一种基于复合透镜的高低两用视觉检测照明装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于照明设计和机器视觉技术领域，具体涉及用于机器视觉的垂直环形照明和低角度暗场照明的复合透镜设计方法

【技术实现步骤摘要】
一种基于复合透镜的高低两用视觉检测照明装置


[0001]本专利技术属于照明设计和机器视觉
，具体涉及用于机器视觉的垂直环形照明和低角度暗场照明的复合透镜设计方法，可在不同位置实现两种不同的视觉检测照明方案，并可同时进行垂直环形照明和暗场，以实现混合照明，从而满足复杂视觉检测照明需求
。

技术介绍

[0002]在机器视觉领域里，照明包括明场照明，暗场照明等多种照明方式，其中，明场照明的目标面处于
LED
阵列下方；暗场照明是一种低角度照明方案，即光源与待测目标之间的角度较低
。
作为视觉检测常用的照明方案，明场照明和暗场照明往往都需要研发和设计专门的照明装置，在检测过程中，两种照明方式的切换流程较为繁琐，且两种装置的工装和检测相机的位置无法满足混合照明的需求
。
为了满足复杂的视觉检测照明需求，急需开发一种能够快速切换照明方式，并能够进行混合照明，本专利技术提出的一种基于复合透镜的高低两用视觉检测照明装置，通过两组光源在同一组复合透镜阵列的二次配光下，能够针对视觉检测需求产生两种照明，对于视觉检测准确度和效率具有一定的现实意义
。
[0003]本专利技术提供了一种基于复合透镜的高低两用视觉检测照明装置，能够针对特殊要求实现适用于视觉检测的高低两种照明方式，从而满足一些复杂的视觉检测照明需求，并提高视觉检测准确度和效率
。
[0004]本专利技术所提出的一种新型复合透镜结构，可提供机器视觉的垂直环形照明和低角度暗场照明等多种照明方案
。
[0005]本专利技术所提出的复合透镜呈方形结构，该结构总计6个面，包含有2个入射面和2个出射面，入射面为平面，出射面均为非球面，上述面型均集成在一个透镜上
。
[0006]本专利技术所述的垂直环形照明，此时目标面在
LED
透镜阵列的下方，将
LED
透镜下方目标面区域的均匀辐照分布或均匀照度分布作为目标函数然后选取非球面作为初始结构，选定好作为初始结构的球面，设置目标函数优化路径，进行优化后即可得到非球面
。
[0007]本专利技术所述的暗场照明，此时目标面的尺寸相比垂直环形照明有所变化，可选用非球面作为初始结构，将目标面区域的均匀辐照分布或均匀照度分布作为目标函数，设置目标函数优化路径，进行优化后即可得到非球面
。
[0008]将两个非球面集成在一个透镜上
。
[0009]此工装为碗状结构，包含多个复合透镜组成的透镜阵列，可实现垂直环形照明和低角度暗场照明的两种照明方案，且工装中心具有放置相机的孔洞
。
采用胶粘法固定透镜，固定透镜的工装采用金属材料，也可采用滚边法
、
压圈法或弹性元件法将透镜装入工装，将透镜和工装牢固的连接在一起
。
[0010]选用同型号光源
18
颗，分为两组
。
[0011]一组安装在
A
侧
(
参见图
1)
，负责垂直环形照明，一组安装在
B
侧，负责低角度暗场照明
。
[0012]A
侧正对目标面，
B
侧垂直于
A
侧
。
[0013]增大照明装置与待测区域之间的距离，同时开启
A
组光源，关闭
B
组，则可对目标进行垂直环形照明
。
[0014]减小照明装置与待测区域之间的距离（可将目标待测物放置在
B
侧内部），此时9颗复合透镜恰好对目标待测物构成环形低角度照明（暗场）
。
附图说明
[0015]图1为本专利技术所述的复合透镜布局以及照明装置示意图
。
[0016]图2为本专利技术所述的复合透镜结构示意图
。
[0017]图3为本专利技术所述的复合透镜配光路径
。
[0018]图4为本专利技术所述的
AB
两侧光源同时开启情况下的复合透镜光强分布
。
[0019]图5为本专利技术所述的低角度暗场照明下目标面的辐射照度分布
。
图6为本专利技术所述的垂直环形照明下目标面的辐射照度分布
。
具体实施方式
[0020]以下结合附图对本专利技术的技术细节进一步说明
。
[0021]图1为本专利技术所述的复合透镜布局以及照明装置示意图，所述的复合透镜呈方形结构，其中包含有2个入射面和2个出射面，出射面均为非球面，且两个非球面集成在一个复合透镜上
。
此工装为碗状结构，放置了多个复合透镜，且工装中央有一放置相机的孔洞
。
[0022]图2为本专利技术所述的复合透镜结构示意图及其配光路径，增大照明装置与待测区域之间的距离，同时开启
A
组光源，关闭
B
组，则可对目标进行垂直环形照明；减小照明装置与待测区域之间的距离（可将目标待测物放置在
B
侧内部），复合透镜恰好对目标待测物构成环形低角度照明（暗场）
。
[0023]图3为本专利技术所述的
AB
两侧光源同时开启情况下的复合透镜光强分布，同时开启
A B
两组光源收集总功率为
1.9914W
，效率为
0.99572
，最大强度为
1.3429W/sr。
[0024]图4为本专利技术所述的低角度暗场照明下目标面的辐射照度分布，在有效照明区域内（
30mm*40mm
），照度均匀度高于
80%
，完全满足低角度暗场照明的视觉检测均匀度要求
。
[0025]图5为本专利技术所述的垂直环形照明下目标面的辐射照度分布，在有效照明区域内（
100mm*100mm
），照度均匀度高于
80%
，完全满足垂直环形照明的视觉检测均匀度要求
。
[0026]综上所述，本专利技术提供的照明装置，可在不同位置实现垂直环形照明和暗场照明等两种不同的视觉检测照明方案，并可实现混合照明，从而满足复杂视觉检测照明需求
。
通过两组光源在同一组复合透镜阵列的二次配光下，能够针对视觉检测需求产生两种照明，对于视觉检测准确度和效率具有一定的现实意义
。
[0027]本专利技术是通过实施例来描述的，但并不对本专利技术构成限制，参照本专利技术的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本专利技术权利要求限定的范围之内
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于复合透镜的高低两用视觉检测照明装置，其特征在于，工装为碗状结构，包含多个复合透镜组成的透镜阵列，可实现垂直环形照明和低角度暗场照明的两种照明方案，且工装中心具有放置相机的孔洞
。2.
根据权利要求1所述的复合透镜，其特征在于，呈方形结构，该结构总计6个面，包含有2个入射面和2个出射面，入射面为平面，出射面均为非球面，上述面型均集成在一个透镜上
。3.
根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，暗场照明的情况下目标面的尺寸有所变化，可选用球面镜作为初始结构，将目标面区域的均匀辐照分布或均匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙翔，聂裕财，吕皓璘，王世昭，程子轩，余涛，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：