CN202256851U - 一种led焊线设备用远心测量镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种LED焊线设备用远心测量镜头，镜头光路系统包括远心成像光路，同轴临界照明光路及侧光辅助照明光路等。其中成像部分光路设计为可调，以弥补镜头镜片加工误差或者镜头在机器中的装配误差引起的像面偏离；同轴照明为嵌入式临界照明，照明中的镜片既用于照明光路，也用于成像光路。侧光选用多角度及红蓝两种颜色的LED来照明。这样可以通过灯光的选择调试来满足各种不同表面属性的LED芯片测试需求。

Description

一种LED焊线设备用远心测量镜头

技术领域

本实用新型涉及机器视觉技术领域，尤其适用于一些需要精密测量的自动化设备。

背景技术

1.机器视觉技术

机器视觉技术，是一门涉及人工智能、神经生物学、心理物理学、计算机科学、图像处理、模式识别等诸多领域的交叉学科。机器视觉主要用计算机来模拟人的视觉功能，从客观事物的图像中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于实际检测、测量和控制。机器视觉技术最大的特点是速度快、信息量大、功能多。

　  机器视觉主要用计算机来模拟人的视觉功能，但并不仅仅是人眼的简单延伸，更重要的是具有人脑的一部分功能一一从客观事物的图像中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于实际检测、测量和控制。利用机器视觉进行检测不仅可以排除人的主观因素的干扰，而且还能够对这些指标进行定量描述,避免了因人而异的检测结果，减小了检测分级误差，提高了生产率和分级精度。

一个典型的工业机器视觉应用系统，包括数字图像处理技术、机械工程技术、控制技术、光源照明技术、光学成像技术、传感器技术、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术、人机接口技术等。

2.远心镜头技术

（1）物方远心镜头

　　 物方远心镜头是将孔径光阑放置在光学系统的像方焦平面上，当孔径光阑放在像方焦平面上时，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。 物方远心镜头用于工业精密测量，畸变极小。高性能的可以达到无畸变。 

（2）像方远心镜头

　　像方远心镜头，通过在物方焦平面上放置孔径光阑，使像方主光线平行于光轴，从而虽然CCD芯片的安装位置有改变，在CCD芯片上投影成像大小不变。 像方远心镜头的优点是，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。CCD，英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件. CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor），互补金属氧化物半导体，电压控制的一种放大器件。是组成CMOS数字集成电路的基本单元。

（3）两侧远心镜头

　　此镜头兼于上面两种镜头的优点。 在工业图像处理/机器视觉中，一般只使用物方远心镜头！偶尔也有使用两侧远心镜头的，(当然价格更高)。而在工业图像处理/机器视觉这个领域里，像方远心镜头一般来说不会起作用的，因此这个行业基本是不用它的。 

图像清晰的边缘是通过物方远心镜头来实现的。如果使用高档次的物方远心镜头的话，图像的均匀亮度也是完全可以实现的。

发明内容

本设计要解决的技术问题是针对现有的LED焊线设备及相机提供一种高分辨率低畸变且轻便的成像及照明镜头系统。

本实用新型提供了一种LED焊线设备用远心测量镜头，其包括同轴光照明部分、侧光照明部分、镜头安装部分，所述同轴光照明部分包括同轴蓝光、同轴红光、滤光片、分光镜、第一凸透镜，所述同轴蓝光和所述同轴红光通过所述滤光片将光线投射到所述第一凸透镜上，所述侧光照明部分包括红光LED和蓝光LED，所述红光LED和蓝光LED设置在第一凸透镜的一侧，所述红光LED和蓝光LED发射的光线照射到物体上后，反射光射到所述第一凸透镜上，所述镜头安装部分包括镜头外壳，依次设置在镜头外壳内部的第二凸透镜、孔径光阑、微调焦镜片、电荷耦合器件感光面，所述分光镜的光线投射到所述第二凸透镜上。

作为本实用新型的进一步改进，同轴光照明部分还包括第一菲涅尔透镜，所述第一菲涅尔透镜设置在所述滤光片、分光镜之间。

作为本实用新型的进一步改进，侧光照明部分还包括第二菲涅尔透镜，所述第二菲涅尔透镜设置在所述红光LED和蓝光LED的外侧。

作为本实用新型的进一步改进，所述红光LED和蓝光LED为半圆环状设置，为四组半圆环，由内到外，第二组为红光LED，其余三组为蓝光LED。

作为本实用新型的进一步改进，还包括金线支撑部分，所述金线支撑部分设置在所述镜头外壳上，所述金线支撑部分设有金线穿插孔。

作为本实用新型的进一步改进，所述微调焦镜片外侧设有微调焦镜片固定件、微调螺钉和调节凸轮，通过微调螺钉穿过设置在调节凸轮和微调焦镜片固定件的缺口，使调节凸轮和微调焦镜片固定件发生相对滑动。

作为本实用新型的进一步改进，还包括锁紧螺钉，所述锁紧螺钉设置在所述镜头外壳上，将所述调节凸轮锁紧。

作为本实用新型的进一步改进，同轴光照明部分、侧光照明部分和镜头安装部分整体采用消色差设计。

作为本实用新型的进一步改进，所述镜头安装部分设有适应不同间距的LED支架需求镜头外壳调整螺钉。

本实用新型的有益效果是： 

本实用新型公开了一种2.4X远心镜头测量系统在LED焊线设备中的应用，其中成像部分光路设计为可调，以弥补镜头镜片加工误差或者镜头在机器中的装配误差引起的像面偏离；同轴照明为嵌入式（照明中的镜片即用于照明光路，也用于成像光路）临界照明。侧光选用多角度及红蓝两种颜色的LED来照明。这样可以通过灯光的选择调试来满足各种不同表面属性的LED芯片测试需求。

成像光路采用远心设计，减小工作距离变化对放大倍率的影响；采用消色差设计，减小色差对成像质量的影响；最后一片镜片为轴向可调，弥补因工作距离变化所引起的像面漂移。

同轴光路选用红蓝两路嵌入式LED（成像镜片参与照明）照明。具有很高的照明亮度及均匀性。

侧光具备红蓝两种颜色的照明效果，且采用菲涅尔透镜来聚光，既可以降低成本又可以实现大的照明角度覆盖范围。

所述镜头安装部分为可调，以适应不同间距的LED支架需求。采用特殊的装夹方式在尽量减重的同时提高整个系统的刚性。

镜头的侧面装有金线支撑杯将金线撑远，避免金线因与镜头表面的接触摩擦而损伤，以至于影响焊线质量。

【附图说明】

图1是本实用新型立体结构示意图；

图2是本实用新型另一角度立体结构示意图；

图3是图1分模块总体进行表示的剖面结构示意图；

图4是图1的剖面结构示意图；

图5是图1的俯视结构示意图；

图6是本实用新型的微调焦镜片的微调部件分解结构示意图；

图7是本实用新型的调节凸轮结构示意图；

图8是本实用新型的调节凸轮另一角度的结构示意图。

图中各部件名称如下：

同轴光照明部分101、侧光照明部分102、镜头安装部分103、金线支撑部分104、同轴蓝光1、同轴红光2、滤光片3、第一菲涅尔透镜4、分光镜5、第一凸透镜6、第二菲涅尔透镜7、红光LED8、蓝光LED9、第二凸透镜10、孔径光阑11、微调焦镜片12、电荷耦合器件感光面13、金线穿插孔14、调节凸轮15、微调螺钉16、微调焦镜片固定件17、锁紧螺钉18。

【具体实施方式】

下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1及图5所示，一种LED焊线设备用远心测量镜头，其包括同轴光照明部分101、侧光照明部分102、镜头安装部分103，金线支撑部分104。同轴光照明部分101、侧光照明部分102和镜头安装部分103整体采用消色差设计。

所述同轴光照明部分101包括同轴蓝光1、同轴红光2、滤光片3、第一菲涅尔透镜4、分光镜5、第一凸透镜6，所述同轴蓝光1和所述同轴红光2通过所述滤光片3将光线投射到所述第一凸透镜6上，所述第一菲涅尔透镜4设置在所述滤光片3、分光镜5之间。

所述侧光照明部分102包括第二菲涅尔透镜7、红光LED8和蓝光LED9，所述红光LED8和蓝光LED9设置在第一凸透镜6的一侧，所述红光LED8和蓝光LED9发射的光线照射到物体上后，反射光射到所述第一凸透镜6上，所述第二菲涅尔透镜7设置在所述红光LED8和蓝光LED9的外侧。所述红光LED8和蓝光LED9为半圆环状设置，为四组半圆环，由内到外，第二组为红光LED，其余三组为蓝光LED。

所述镜头安装部分103包括镜头外壳，依次设置在镜头外壳内部的第二凸透镜10、孔径光阑11、微调焦镜片12、电荷耦合器件感光面13，所述分光镜5的光线投射到所述第二凸透镜10上。所述镜头安装部分103设有适应不同间距的LED支架需求镜头外壳调整螺钉。

如图6所示，是本实用新型的微调焦镜片的微调部件分解结构示意图；所述微调焦镜片12外侧设有微调焦镜片固定件17、微调螺钉16和调节凸轮15，通过微调螺钉16穿过设置在调节凸轮15和微调焦镜片固定件17的缺口，使调节凸轮15和微调焦镜片固定件17发生相对滑动。还包括锁紧螺钉18，所述锁紧螺钉18设置在所述镜头外壳上，将所述调节凸轮15锁紧。调节凸轮15见图7和图8所示，所述调节凸轮设有弧形缺口，所述弧形缺口在所述调节凸轮15上呈螺旋状设计，即弧形的不同位置到调节凸轮边缘的距离是变化的。

所述金线支撑部分104设置在所述镜头外壳上，所述金线支撑部分104设有金线穿插孔14。

本实用新型中，

1.       镜头成像光路采用物方远心设计以实现物方远心，避免在使用时因LED支架的高低变化（导致镜头工作距离变化）而引起的镜头放大倍率变化，进而影响测量精度。整个成像部分采用（可见光区）消色差设计，避免在使用白光照明时色差引起的像面离焦最终影响成像质量。微调焦镜片采用正负组合可以缩短光路长度，可以使镜头尺寸减小进而达到减重的目的。本设计可以使镜头的畸变小于0.1%，可以保证在物方视场边沿处的误差小于1um。因此无需对图像做特殊的补偿处理而满足定位测量精度。

2.       镜头同轴照明光路采用红蓝两路嵌入式临界照明，即第一凸透镜即用于照明，又用于成像。该部分的设计考虑到了杂散光的因素，通过对镜片面型的选型及采用黑色哑光氧化的外壳来达到消除杂散光的目的。

3.       镜头侧光照明光路采用4路可分开控制亮暗的LED灯，可实现照明角度从23.5°~41.6°的覆盖范围。从外侧往内侧第三路采用红光LED，其余几路均采用蓝光LED。这样，通过对照明光路的选择及亮度调整就可以对不同的LED芯片获得对应的较好的照明效果。采用PCB板固定并供电给LED，并用菲涅尔透镜来汇聚光线，这样即可以简化装配，又可以缩减成本。

4.       镜头的最后一片镜片装配采用凸轮结构将镜片位置设计为可调，可通过旋转凸轮调节镜片位置来弥补因镜头工作距离误差引起的像面偏移。

5.       为适应不同间距的LED支架需求及对中心需要，镜头的装夹工件设计为X，Y方向可调(调节范围为±6mm)。因镜头与镜头基座一起沿X方向高速移动，为避免震动对镜头基座的影响，设计时在考虑减重的同时尽量提高镜头系统的刚性。

6．基于机器焊线原理的考虑，焊线位置与镜头光轴中心有一定的偏离，所以金线须从镜头的侧面穿过，要求镜头靠近金线侧的尺寸要尽量小。所以在设计时候将侧光固定在镜头的另外一侧，且采用支撑部件将金线撑远，避免金线鱼镜头的摩擦而损伤金线，以至于影响焊线质量。

镜头装机调试方法：

1.       用直角尺或其他工装夹具保持镜头光轴垂直于X,Y 桌面;调节镜头锁紧夹具来调整CCD的X,Y方向与机器桌面的对应方向平行（因镜管有开槽，所以可以通过挤压镜筒来锁紧CCD链接件，锁紧螺钉可不装）。

2.       松掉锁紧螺钉，旋转调节凸轮使镜片前后移动，来保证在对应的装配位置图像清晰。

3.       沿X,Y方向调整装夹工件的装配位置，保证镜头光轴中心与所要观察的物面中心同心。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种LED焊线设备用远心测量镜头，其特征在于：其包括同轴光照明部分(101)、侧光照明部分(102)、镜头安装部分(103)，所述同轴光照明部分(101)包括同轴蓝光(1)、同轴红光(2)、滤光片(3)、分光镜(5)、第一凸透镜(6)，所述同轴蓝光(1)和所述同轴红光(2)通过所述滤光片(3)将光线投射到所述第一凸透镜(6)上，所述侧光照明部分(102)包括红光LED(8)和蓝光LED(9)，所述红光LED(8)和蓝光LED(9)设置在第一凸透镜(6)的一侧，所述红光LED(8)和蓝光LED(9)发射的光线照射到物体上后，反射光射到所述第一凸透镜(6)上，所述镜头安装部分(103)包括镜头外壳，依次设置在镜头外壳内部的第二凸透镜(10)、孔径光阑(11)、微调焦镜片(12)、电荷耦合器件感光面(13)，所述分光镜(5)的光线投射到所述第二凸透镜(10)上。

2.根据权利要求1所述的一种LED焊线设备用远心测量镜头，其特征在于：同轴光照明部分(101)还包括第一菲涅尔透镜(4)，所述第一菲涅尔透镜(4)设置在所述滤光片(3)、分光镜(5)之间。

3.根据权利要求1所述的一种LED焊线设备用远心测量镜头，其特征在于：侧光照明部分(102)还包括第二菲涅尔透镜(7)，所述第二菲涅尔透镜(7)设置在所述红光LED(8)和蓝光LED(9)的外侧。

4.根据权利要求1所述的一种LED焊线设备用远心测量镜头，其特征在于：所述红光LED(8)和蓝光LED(9)为半圆环状设置，为四组半圆环，由内到外，第二组为红光LED，其余三组为蓝光LED。

5.根据权利要求1所述的一种LED焊线设备用远心测量镜头，其特征在于：还包括金线支撑部分(104)，所述金线支撑部分(104)设置在所述镜头外壳上，所述金线支撑部分(104)设有金线穿插孔(14)。

6.根据权利要求1所述的一种LED焊线设备用远心测量镜头，其特征在于：所述微调焦镜片(12)外侧设有微调焦镜片固定件(17)、微调螺钉(16)和调节凸轮(15)，通过微调螺钉(16)穿过设置在调节凸轮(15)和微调焦镜片固定件(17)的缺口，使调节凸轮(15)和微调焦镜片固定件(17)发生相对滑动。

7.根据权利要求6所述的一种LED焊线设备用远心测量镜头，其特征在于：还包括锁紧螺钉(18)，所述锁紧螺钉(18)设置在所述镜头外壳上，将所述调节凸轮(15)锁紧。

8.根据权利要求1所述的一种LED焊线设备用远心测量镜头，其特征在于：同轴光照明部分(101)、侧光照明部分(102)和镜头安装部分(103)整体采用消色差设计。

9.根据权利要求1所述的一种LED焊线设备用远心测量镜头，其特征在于：所述镜头安装部分(103)设有适应不同间距的LED支架需求镜头外壳调整螺钉。

Images