一种基于自由曲面和菲涅尔面的机器视觉光源装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于自由曲面和菲涅尔面的机器视觉光源装置，包括散热器、LED光源、配光透镜、保护盖板和光源外壳，所述LED光源固定在散热器上，所述配光透镜沿着光轴的方向安装在LED光源发光面的正前方，配光透镜的正前方设有保护盖板，所述保护盖板、配光透镜和散热器固定在光源外壳内部。本实用新型专利技术的机器视觉光源装置，能够获得平行度良好的输出光束，并且能量分布均匀，从而对被检测物体表面细节表现能力更强，充分突出被检测表面三维特性，进而提升检测精度，解决现有光源出射光能量分布不均匀、准直差等技术问题。

A machine vision light source device based on Freeform Surface and Fresnel surface

【技术实现步骤摘要】
一种基于自由曲面和菲涅尔面的机器视觉光源装置
本技术属于机器视觉
，更具体地，涉及一种基于自由曲面和菲涅尔面的机器视觉光源装置。
技术介绍
机器视觉系统采用照相机将被检测的物体转换成图像信号，传送至专用的图像处理系统，对像素、亮度和颜色等信息进行分析，通过特定的算法抽取目标特征信息，如体积、颜色和方位等。在现代化的工业生产中，机器视觉技术被广泛地应用于产品检测、工况分析和质量监控等应用场景。光源的亮度、均匀性等特性较大程度地影响着成像质量水平，高质量的机器视觉光源对提升机器视觉系统的性能具有极大的作用。特别地，对于平面目标的缺陷检测应用中，对光源的均匀性和准直性均有着较高的要求。现有的机器视觉光源一般无法同时满足这两个要求，即均匀性和准直性不能同时满足。尤其是，现有的机器视觉光源一般采用多个LED灯珠进行组合排列，虽然可以在近距离实现相对均匀的照明效果，但是这种机器视觉光源一方面无法保证出光的准直性，另一方面，使用多个LED灯珠会导致成本和体积的增加。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本技术提供一种基于自由曲面和菲涅尔面的机器视觉光源装置，能够获得平行度良好的输出光束，并且能量分布均匀，从而对被检测物体表面细节表现能力更强，充分突出被检测表面三维特性，进而提升检测精度，解决现有光源出射光能量分布不均匀、准直差等技术问题。为了实现上述目的，本技术提供一种基于自由曲面和菲涅尔面的机器视觉光源装置，包括散热器、LED光源、配光透镜、保护盖板和光源外壳，所述LED光源固定在散热器上，所述配光透镜沿着光轴的方向安装在LED光源发光面的正前方，配光透镜的正前方设有保护盖板，所述保护盖板、配光透镜和散热器固定在光源外壳内部。进一步地，所述配光透镜为菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜包括平面和菲涅尔面，所述平面靠近LED光源。进一步地，所述菲涅尔面由一系列的同心弧面构成，所述同心弧面均为自由曲面。进一步地，所述LED光源为三色LED。进一步地，所述LED光源、配光透镜和保护盖板同轴安装。进一步地，所述保护盖板为平面透镜。总体而言，通过本技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：（1）本技术的机器视觉光源装置，能够获得平行度良好的输出光束，并且能量分布均匀，从而对被检测物体表面细节表现能力更强，充分突出被检测表面三维特性，进而提升检测精度，解决现有光源出射光能量分布不均匀、准直差等技术问题。（2）本技术的机器视觉光源装置，采用三色LED作为光源，通过控制器工作模式，可以选择性地输出不同颜色和不同功率的光束；（3）本技术的机器视觉光源装置，采用自由曲面和菲涅尔面同时实现对LED发出的光进行照度分布和波前的控制，可以实现准直且均匀的照明光；（4）本技术的机器视觉光源装置，光源外壳内表面采用锯齿结构和涂黑处理，有利于抑制杂散光，提高输出光束质量；（5）本技术的机器视觉光源装置，可以全方位收集LED发出的光，提升能量利用效率；硬件结构更简单，稳定更性强，结构紧凑，成本更低，实用范围广。附图说明图1是本技术实施例的基于自由曲面和菲涅尔面的机器视觉光源装置的整体示意图；图2是图1的A部的局部放大图；图3是本技术实施例基于自由曲面和菲涅尔面的机器视觉光源装置的光线传输示意图。所有附图中，相同的附图标记表示同一个结构元件，其中：1-散热器；2-LED光源；3-配光透镜；4-光源外壳；5-保护面板；6-配光透镜的柱面面型；7-第一配光透镜的自由曲面部分；8-第二配光透镜的自由曲面部分；9-配光透镜的菲涅尔面；10-导热硅脂。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。此外，下面所描述的本技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。参照图1至图2，本技术实施例提供一种基于自由曲面和菲涅尔面的机器视觉光源装置，其包括散热器1、LED光源2、配光透镜3、光源外壳4、保护面板5、配光透镜的柱面面型6、第一配光透镜的自由曲面部分7、第二配光透镜的自由曲面部分8、配光透镜的菲涅尔面9。其中，三色LED光源2通过导热硅脂10固定在散热器1上，配光透镜3沿着光轴的方向安装在LED发光面的正前方，透镜的菲涅尔面9的正前方安装有保护盖板5。保护盖板5、配光透镜3和散热器1固定在光源外壳4上。通过控制三色LED的工作模式，可以实现不同颜色和功率的准直均匀光束输出。本技术的机器视觉光源装置，能够获得平行度良好的输出光束，并且能量分布均匀，从而对被检测物体表面细节表现能力更强，充分突出被检测表面三维特性，进而提升检测精度，解决现有光源出射光能量分布不均匀、准直差等技术问题。LED光源2发出的光首先被第一配光透镜的自由曲面部分7、第二配光透镜的自由曲面部分8折射、反射，到达配光透镜的菲涅尔面9时形成均匀的光照度分布，并且光斑形状为圆形。配光透镜的菲涅尔面9用于改变从自由曲面斜入射过来光的传播方向，即使出射光束准直。从光源发出的光，经由第一配光透镜的自由曲面部分7、第二配光透镜的自由曲面部分8和配光透镜的菲涅尔面9的依次控制，最终输出平行的、具有均匀能量分布的光束。进一步地，参照图1，所述配光透镜3由配光透镜的柱面面型6、第一配光透镜的自由曲面部分7、第二配光透镜的自由曲面部分8以及配光透镜的菲涅尔面9所构成。配光透镜3、保护盖板5通过卡扣固定在光源外壳4上。保护盖板5可以有效地防止灰尘等异物进入光源内腔中，以免影响照明效果，体现了本装置体的可靠性。进一步地，参照图1，光源外壳4内部设置为“锯齿”状结构，并且做涂黑处理，可以有效地抑制杂散光，从而提升输出光束的均匀性和准直性。本技术的机器视觉光源装置，光源外壳内表面采用锯齿结构和涂黑处理，有利于抑制杂散光，提高输出光束质量。参照图2，LED光源2通过导热硅脂10与散热器1紧密结合，从而有效提升光源的散热效率，同时增加光源的稳定性、降低功耗，进而较小光源的整体使用成本。参照图3，LED光源2发出的小角度的光线首先被第一配光透镜的自由曲面部分7折射，然后抵达配光透镜的菲涅尔面9；大角度的光线首先被配光透镜的柱面面型6折射，然后被第二配光透镜的自由曲面部分8反射至配光透镜的菲涅尔面9。光源发出的大角度的光线和小角度的光线共同在配光透镜的菲涅尔面9上形成均匀的光照度分布。配光透镜的菲涅尔面9对斜入射过来的光线的方向进行调整，使之准直输出，并且光照度分布均匀。本技术的机器视觉光源装置，采用自由曲面和菲涅尔面同时实现对LED发出的光进行照度分布和波前的控制，可以实现准直且均匀的照明光。作为实施例，下面描述三种不同颜色输出光产生的控制方式：第一，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自由曲面和菲涅尔面的机器视觉光源装置，其特征在于，包括散热器、LED光源、配光透镜、保护盖板和光源外壳，所述LED光源固定在散热器上，所述配光透镜沿着光轴的方向安装在LED光源发光面的正前方，配光透镜的正前方设有保护盖板，所述保护盖板、配光透镜和散热器固定在光源外壳内部。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于自由曲面和菲涅尔面的机器视觉光源装置，其特征在于，包括散热器、LED光源、配光透镜、保护盖板和光源外壳，所述LED光源固定在散热器上，所述配光透镜沿着光轴的方向安装在LED光源发光面的正前方，配光透镜的正前方设有保护盖板，所述保护盖板、配光透镜和散热器固定在光源外壳内部。


2.根据权利要求1所述的一种基于自由曲面和菲涅尔面的机器视觉光源装置，其特征在于，所述配光透镜为菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜包括平面和菲涅尔面，所述平面靠近LED光源。


3.根据权利要求2所述的一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员：张炜，
申请(专利权)人：广州市大湾区虚拟现实研究院，
类型：新型
国别省市：广东;44