一种同轴照明一体化高倍工业显微成像镜头的制作方法

本发明涉及工业摄像头，尤其是涉及一种同轴照明一体化高倍工业显微成像镜头。

背景技术：

1、随着高端制造业向精密化、微型化方向发展，工业生产中对微米级甚至亚微米级缺陷的检测需求持续增长，高倍显微成像镜头作为机器视觉检测系统的核心成像部件，其性能直接决定了检测系统的精度与效率。为兼顾大视野快速巡检与高倍细节观测的双重需求，可调节倍率的变倍显微镜头成为行业主流方案，通过切换不同放大倍率，实现对被测工件从整体到局部的分级检测。

2、然而，现有高倍变倍显微镜头在实际工业应用中仍存在诸多技术缺陷：

3、1.变倍无齐焦特性，检测效率低下

4、现有多数变倍显微镜头采用透镜组轴向移动的变倍方式，倍率切换后物面焦距与像面位置会产生显著偏移，不具备齐焦性能。在产线检测过程中，每切换一次倍率都需要重新执行对焦操作，大幅增加了工位调试时长，难以适配高速在线检测的节拍要求；同时频繁的对焦调节会加速机械结构磨损，长期运行后定位精度衰减，导致成像一致性下降，影响检测结果的可靠性。

5、2.高倍率下工作距离极短，干涉风险高

6、为实现高放大倍率与高光学分辨率，传统高倍显微镜头普遍采用物方短焦距的光学架构，导致工作距离镜头物方端面至被测物表面的距离大幅压缩。在自动化检测产线中，镜头前端极易与工装夹具、运动模组及被测工件发生刚性碰撞，既会造成高值光学镜片划伤、碎裂，提升设备维护成本，也易导致精密被测工件报废，增加生产损耗；同时极短的工作距离也限制了检测场景的兼容性，难以应用于带工装、有深度的腔体类工件检测。

7、因此，开发一款兼具齐焦变倍性能、长工作距离与高集成照明适配能力的高倍工业显微成像镜头，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提供一种同轴照明一体化高倍工业显微成像镜头，采用高稳定性的机械变倍机构，配合优化的光学透镜组设计，在多档位倍率切换过程中可保持物像面位置的高度一致，实现精准的齐焦设计；倍率切换后无需大幅重新对焦即可获得清晰成像，有效缩短了检测工位的倍率调节与对焦调试时间。

2、为解决上述问题本发明所采取的技术方案是：

3、一种同轴照明一体化高倍工业显微成像镜头，包括底座，所述底座上端设有操作台，操作台上端设有定位夹具，底座上端还设有能够上下移动的升降台，升降台前端安装有能够拆卸的成像镜头，成像镜头外表面上设有能够转动的调节齿轮，在调节齿轮旋转时，能够调节成像镜头的焦距，升降台前端还设有与调节齿轮相配合的传动组件，当升降台向上移动时，传动组件能够驱动调节齿轮转动，对成像镜头的焦距实时调节；成像镜头内部设有照明组件。

4、所述底座上端固接有两个长导杆，升降台滑动连接在两个长导杆外表面上，底座上端设有伸缩杆，升降台安装在伸缩杆的伸缩端。

5、所述传动组件包括能够转动的主动齿轮，升降台前端固接有延伸板，主动齿轮转动连接在延伸板下端并与调节齿轮相啮合，延伸板前端设有与成像镜头相配合的压座，压座通过螺栓固接在延伸板前端。

6、所述传动组件还包括与底座固接的长齿条，升降台上端转动连接有与长齿条相啮合的直齿轮，直齿轮前端设有传动比调节机构，主动齿轮安装在传动比调节机构的输出端。

7、所述传动比调节机构包括长转轴，直齿轮固接在长转轴外表面一侧，长转轴外表面另一侧滑动连接有能够移动的摩擦轮，主动齿轮上端同轴固接有与摩擦轮相配合的摩擦盘，延伸板上端设有两个侧板，长转轴转动连接在两个侧板内壁。

8、所述摩擦轮上端转动连接有调节座，两个侧板上端转动连接有第二螺纹杆，调节座内部设有与第二螺纹杆相配合的不完全螺纹座，第二螺纹杆外表面一侧设有第二手柄。

9、所述侧座内壁均滑动连接有小滑块，两个小滑块内壁固接有一个能够上下移动的复位杆，不完全螺纹座滑动连接在调节座内壁，调节座内壁还设有与不完全螺纹座相配合的第二弹簧，不完全螺纹座下端表面设有与复位杆滑动连接的导向座。

10、所述升降台上端设有与复位杆相配合的u形导板，长转轴外表面上套有与调节座相配合的大弹簧。

11、所述定位夹具包括多个与操作台滑动连接的夹板，操作台下端设有能够转动的驱动盘，当驱动盘转动时，能够驱动多个夹板向内侧移动。

12、所述驱动盘下端非圆心处设有多个第一铰接座，夹板下端均设有第二铰接座，第一铰接座和第二铰接座之间均设有调节杆，调节杆均包括内螺纹筒和外螺纹杆，外螺纹杆均螺纹连接在内螺纹筒内壁，内螺纹筒均固接在对应的第一铰接座上，外螺纹杆均转动连接在对应的第二铰接座上。

13、本发明和现有技术相比具有以下优点：

14、本发明在使用时，先根据检测需求将对应型号的成像镜头安装在升降台前端，通过压座与螺栓完成紧固固定，再转动第一手柄带动外螺纹杆旋转，通过外螺纹杆与内螺纹筒的螺纹配合调整调节杆的整体长度，以此改变多个夹板的初始夹持位置，适配不同尺寸与形状的待检测工件；将待检测工件放置在操作台中央后，启动电机带动驱动盘转动，通过第一铰接座、调节杆与第二铰接座的传动，驱动多个夹板同步向内侧移动，对待检测工件进行精准夹持定位，保证检测过程中工件位置稳定无偏移；随后启动伸缩杆驱动升降台沿长导杆上下移动，根据检测倍率与工作距离需求调整成像镜头的高度位置；在升降台上下移动的过程中，固接在底座上的长齿条与升降台上的直齿轮保持啮合，驱动直齿轮随升降台的位移同步转动；直齿轮转动时带动长转轴与摩擦轮同步旋转，再通过摩擦轮与摩擦盘的摩擦传动带动主动齿轮转动；主动齿轮通过与调节齿轮的啮合驱动成像镜头的焦距调节结构同步运作，实现升降台高度调节与镜头焦距调节的联动匹配，无需单独手动对焦即可在不同工作高度下保持清晰成像，配合高稳定性的机械变倍机构可实现多档位倍率下的齐焦效果，倍率切换后无需大幅重新对焦，大幅缩短工位调试时间，完全适配高速在线检测的节拍要求；当更换不同型号的成像镜头时，可转动第二手柄带动第二螺纹杆旋转，通过不完全螺纹座的传动驱动调节座沿长转轴前后移动，改变摩擦轮与摩擦盘的接触传动半径，以此调整升降位移与焦距调节量之间的传动比，适配不同镜头的焦距调节参数，保证联动调节的精准度；且不完全螺纹座与第二螺纹杆的螺纹配合具备自锁特性，可稳定维持调节后的传动比，避免运行过程中出现偏移，长期高频切换使用仍能维持稳定的成像性能，降低设备运维成本，保障检测结果的可靠性；当升降台向上移动至上限位置时，复位杆上端与 u 形导板接触并受其阻挡不再随升降台同步上升，进而推动导向座与不完全螺纹座向下移动压缩第二弹簧，使不完全螺纹座与第二螺纹杆脱离啮合；此时大弹簧的弹力推动调节座向后移动复位，带动摩擦轮回到初始位置，实现传动比调节机构的自动复位，为下一次镜头更换与参数调节做好准备；成像镜头内部集成的照明组件可提供同轴照明效果，充足的长工作距离也可额外适配环形光等外部照明方案，能够根据不同检测场景灵活调整布光方式与照明角度，为被测表面提供均匀高对比度的照明，让划痕、凹陷、焊点缺陷等微观特征清晰呈现，有效提升微观缺陷的检出率；长工作距离的光学架构突破了传统高倍镜头工作距离与倍率负相关的物理限制，有效避免镜头前端与工装夹具、运动模组及被测工件发生碰撞干涉，既保护高价值的光学镜头不受损坏，也防止精密被测产品因碰撞出现报废，显著降低产线的运维风险与生产损耗；更长的工作距离也提升了镜头的场景适配性，可兼容带工装夹持、具有一定深度的腔体类工件等复杂检测场景；同轴照明一体化的光学结构设计相较于传统外置分光结构，大幅缩减了系统整体体积，降低了现场装配与光路调试的难度，同时有效减少了杂散光干扰与光路偏移问题，显著提升成像的对比度与清晰度；整体将成像光学系统、变倍机构与照明适配结构一体化集成设计，结构紧凑，可直接适配各类标准工业相机与机器视觉检测平台，无需额外搭建复杂的辅助光路与安装支架，通用性强，可广泛应用于半导体封装检测、精密五金缺陷检测、微电子焊点质量检测、smt贴片检测等多种高倍精密工业检测场景。