一种用于激光加工头同轴机械视觉光学成像系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于激光加工头同轴机械视觉光学成像系统，包括第一双凸镜、第一双凹镜、可调光阑、第二双凸镜、第三双凸镜以及第二双凹镜；第一双凸镜、第一双凹镜、可调光阑、第二双凸镜、第三双凸镜以及第二双凹镜均为球面透镜；第一双凸镜、第一双凹镜、可调光阑、第二双凸镜、第三双凸镜以及第二双凹镜均为圆形且中心轴同轴。本实用新型专利技术提供的光学系统采用全球面镜光路结构，基于球面镜易加工、易批量化以及一致性的特点，配合聚焦镜使用可获得良好的光学成像品质，适用于光纤输出类激光加工头同轴机械视觉光学成像，尤其适用于以熔融石英为聚焦镜片材料的所有光纤输出类激光加工头同轴机械视觉光学成像。

A coaxial mechanical vision optical imaging system for laser processing heads

The utility model discloses a coaxial mechanical vision optical imaging system for a laser processing head, comprising a first double convex mirror, a first double concave mirror, an adjustable diaphragm, a second double convex mirror, a third double convex mirror and a second double concave mirror; a first double convex mirror, a first double concave mirror, an adjustable diaphragm, a second double convex mirror, a third double convex mirror and a second double concave mirror. Two double concave lenses are spherical lenses; the first double convex lenses, the first double concave lenses, the adjustable diaphragm, the second double convex lenses, the third double convex lenses and the second double concave lenses are circular and coaxial. The optical system provided by the utility model adopts the global mirror optical path structure. Based on the characteristics of easy processing, easy batch and consistency of the spherical mirror, good optical imaging quality can be obtained by using the focusing lens. The optical system is suitable for coaxial mechanical vision optical imaging of the optical fiber output laser processing head, especially for fused quartz. Coaxial optical mechanical imaging for all fiber output laser processing heads focusing on lens materials.

【技术实现步骤摘要】
一种用于激光加工头同轴机械视觉光学成像系统
本技术涉及工业机械视觉成像
，更具体地说，本技术涉及一种用于激光加工头同轴机械视觉光学成像系统。
技术介绍
激光加工技术涵盖了激光切割、焊接、淬火、打孔、微加工等多种激光加工工艺，利用了激光与物质相互作用的基本特性。由于激光束与加工材料的非接触性、加工速度与质量等优势，奠定了激光加工技术是一种无可替代的高新技术。当前激光切割占了整个激光加工行业的主要地位，其中又以光纤输出类激光切割为首要。光纤输出类激光器涵盖了光纤激光器以及半导体光纤耦合激光器，因为光纤柔韧性以及对近红外光束有很好的耦合输出，使得光纤输出类激光器市场占有率日益突出。目前光纤输出类激光器千瓦级已是相当普及，万瓦级激光器也逐步上映市场，让光纤激光各类加工工艺越加普遍化。激光加工头，是介于激光器与加工零件之间的一种必不可少的光学承载，对于一些特殊的激光切割、常规的激光焊接等激光加工头，往往需要机械视觉成像系统来实现激光定位、加工过程跟踪等需求，甚至于，通过特殊的滤光处理以及图像处理，可实现更高端的激光加工过程检测需求。而这一切的前提是，机械视觉成像系统须具备高品质成像效果。目前，常规的光纤输出类激光加工头，通常配备诸如工业CCTV镜头等，而基本上所有的镜头均是一个独立的成像系统单元，在没有外界光路系统影响下，可以获得较好的光学成像品质，通俗讲，常规的机械视觉成像镜头是单独进行消像差设计的，一旦引入外界光学系统，机械视觉成像镜头成像品质会大幅下降。一般地，机械视觉成像镜头在激光加工应用中有两种使用方式，一种为旁轴使用，一种为同轴使用。所谓旁轴，是机械视觉成像镜头相对于激光加工头侧面放置，光路系统相互独立，而同轴使用则是机械视觉成像镜头通过激光加工头光路，光路系统部分共用。在激光加工上，一者由于激光功率较大，在板材的加工中容易反射大量激光，即便是带上滤光片也容易烧损光学镜头甚至CCD/CMOS芯片；二者因为同轴机械视觉成像较旁轴应用更容易定位及校准，在探测激光加工板材表面光学效果更好，故旁轴机械视觉成像十分不常用。
技术实现思路
本技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本技术还有一个目的是提供了一种适用于光纤输出类激光加工头同轴机械视觉光学成像，尤其适用于以熔融石英为聚焦镜片材料的所有光纤输出类激光加工头同轴机械视觉光学成像的用于激光加工头同轴机械视觉光学成像系统。为了实现上述目的，本技术公开了一种用于激光加工头同轴机械视觉光学成像系统，包括从物侧到像侧顺序布置的第一双凸镜、第一双凹镜、可调光阑、第二双凸镜、第三双凸镜以及第二双凹镜；其中，所述第一双凸镜、所述第一双凹镜、所述可调光阑、所述第二双凸镜、所述第三双凸镜以及所述第二双凹镜均为球面透镜；所述第一双凸镜、所述第一双凹镜、所述可调光阑、所述第二双凸镜、所述第三双凸镜以及所述第二双凹镜均为圆形且中心轴同轴；所述第一双凸镜和所述第一双凹镜为胶合镜组。优选地，所述的用于激光加工头同轴机械视觉光学成像系统还包括与所述第一双凸镜中心轴同轴的熔融石英聚焦镜组，所述熔融石英聚焦镜组用于在光束进入所述第一双凸镜之前对光束进行汇聚。优选地，所述第一双凸镜、所述第一双凹镜、所述第二双凸镜、所述第三双凸镜以及所述第二双凹镜的镜片外径不大于15mm。优选地，所述可调光阑的通光孔径不大于12mm。优选地，所述熔融石英聚焦镜组与所述第一双凸镜之间的间距为30mm-200mm。优选地，所述第二双凸镜可相对于所述可调光阑和所述第三双凸镜移动，以使得所述第二双凸镜沿着光轴的方向调节位置，实现激光加工头聚焦焦点及附近一定离焦段光学清晰成像。本技术至少包括以下有益效果：1、本技术提供的用于激光加工头同轴机械视觉光学成像系统采用全球面镜光路结构，基于球面镜易加工、易批量化以及易保证一致性和价格特点，针对激光加工头光路聚焦镜优化设计，配合聚焦镜使用可获得很好的光学成像品质，适用于光纤输出类激光加工头同轴机械视觉光学成像，尤其适用于以熔融石英为聚焦镜片材料的所有光纤输出类激光加工头同轴机械视觉光学成像。2、本技术提供的用于激光加工头同轴机械视觉光学成像系统的第二双凸镜沿光轴连续可调，配合激光加工头聚焦镜同轴使用，不仅实现了激光加工头焦点及一定离焦段光学成像，而且这整段过程中均能获得较高的光学成像品质，亮度高，无畸变。3、本技术提供的用于激光加工头同轴机械视觉光学成像系统适用于1/1.8英寸及以下尺寸、C/CS接口的CCD/CMOS机械视觉成像应用。4、本技术提供的用于激光加工头同轴机械视觉光学成像系统结合激光光路系统聚焦镜对光学成像进行的优化，更适用于激光加工同轴应用，降低使用风险的同时，成像效果更好更直观也更精确，另外镜片尺寸也相对较小，整个机械视觉镜头尺寸较小。本技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1为本技术所述的用于激光加工头同轴机械视觉光学成像系统的光学元件的布置图。图2为本技术所述的用于激光加工头同轴机械视觉光学成像系统的光束传输示意图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。如图1所示，本技术提供了一种用于激光加工头同轴机械视觉光学成像系统，包括第一双凸镜1、第一双凹镜2、可调光阑3、第二双凸镜4、第三双凸镜5以及第二双凹镜6。其中，第一双凸镜1、第一双凹镜2、可调光阑3、第二双凸镜4、第三双凸镜5以及第二双凹镜6为圆形且中心同轴，第一双凸镜1、第一双凹镜2为胶合镜组，所有镜片均为球面透镜。本技术中，所述第一双凸镜1、第一双凹镜2、第二双凸镜4、第三双凸镜5以及第二双凹镜6共由H-K9、H-QF1、H-ZF1三种材料构成，其材质保证了光学成像品质；第一双凸镜1、第一双凹镜2、第二双凸镜4、第三双凸镜5以及第二双凹镜6的镜片外径≤15mm，可调光阑3通光孔径≤12mm。本技术中，所述第二双凸镜4沿光轴连续可调，实现激光加工头聚焦焦点及附近一定离焦段光学清晰成像。本技术中，所述光学成像系统适用于聚焦镜材料为熔融石英材料的光纤激光加工头，需配合激光加工聚焦镜使用以获得高品质成像，且熔融石英聚焦镜组7与所述光学成像系统第一双凸镜1间距为30mm-200mm。本技术中，所述光学成像系统适用于1/1.8英寸及以下尺寸、C/CS接口的CCD/CMOS机械视觉成像应用。如图2所示，本技术的光路系统包括第一双凸镜1、第一双凹镜2、可调光阑3、第二双凸镜4、第三双凸镜5、第二双凹镜6以及熔融石英聚焦镜组7。在熔融石英聚焦镜组7焦平面8上放置一平面物，在外界自然光源或照明光源照射下，部分光经过平面物表面发生漫反射，漫反射光通过熔融石英聚焦镜组7汇聚，并依次经过第一双凸镜1、第一双凹镜2、可调光阑3、第二双凸镜4、第三双凸镜5以及第二双凹镜6后，在CCD/CMOS芯片端面9上汇聚成像，成像图像即为平面物的像。当调节可调光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于激光加工头同轴机械视觉光学成像系统，其特征在于，包括从物侧到像侧顺序布置的第一双凸镜、第一双凹镜、可调光阑、第二双凸镜、第三双凸镜以及第二双凹镜；其中，所述第一双凸镜、所述第一双凹镜、所述可调光阑、所述第二双凸镜、所述第三双凸镜以及所述第二双凹镜均为球面透镜；所述第一双凸镜、所述第一双凹镜、所述可调光阑、所述第二双凸镜、所述第三双凸镜以及所述第二双凹镜均为圆形且中心轴同轴；所述第一双凸镜和所述第一双凹镜为胶合镜组。

【技术特征摘要】
1.一种用于激光加工头同轴机械视觉光学成像系统，其特征在于，包括从物侧到像侧顺序布置的第一双凸镜、第一双凹镜、可调光阑、第二双凸镜、第三双凸镜以及第二双凹镜；其中，所述第一双凸镜、所述第一双凹镜、所述可调光阑、所述第二双凸镜、所述第三双凸镜以及所述第二双凹镜均为球面透镜；所述第一双凸镜、所述第一双凹镜、所述可调光阑、所述第二双凸镜、所述第三双凸镜以及所述第二双凹镜均为圆形且中心轴同轴；所述第一双凸镜和所述第一双凹镜为胶合镜组。2.根据权利要求1所述的一种用于激光加工头同轴机械视觉光学成像系统，其特征在于，还包括与所述第一双凸镜中心轴同轴的熔融石英聚焦镜组，所述熔融石英聚焦镜组用于在光束进入所述第一双凸镜之前对光束进行汇聚。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵华江，李思佳，李思泉，
申请(专利权)人：上海嘉强自动化技术有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31