述安装腔中外侧设置第四表面光324，在所述第四表面光324上方、即安装腔内侧设置同轴光31的同轴LED灯组311和漫反射板312，在所述棱镜槽352处设置所述转折棱镜313。同轴LED灯组311的发光方向与第四表面光324的表面LED灯组的发光方向垂直。
整体光路设计中，四块效果相当的表面光负责均匀打亮整个视野范围，使其视野范围内亮度均匀性可达65％以上，优选稳定在70％。四块表面光分别是由相同的LED灯珠通过棱镜的折射使视野范围内亮度均匀，LED灯珠小型化，可选用单色灯珠或者多色灯珠，并且有散热装置。棱镜可选玻璃或者塑胶材质的，不同材质折射率不同对棱镜角度设计有一定影响，棱镜的角度设计可以调控视野区域内的均匀性，可根据实际需求设计棱镜结构。同时同轴光和表面光电源线由同一控制器控制发光。
综上，该一体化光学装置结构小巧轻盈，总长度小于130mm，重量小于400g。光源模组通过同轴光和表面光的组合达到高均匀性光源效果，保证了紧凑结构下良好的光学成像效果。装置可广泛应用于各类检测设备的成像中，便于推广。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种集成式成像装置，其特征在于：装置包括依次模块化设置的相机模组(10)、镜头模组(20)和光源模组(30)；
所述相机模组(10)包括成像芯片、相机外壳、相机接口、相机电源接口和数据接口，所述相机接口开设在所述相机外壳的底部；
所述镜头模组(20)包括镜头接口(21)、光学组件和镜头外壳，所述镜头接口(21)设置在所述镜头外壳顶端，以便与所述相机接口连接；
所述光源模组(30)包括同轴光(31)和表面光组件，所述表面光组件包括多个亮度相同且均匀的表面光，同轴光(31)和多个所述表面光的出光方向相同；
其中，所述同轴光(31)包括同轴LED灯组、漫反射板、和半反半透的转折棱镜，且所述镜头模组(20)的物方视野正对所述转折棱镜的反射视野设置；
其中，每个所述表面光包括表面LED灯组和表光棱镜，所述表光棱镜设置在所述表面LED灯组的出光端，表面LED灯组发出的光束经过表光棱镜后朝向同轴光(31)经转折棱镜后的出光方向偏折；
表面光组件中的每个表面光的光路效果相同，且组合的表面光组件的亮度均匀性≥65％。
2.根据权利要求1所述的集成式成像装置，其特征在于：所述表面光组件包括四个表面光，四个所述表面光呈矩形布置；所述同轴光(31)的同轴LED灯组和漫反射板设置在其中一个表面光的上部，四个表面光围成的中部面积大于等于同轴光(31)的转折棱镜朝向物方的投影面积。
3.根据权利要求2所述的集成式成像装置，其特征在于：所述表面LED灯组的每个LED灯珠可更换，在LED灯珠的背板及外壳采用散热设计。
4.根据权利要求2所述的集成式成像装置，其特征在于：所述同轴LED灯组包括主LED阵列、主电路板和主电源线，所述主LED阵列采用LED灯珠矩形阵列或圆形阵列，所述主LED阵列由所述主电路板控制供电的灯珠和供电顺序，所述主电路板背面贴装在硅胶散热片上以提高散热效果，所述主电源线与所述主电路板电讯连接提供电源。
5.根据权利要求4所述的集成式成像装置，其特征在于：在所述硅胶散热片处的安装架上开设通风孔，并在所述通风孔处设置主散热风扇。
6.根据权利要求1或2所述的集成式成像装置，其特征在于：表面光组件包括第一表面光(321)、第二表面光(322)、第三表面光(323)和第四表面光(324)，每个表面光的表面LED灯组的灯珠布置成矩形阵列。
7.根据权利要求1所述的集成式成像装置，其特征在于：所述转折棱镜的转折角度范围为45°～70°。
8.根据权利要求1所述的集成式成像装置，其特征在于：在所述同轴光(31)和表面光组件背面设置同轴电源线和表光电源线。
9.根据权利要求6所述的集成式成像装置，其特征在于：所述光源模组(30)还包括光源集成块(35)和侧边块(36)，其中，所述光源集成块(35)呈“凸”字形，所述侧边块(36)可拆卸的设置在“凸”字形凸头端；在光源集成块(35)的中间开设光源视野孔(351)，在光源视野孔(351)处斜置的开设棱镜槽(352)，在远离光源集成块(35)凸头的另一端开设第四表光孔(353)，对应所述第四表光孔(353)的内侧开设第四表面光(324)和同轴光(31)的安装腔；在所述安装腔中外侧设置第四表面光(324)，在所述第四表面光(324)上方、即安装腔内侧设置同轴光(31)的同轴LED灯组(311)和漫反射板(312)，在所述棱镜槽(352)处设置转折棱镜(313)；所述同轴LED灯组(311)的发光方向与第四表面光(324)的表面LED灯组的发光方向垂直。
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