一种孔检测光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种孔检测光学系统，涉及光学仪器技术领域，包括：相机、光源、沙姆镜头；相机与光源为共聚焦设计；光源的出射光斜向照射于深孔的孔壁；孔壁的反射光通过沙姆镜头进入相机，并在光电传感器上聚焦成像；孔壁至相机的反射光路满足沙姆定律；本发明专利技术优点在于，采用光源和相机共聚焦设计，同时和探测目标(深孔)成物像共轭关系，避免使用复杂的照明设备打光，从而减小系统成本和体积；结合沙姆镜头及光路满足沙姆定律，具备大景深倾斜目标成像功能，可以高分辨率下无死角检测深孔整个深度范围。范围。范围。

【技术实现步骤摘要】
一种孔检测光学系统


[0001]本专利技术涉及光学仪器
，尤其涉及一种孔检测光学系统。

技术介绍

[0002]随着光学、图像处理和计算机技术的发展，工业机器视觉检测技术得到广泛应用。它利用工业相机拍摄得到相应的图像信息，并对图像进行一系列的处理，提取出所需要的信息，最终达到检测的目的。尤其对深孔零件的检测，传统检验工具一般只能对孔靠近边缘，或者较浅深度检测，对于孔较深位置不能得到足够高分辨率图像，甚至不能拍摄到图像。现在机械设备中的零件要求越来越高，而深孔又是较常见的加工目标。
[0003]目前常见技术方案包括结构光直接视检孔底，但是由于光线不足导致测量结果精度不满足需求；同时，光源与相机的空间位置分布影响了图像拍摄，并不利于获得高质量图像。
[0004]中国专利CN112269242A公开了一种高分辨率斜像镜头。光轴从物侧至像侧依次分布具有正光焦度的第一球面透镜，正光焦度的第二球面透镜，光栏，负光焦度第三球面透镜，负光焦度第四球面透镜，正光焦度第五球面透镜，负光焦度第六球面透镜，正光焦度第七球面透镜，正光焦度第八球面透镜。上述技术方案满足沙姆定律的适应于视野为0
‑
500mm的目标平面的八片球面式斜像镜头，对倾斜目标全视野高分辨率清晰成像，可用于解决斜向采集深孔图像，但是具体光源设置问题并没有解决。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种孔检测光学系统，能够解决上述问题。
[0006]为此目的，本专利技术由如下技术方案实施。
[0007]一种孔检测光学系统，包括：相机、光源、沙姆镜头；
[0008]所述光源出射光通过光学元件折射或反射进入所述沙姆镜头，出射光通过所述沙姆镜头后聚焦于待测孔的孔壁表面；所述孔壁的反射光通过所述沙姆镜头进入所述相机，并在光电传感器上聚焦成像；所述孔壁至所述相机的反射光路满足沙姆定律。
[0009]进一步，所述相机的工作波长为450nm
‑
650nm，相机靶面为2/3英寸。
[0010]进一步，所述光学元件为分光棱镜；所述光源的出射光通过所述分光棱镜反射进入所述沙姆镜头，并照射于所述孔壁上；所述孔壁的反射光通过所述沙姆镜头后，经过所述分光棱镜透射至所述相机。
[0011]更进一步，所述分光棱镜的分光比为50：50。
[0012]进一步，所述沙姆镜头包括7片球面透镜，从物侧至像侧依次为：具有正光焦度的L1球面透镜，负光焦度的L2球面透镜，负光焦度的L3球面透镜，正光焦度的L4球面透镜，负光焦度的L5球面透镜，正光焦度的L6球面透镜，正光焦度的L7球面透镜；其中，所述L5球面透镜和所述L6球面透镜之间设置有光栏；
[0013]所述L1球面透镜和所述L2球面透镜用于消除场曲和畸变；所述L3透镜用于消除球
差、彗差、轴向色差；所述L4透镜用于消除球差和轴向色差；所述L5透镜用于消除球差、彗差、畸变；所述L6透镜和所述L7透镜用于消除球差和彗差。
[0014]更进一步，所述沙姆镜头还包括滤光片；所述滤光片设置于所述L1球面透镜靠近所述孔壁的一侧；
[0015]其中，所述滤光片两侧表面分别为，位于物侧的第一面和位于像侧的第二面；
[0016]所述L1球面透镜两侧表面分别为，位于物侧的第三面和位于像侧的第四面；
[0017]所述L2球面透镜两侧表面分别为，位于物侧的第四面和位于像侧的第五面；
[0018]所述L3球面透镜两侧表面分别为，位于物侧的第七面和位于像侧的第八面；
[0019]所述L4球面透镜两侧表面分别为，位于物侧的第九面和位于像侧的第十面；
[0020]所述L5球面透镜两侧表面分别为，位于物侧的第十一面和位于像侧的第十二面；
[0021]光栏，包括第十三面；
[0022]所述L6球面透镜两侧表面分别为，位于物侧的第十四面和位于像侧的第十五面；
[0023]所述L7球面透镜两侧表面分别为，位于物侧的第十六面和位于像侧的第十七面；
[0024]所述分光棱镜包括第十八面和第十九面。
[0025]更进一步，当深孔的深度为38mm时，所述沙姆镜头的各工作面参数如下：
[0026][0027]其中，nd为材料折射率，vd为材料阿贝数；所述沙姆镜头的镜头焦距为f＝32.55mm，F/#＝5.6。
[0028]更进一步，当深孔的深度为50mm时，所述沙姆镜头的各工作面参数如下：
[0029][0030][0031]其中，nd为材料折射率，vd为材料阿贝数；所述沙姆镜头的镜头焦距为f＝29.9mm，F/#＝5.6。
[0032]本专利技术具有如下优点：
[0033]本专利技术由于采用光源和相机共聚焦设计，同时和探测目标(深孔)成物像共轭关系，避免使用复杂的照明设备打光，从而减小系统成本和体积；结合沙姆镜头及光路满足沙姆定律，具备大景深倾斜目标成像功能，可以高分辨率下无死角检测深孔整个深度范围。
[0034]进一步，分光棱镜的使用具备半透半反功能，很好的将光源和相机耦合进一套系统。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本专利技术的一个或几个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]图1为本专利技术系统简图；
[0037]图2为本专利技术实施例1中系统图及光路示意图；
[0038]图3为本专利技术实施例1中MTF曲线图；
[0039]图4为本专利技术实施例1中轴向球差曲线图；
[0040]图5为本专利技术实施例1中畸变曲线图；
[0041]图6为本专利技术实施例1中照度曲线图；
[0042]图7为本专利技术实施例2中系统图及光路示意图；
[0043]图8为本专利技术实施例2中MTF曲线图；
[0044]图9为本专利技术实施例2中轴向球差曲线图；
[0045]图10为本专利技术实施例2中畸变曲线图；
[0046]图11为本专利技术实施例2中照度曲线图。
[0047]图中：
[0048]1‑
相机；2
‑
光源；3
‑
沙姆镜头；4
‑
孔壁；5
‑
分光棱镜；301
‑
滤光片。
具体实施方式
[0049]以下将结合实施例和附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本专利技术的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请实施例中的特征可以相互组合。
[0050]下面将结合附图，对本专利技术做进一步说明。
[0051]一种孔检测光学系统，如图1所示，包括：相机1、光源2、沙姆镜头3。
[0052]其中，相机1与光源2为共聚焦设计；优选地，还包括分光棱镜5；光源2的出射光通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种孔检测光学系统，包括：相机(1)、光源(2)、沙姆镜头(3)；其特征在于，所述光源(2)出射光通过光学元件折射或反射进入所述沙姆镜头(3)，出射光通过所述沙姆镜头(3)后聚焦于待测孔的孔壁(4)表面；所述孔壁(4)的反射光通过所述沙姆镜头(3)进入所述相机(1)，并在光电传感器上聚焦成像；所述孔壁(4)至所述相机(1)的反射光路满足沙姆定律。2.根据权利要求1所述的孔检测光学系统，其特征在于，所述相机(1)的工作波长为450nm
‑
650nm，相机靶面为2/3英寸。3.根据权利要求1所述的孔检测光学系统，其特征在于，所述光学元件为分光棱镜(5)；所述光源(2)的出射光通过所述分光棱镜(5)反射进入所述沙姆镜头(3)，并照射于所述孔壁(4)上；所述孔壁(4)的反射光通过所述沙姆镜头(3)后，经过所述分光棱镜(5)透射至所述相机(1)。4.根据权利要求3所述的孔检测光学系统，其特征在于，所述分光棱镜(5)的分光比为50：50。5.根据权利要求3所述的孔检测光学系统，其特征在于，所述沙姆镜头(3)包括7片球面透镜，从物侧至像侧依次为：具有正光焦度的L1球面透镜，负光焦度的L2球面透镜，负光焦度的L3球面透镜，正光焦度的L4球面透镜，负光焦度的L5球面透镜，正光焦度的L6球面透镜，正光焦度的L7球面透镜；其中，所述L5球面透镜和所述L6球面透镜之间设置有光栏；所述L1球面透镜和所述L2球面透镜用于消除场曲和畸变；所述L3透镜用于消除球差、彗差、轴向色差；所述L4透镜用于消除球差和轴向色差；所述L...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵效楠，彭思龙，汪雪林，顾庆毅，郭晓峰，杜向丽，陶国锋，袁梦霞，
申请(专利权)人：华域科尔本施密特活塞有限公司，
类型：发明
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