CN204420722U - 一种检测用聚焦灯具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及机器视觉领域的三维特征检测，具体涉及一种检测用聚焦灯具，所述聚焦灯具包括灯座、固定于灯座内的光学系统、固定于灯座内且用于对光学系统散热的散热系统、以及用于将光学系统发出的光线汇聚到一焦点的反光镜。本实用新型的聚焦灯具能将LED芯片发出的光线经反光镜从多个角度汇聚到一焦点，以实现机器视觉领域的三维特征检测，且采用非球面镜能实现高的能源利用率。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器视觉领域的三维特征检测，具体涉及一种检测用聚焦灯具。
背景技术
现有的用于机器视觉领域的检测灯具，通过一个条形的LED灯来实现，条形的LED灯发出的光线为一条直线，只能用于机器视觉领域的二维特征检测，检测效果不佳，且能源利用率低。因此，有必要研发一种用于机器视觉领域的三维特征检测的灯具。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本实用新型的目的在于提供一种检测用聚焦灯具，该聚焦能将LED芯片发出的光线从多个角度汇聚到一焦点，以实现机器视觉领域的三维特征检测，且采用非球面镜能实现高的能源利用率。
本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种检测用聚焦灯具，所述聚焦灯具包括灯座、固定于灯座内的光学系统、固定于灯座内且用于对光学系统散热的散热系统、以及用于将光学系统发出的光线汇聚到一焦点的反光镜。
进一步的，所述光学系统包括固定于所述灯座底部一侧的散热器、固定于散热器一侧的基板、以及固定于基板一侧的LED芯片，基板与散热器通过螺钉固定连接，螺钉的螺帽位于基板的一侧，所述LED芯片发出的光线经所述反光镜反射后汇聚到一焦点。
进一步的，所述光学系统的焦距为A，所述芯片的宽度为B，所述螺钉的螺帽的直径为I，所述LED芯片的安全距离为J，所述基板边缘与焦点之间的距离为F，其中， 。
进一步的，所述散热器、基板和LED芯片的厚度之和为C，所述焦点、LED芯片所在的平面与焦点、散热器底部所在的平面之间的夹角为E，其中，；所述焦点与所述散热器底部之间的距离为H，其中，。
进一步的，所述散热器底部与所述焦点之间的纵向距离为D，所述焦点、散热器底部所在的平面与焦点所在的横向平面之间的夹角为K，其中，；所述焦点、LED芯片所在的平面与焦点所在的横向平面之间的夹角为G，其中，。
进一步的，所述反光镜包括多个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，多个椭圆形离轴反光镜单体将所述LED芯片发出的光线聚焦到一个焦点，每个椭圆形离轴反光镜单体的反射面均为曲面，所述曲面均符合二次曲面公式：，其中，K为二次曲面系数，R为曲率半径，C 2=X2+Y2，X，Y，Z是以焦点为坐标原点的坐标。
进一步的，所述曲面选自：
二次曲面系数K为-0.64、曲率半径R为18的第一曲面；
二次曲面系数K为-0.640862447，曲率半径R为17.97842589的第二曲面；
二次曲面系数K为-0.615645193，曲率半径R为19.61477887的第三曲面；
二次曲面系数K为-0.580721926，曲率半径R为22.0179688的第四曲面；
二次曲面系数K为-0.548697201，曲率半径R为24.37035116的第五曲面；
二次曲面系数K为-0.501037454，曲率半径R为28.18639421的第六曲面；
二次曲面系数K为-0.475262431，曲率半径R为30.42428424的第七曲面；
二次曲面系数K为-0.451207087，曲率半径R为32.63122659的第八曲面；
二次曲面系数K为-0.428531802，曲率半径R为34.81498553的第九曲面；
二次曲面系数K为-0.403004239，曲率半径R为37.55103339的第十曲面。
进一步的，所述反光镜包括三个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，三个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意三个；
或者，所述反光镜包括四个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，四个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意四个；
或者，所述反光镜包括五个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，五个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意五个；
或者，所述反光镜包括六个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，六个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意六个；
或者，所述反光镜包括七个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，七个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意七个；
或者，所述反光镜包括八个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，八个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意八个；
或者，所述反光镜包括九个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，九个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意九个曲面；
或者，所述反光镜包括十个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，十个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面。
进一步的，所述散热系统包括固定于所述散热器一侧的散热管、固定于散热管外侧壁的散热鳍片、以及固定于所述灯座顶部的散热风扇。
进一步的，所述聚焦灯具包括两组光学系统、两组散热系统和两组反光镜，两组光学系统、两组散热系统和两组反光镜均相对设置于灯座内的两侧。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型的聚焦灯具能将LED芯片发出的光线经反光镜从多个角度汇聚到一焦点，以实现机器视觉领域的三维特征检测，且采用非球面镜能实现高的能源利用率。
附图说明
图1是本实用新型的立体结构示意图。
图2是本实用新型去除所述灯座后的立体结构示意图。
图3是本实用新型的工作原理图。
图4是本实用新型所述光学系统的工作原理图。
图5是本实用新型所述曲面的分布示意图。
图6是本实用新型所述反光镜的工作原理图。
附图标记为：1—灯座、11—控制板、12—航空接头、2—光学系统、20—LED芯片、21—散热器、22—基板、23—螺钉、3—散热系统、31—散热管、32—散热鳍片、33—散热风扇、34—通风窗口、4—反光镜、41—第一曲面、42—第二曲面、43—第三曲面、44—第四曲面、45—第五曲面、46—第六曲面、47—第七曲面、48—第八曲面、49—第九曲面、410—第十曲面。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图1-6对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。
见图1-6，一种检测用聚焦灯具，所述聚焦灯具包括灯座1、固定于灯座1内的光学系统2、固定于灯座1内且用于对光学系统2散热的散热系统3、以及用于将光学系统2发出的光线汇聚到一焦点的反光镜4。
本实施例中，所述光学系统2包括固定于所述灯座1底部一侧的散热器21、固定于散热器21一侧的基板22、以及固定于基板22一侧的LED芯片20，基板22与散热器21通过螺钉固定连接，螺钉的螺帽23位于基板22的一侧，所述LED芯片20发出的光线经所述反光镜4反射后汇聚到一焦点。所述基板22为铜制的基板22。
本实施例中，所述光学系统2的焦距为A，所述芯片的宽度为B，所述螺钉的螺帽23的直径为I，所述LED芯片20的安全距离为J，所述基板22边缘与焦点之间的距离为F，其中，。在本实施例中，所述光学系统2的焦距A为40mm，所述芯片的宽度B为1.7mm，所述螺钉的螺帽23的直径I为4mm，所述LED芯片20的安全距离J为2.5mm，经公式计算可知，所述基板22边缘与焦点之间的距离F为72.15mm。
本实施例中，所述散热器21、基板22和LED芯片20的厚度之和为C，所述焦点、LED芯片20所在的平面与焦点、散热器21底部所在的平面之间的夹角为E，其中，。在本实施例中，所述散热器21、基板22和LED芯片20的厚度之和C为10.56mm，经公式计算可知，所述焦点、LED芯片20所在的平面与焦点、散热器21底部所在的平面之间的夹角E为8.3°。
所述焦点与所述散热器21底部之间的距离为H，其中，。经公示计算可知，所述焦点与所述散热器21底部之间的距离H为72.92mm。
本实施例中，所述散热器21底部与所述焦点之间的纵向距离为D，所述焦点、散热器21底部所在的平面与焦点所在的横向平面之间的夹角为K，其中，。所述散热器21底部与所述焦点之间的纵向距离（即照明产品的工作距离）可以根据客户的需求进行设定，在本实施例中，工作距离D为30mm，经公式计算可知，所述焦点、散热器21底部所在的平面与焦点所在的横向平面之间的夹角K为24.3°。
本实施例中，所述焦点、LED芯片20所在的平面与焦点所在的横向平面之间的夹角为G，其中，。在本实施例中，所述焦点、LED芯片20所在的平面与焦点所在的横向平面之间的夹角G为32.6°。
本实施例中，所述反光镜4包括多个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，多个椭圆形离轴反光镜单体将所述LED芯片20发出的光线聚焦到一个焦点，每个椭圆形离轴反光镜单体的反射面均为曲面，所述曲面均符合二次曲面公式：，其中，K为二次曲面系数，R为曲率半径，C 2=X2+Y2，X，Y，Z是以焦点为坐标原点的坐标。
本实施例中，所述曲面选自：
二次曲面系数K为-0.64、曲率半径R为18的第一曲面41；
二次曲面系数K为-0.640862447，曲率半径R为17.97842589的第二曲面42；
二次曲面系数K为-0.615645193，曲率半径R为19.61477887的第三曲面43；
二次曲面系数K为-0.580721926，曲率半径R为22.0179688的第四曲面44；
二次曲面系数K为-0.548697201，曲率半径R为24.37035116的第五曲面45；
二次曲面系数K为-0.501037454，曲率半径R为28.18639421的第六曲面46；
二次曲面系数K为-0.475262431，曲率半径R为30.42428424的第七曲面47；
二次曲面系数K为-0.451207087，曲率半径R为32.63122659的第八曲面48；
二次曲面系数K为-0.428531802，曲率半径R为34.81498553的第九曲面49；
二次曲面系数K为-0.403004239，曲率半径R为37.55103339的第十曲面410。
本实用新型的曲面还可以选自其它不同二次曲面系数和曲率半径的曲面，只要符合二次曲面公式：即可，在不脱离本实用新型构思的前提下任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。
本实施例中，所述反光镜4包括九个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，九个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面41、第二曲面42、第三曲面43、第四曲面44、第五曲面45、第六曲面46、第七曲面47、第八曲面48、第九曲面49和第十曲面410中的任意九个曲面。在本实施例中，九个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面具体为第一曲面41至第九曲面49。每个曲面的长度可以根据需要进行合理的设置，所述九个曲面之间设置有八个连接面，即相邻两个曲面的首位连接处设置一个连接面，八个连接面分别与所述焦点共面。
本实用新型的另一种较佳的实施方式为：所述反光镜4包括三个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，三个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面41、第二曲面42、第三曲面43、第四曲面44、第五曲面45、第六曲面46、第七曲面47、第八曲面48、第九曲面49和第十曲面410中的任意三个。
本实用新型的另一种较佳的实施方式为：所述反光镜4包括四个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，四个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面41、第二曲面42、第三曲面43、第四曲面44、第五曲面45、第六曲面46、第七曲面47、第八曲面48、第九曲面49和第十曲面410中的任意四个。
本实用新型的另一种较佳的实施方式为：所述反光镜4包括五个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，五个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面41、第二曲面42、第三曲面43、第四曲面44、第五曲面45、第六曲面46、第七曲面47、第八曲面48、第九曲面49和第十曲面410中的任意五个。
本实用新型的另一种较佳的实施方式为：所述反光镜4包括六个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，六个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面41、第二曲面42、第三曲面43、第四曲面44、第五曲面45、第六曲面46、第七曲面47、第八曲面48、第九曲面49和第十曲面410中的任意六个。
本实用新型的另一种较佳的实施方式为：所述反光镜4包括七个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，七个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面41、第二曲面42、第三曲面43、第四曲面44、第五曲面45、第六曲面46、第七曲面47、第八曲面48、第九曲面49和第十曲面410中的任意七个。
本实用新型的另一种较佳的实施方式为：所述反光镜4包括八个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，八个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面41、第二曲面42、第三曲面43、第四曲面44、第五曲面45、第六曲面46、第七曲面47、第八曲面48、第九曲面49和第十曲面410中的任意八个。
本实用新型的另一种较佳的实施方式为：所述反光镜4包括十个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，十个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面41、第二曲面42、第三曲面43、第四曲面44、第五曲面45、第六曲面46、第七曲面47、第八曲面48、第九曲面49和第十曲面410。
本实用新型的反光镜4还可以包括一个、两个、或大于十个的不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，在不脱离本实用新型构思的前提下任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。
本实施例中，所述散热系统3包括固定于所述散热器21一侧的散热管31、固定于散热管31外侧壁的散热鳍片32、以及固定于所述灯座1顶部的散热风扇33，灯座的一侧对应散热鳍片32的位置开设有通风窗口34。所述反光镜4的顶部设置有控制板11，控制板11与LED芯片20电连接。
所述散热风扇为六个，每组三个且相对设置，所述灯座1的顶部设置有航空接头12，航空接头12的设置用于将控制板11通过电源线连接外部电源。
所述散热系统3的工作原理为：LED芯片20为发热元件；LED芯片20产生的热量通过铜制的基板22传导到散热器21上；将散热管31通过焊接的方式与散热器21固定连接，以达到热量能够传递到散热管31上；散热管31的热量通过毛细现象传递到散热管31的尾部，在散热管31靠近尾部的区域内将铝制的散热鳍片32通过焊接的方式连接到散热管31上，以完成热量与空气之间的交换；在铝制的散热鳍片32位置处开一系列经过优化的通风窗口34，作为冷空气进口；由于控制系统的需要，在反光镜4的上方布置一块控制板11；并且将此控制板11布置在整个系统的散热路径上，以达到控制板11散热的需求；在灯座1的顶部，采用高转速的散热风扇33，采用吸风的方向作为整个系统的散热动力。
本实施例中，所述聚焦灯具包括两组光学系统2、两组散热系统3和两组反光镜4，两组光学系统2、两组散热系统3和两组反光镜4均相对设置于灯座1内的两侧。上述结构的设置，可以更好的提高能源利用率。
上述实施例为本实用新型较佳的实现方案，除此之外，本实用新型还可以其它方式实现，在不脱离本实用新型构思的前提下任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种检测用聚焦灯具，其特征在于：所述聚焦灯具包括灯座、固定于灯座内的光学系统、固定于灯座内且用于对光学系统散热的散热系统、以及用于将光学系统发出的光线汇聚到一焦点的反光镜。
2.根据权利要求1所述的一种检测用聚焦灯具，其特征在于：所述光学系统包括固定于所述灯座底部一侧的散热器、固定于散热器一侧的基板、以及固定于基板一侧的LED芯片，基板与散热器通过螺钉固定连接，螺钉的螺帽位于基板的一侧，所述LED芯片发出的光线经所述反光镜反射后汇聚到一焦点。
3.根据权利要求2所述的一种检测用聚焦灯具，其特征在于：所述光学系统的焦距为A，所述芯片的宽度为B，所述螺钉的螺帽的直径为I，所述LED芯片的安全距离为J，所述基板边缘与焦点之间的距离为F，其中， 。
4.根据权利要求3所述的一种检测用聚焦灯具，其特征在于：所述散热器、基板和LED芯片的厚度之和为C，所述焦点、LED芯片所在的平面与焦点、散热器底部所在的平面之间的夹角为E，其中，；所述焦点与所述散热器底部之间的距离为H，其中，。
5.根据权利要求4所述的一种检测用聚焦灯具，其特征在于：所述散热器底部与所述焦点之间的纵向距离为D，所述焦点、散热器底部所在的平面与焦点所在的横向平面之间的夹角为K，其中，；所述焦点、LED芯片所在的平面与焦点所在的横向平面之间的夹角为G，其中，。
6.根据权利要求2所述的一种检测用聚焦灯具，其特征在于：所述反光镜包括多个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，多个椭圆形离轴反光镜单体将所述LED芯片发出的光线聚焦到一个焦点，每个椭圆形离轴反光镜单体的反射面均为曲面，所述曲面均符合二次曲面公式：，其中，K为二次曲面系数，R为曲率半径，C 2=X2+Y2，X，Y，Z是以焦点为坐标原点的坐标。
7.根据权利要求6所述的一种检测用聚焦灯具，其特征在于：所述曲面选自：
二次曲面系数K为-0.64、曲率半径R为18的第一曲面；
二次曲面系数K为-0.640862447，曲率半径R为17.97842589的第二曲面；
二次曲面系数K为-0.615645193，曲率半径R为19.61477887的第三曲面；
二次曲面系数K为-0.580721926，曲率半径R为22.0179688的第四曲面；
二次曲面系数K为-0.548697201，曲率半径R为24.37035116的第五曲面；
二次曲面系数K为-0.501037454，曲率半径R为28.18639421的第六曲面；
二次曲面系数K为-0.475262431，曲率半径R为30.42428424的第七曲面；
二次曲面系数K为-0.451207087，曲率半径R为32.63122659的第八曲面；
二次曲面系数K为-0.428531802，曲率半径R为34.81498553的第九曲面；
二次曲面系数K为-0.403004239，曲率半径R为37.55103339的第十曲面。
8.根据权利要求7所述的一种检测用聚焦灯具，其特征在于：所述反光镜包括三个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，三个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意三个；
或者，所述反光镜包括四个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，四个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意四个；
或者，所述反光镜包括五个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，五个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意五个；
或者，所述反光镜包括六个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，六个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意六个；
或者，所述反光镜包括七个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，七个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意七个；
或者，所述反光镜包括八个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，八个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意八个；
或者，所述反光镜包括九个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，九个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意九个曲面；
或者，所述反光镜包括十个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体，十个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面。
9.根据权利要求2所述的一种检测用聚焦灯具，其特征在于：所述散热系统包括固定于所述散热器一侧的散热管、固定于散热管外侧壁的散热鳍片、以及固定于所述灯座顶部的散热风扇。
10.根据权利要求1所述的一种检测用聚焦灯具，其特征在于：所述聚焦灯具包括两组光学系统、两组散热系统和两组反光镜，两组光学系统、两组散热系统和两组反光镜均相对设置于灯座内的两侧。
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