光学镜头、视觉检测系统及激光加工设备的制作方法

1.本实用新型涉及精密加工技术领域，特别是涉及一种光学镜头、视觉检测系统及激光加工设备。


背景技术：

2.在精密加工制造过程中，必然要对产品进行定位、检测，如果使用普通的工业镜头将会存在较大畸变、视差等像差，影响定位、检测精度。使用远心镜头，其特有的平行光路设计极大的降低了上述问题，在一定的物距范围内，图像放大倍率不会发生变化，因此远心镜头非常适合于精密加工领域。
3.然而目前大多数远心镜头像方视场有限，无法应用于高分辨率的相机。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对现有远心镜头像方视场有限，无法应用于高分辨率的相机的问题，提供一种光学镜头、视觉检测系统及激光加工设备。
5.一种光学镜头，包括从物方到像方依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜及第九透镜，
6.所述第一透镜具有正光焦度和双凸结构，所述第二透镜具有正光焦度和弯月结构，所述第三透镜具有负光焦度和双凹结构，所述第四透镜具有正光焦度和双凸结构，所述第五透镜具有正光焦度和弯月结构，所述第六透镜具有负光焦度和双凹结构，所述第七透镜具有正光焦度和弯月结构，所述第八透镜具有正光焦度和双凸结构，所述第九透镜具有正光焦度和双凸结构。
7.上述光学镜头的像方视场直径可达到28mm，换言之，该光学镜头具有较大的视场，能够适用于具有较高分辨率的4k线扫相机。
8.在其中一个实施例中，所述第一透镜的折射率为1.716
‑
1.752，阿贝数为40
‑
50，所述第二透镜的折射率为1.725
‑
1.752，阿贝数为40
‑
50，所述第三透镜的折射率为1.725
‑
1.752，阿贝数为25
‑
30，所述第四透镜的折射率为1.725
‑
1.752，阿贝数为40
‑
50，所述第五透镜的折射率为1.712
‑
1.735，阿贝数为25
‑
30，所述第六透镜的折射率为1.671
‑
1.725，阿贝数为25
‑
35，所述第七透镜的折射率为1.671
‑
1.725，阿贝数为45
‑
60,所述第八透镜g8折射率为1.613
‑
1.671，阿贝数为50
‑
65，所述第九透镜的折射率为1.613
‑
1.671，阿贝数为50
‑
65。
9.在其中一个实施例中，所述第一透镜的折射率为1.73，阿贝数为45.9，所述第二透镜的折射率为1.740，阿贝数为44.2，所述第三透镜的折射率为1.736，阿贝数28.4，所述第四透镜的折射率为1.742，阿贝数为45.01，所述第五透镜的折射率为1.728，阿贝数为28.3，所述第六透镜的折射率为1.695，阿贝数为30.51，所述第七透镜的折射率为1.691，阿贝数为49.77，所述第八透镜的折射率为1.621，阿贝数为60.11，所述第九透镜的折射率为1.634，阿贝数为56.9。
10.在其中一个实施例中，所述第六透镜和所述第七透镜相互胶合。
11.在其中一个实施例中，所述光学镜头还包括光阑，所述光阑设于所述第五透镜和所述第六透镜之间，并且位于像方焦平面上。
12.在其中一个实施例中，所述光学镜头的物象共轭距为432.49mm，所述光学镜头的物象共轭距为432.49mm，所述光学镜头的物方工作距离为114mm，像方视场的直径为28mm。
13.在其中一个实施例中，所述光学镜头的放大倍率为0.27。
14.在其中一个实施例中，所述第一透镜的厚度为12.860mm
±
5％，所述第二透镜的厚度为9.888mm
±
5％，所述第三透镜的厚度为2.937mm
±
5％，所述第四透镜的厚度为10.000mm
±
5％，所述第五透镜的厚度为2.210mm
±
5％，所述第六透镜的厚度为2.000mm
±
5％，所述第七透镜的厚度为7.916mm
±
5％，所述第八透镜的厚度为10.000mm
±
5％，所述第九透镜的厚度为9.248mm
±
5％。
15.本实用新型还提出一种视觉检测系统，包括相机和所述的光学镜头，所述光学镜头还包括镜筒，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述光阑、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜及所述第九透镜依次设置于所述镜筒内，所述镜筒的末端设有螺纹接口，以便与所述相机相连接。
16.本实用新型还提出一种激光加工设备，包括所述的视觉检测系统。
附图说明
17.图1为一实施例中光学镜头的示意图；
18.图2为图1所示光学镜头的场曲畸变图；
19.图3为图1所示光学镜头的光学传递函数图；
20.图4为图1所示光学镜头的垂轴色差图。
21.如下具体实施方法将结合上述附图进一步说明本实用新型。
具体实施方式
22.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
23.本实用新型提出一种激光加工设备，包括视觉检测系统和激光加工头。视觉检测系统用于对待加工的工件进行定位以及检测，该视觉检测系统的检测精度直接影响到加工质量。
24.视觉检测系统的工作原理是利用计算机来模拟人的视觉功能从客观事物的图像中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于实际检测。视觉检测系统包括光源、光学镜头、相机及图像处理模块。其中，光学镜头包括镜筒，镜筒的末端设有螺纹接口，以便与相机相连接。视觉检测系统的工作流程为：首先采用相机获得物体的图像信号，然后通过a/d转换获得数字信号并传送给图像处理模块，根据像素分布、亮度和颜色等信息，进行运算来抽取物体的特征，然后再根据预设的判别准则输出判断结果。
25.光学镜头作为视觉检测系统的核心部件，对成像质量具有直接影响。本实用新型提出的光学镜头为物方远心镜头，光学镜头包括沿光轴oa从物侧ob到像侧im依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、光阑c、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8及第九透镜9，并且光阑c位于像方焦平面上。该光学镜头为物方远心镜头，物方的主光线平行于光轴，主光线的会聚中心位于物方无限远。当物距发生变化时，像距相应改变，但像高并没有发生改变，因此测得的物体尺寸不会变化。
26.第一透镜1具有正光焦度和双凸结构，第二透镜2具有正光焦度和弯月结构，第三透镜3具有负光焦度和双凹结构，第四透镜4具有正光焦度和双凸结构，第五透镜5具有正光焦度和弯月结构，第六透镜6具有负光焦度和双凹结构，第七透镜7具有正光焦度和弯月结构，第八透镜8具有正光焦度和双凸结构，第九透镜9具有正光焦度和双凸结构。
27.上述光学镜头的像方视场直径可达到28mm，换言之，该光学镜头具有较大的视场，能够适用于具有较高分辨率的4k线扫相机。
28.第一透镜1的折射率为1.716
‑
1.752，阿贝数为40
‑
50，第二透镜2的折射率为1.725
‑
1.752，阿贝数为40
‑
50，第三透镜3的折射率为1.725
‑
1.752，阿贝数为25
‑
30，第四透镜4的折射率为1.725
‑
1.752，阿贝数为40
‑
50，第五透镜5的折射率为1.712
‑
1.735，阿贝数为25
‑
30，第六透镜6的折射率为1.671
‑
1.725，阿贝数为25
‑
35，第七透镜7的折射率为1.671
‑
1.725，阿贝数为45
‑
60,第八透镜8g8折射率为1.613
‑
1.671，阿贝数为50
‑
65，第九透镜9的折射率为1.613
‑
1.671，阿贝数为50
‑
65。
29.第六透镜6和第七透镜7相互胶合。
30.光学镜头的物侧ob工作距离为114mm时，像方视场的直径为28mm。
31.实施例
32.光学镜头包括从物侧ob到像侧im依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8及第九透镜9。第一透镜1具有朝向物侧ob的前表面、朝向像侧im的后表面。第二透镜2具有朝向物侧ob的前表面、朝向像侧im的后表面。第三透镜3具有朝向物侧ob的前表面、朝向像侧im的后表面。第四透镜4具有朝向物侧ob的前表面、朝向像侧im的后表面。第五透镜5具有朝向物侧ob的前表面、朝向像侧im的后表面。第六透镜6具有朝向物侧ob的前表面、朝向像侧im的后表面。第七透镜7具有朝向物侧ob的前表面、朝向像侧im的后表面。第八透镜8具有朝向物侧ob的前表面、朝向像侧im的后表面。第九透镜9具有朝向物侧ob的前表面、朝向像侧im的后表面。
33.下表一列出了本实施例光学镜头的各项参数，包括曲率半径、厚度、材料(折射率/阿贝数)，表中的厚度值表示透镜的前表面到后表面沿光轴oa的间距。
34.表1透镜前表面、后表面的曲率半径、透镜的厚度、折射率及阿贝数
35.[0036][0037]
根据表1并结合图1，光学镜头的物侧ob工作距离为114mm，该工作距离是指物侧ob到第一透镜1前表面沿光轴oa的距离。
[0038]
第一透镜1的前表面的曲率半径为226.176mm，后表面的曲率半径为
‑
134.591mm，误差范围为
±
5％内；第一透镜1的厚度为12.860mm，且误差在
±
5％范围内；第一透镜1的后表面到第二透镜2的前表面沿光轴oa的距离为142.385mm；第一透镜1的折射率为1.73，阿贝数为45.9。
[0039]
需要说明的是，曲率半径的数值为正，表明透镜表面朝向物侧ob凸起，曲率半径的数值为负，表明透镜表面朝向像侧im凸起。
[0040]
第二透镜2的前表面的曲率半径为18.946mm，后表面的曲率半径为14.421mm；第二透镜2的厚度为9.888mm，且误差在
±
5％范围内，第二透镜2的后表面到第三透镜3的前表面沿光轴oa的距离为3.658mm；第二透镜2的折射率为1.740，阿贝数为44.2。
[0041]
第三透镜3的前表面的曲率半径为
‑
149.153mm，后表面的曲率半径为22.095mm；第三透镜3的厚度为2.937mm，且误差在
±
5％范围内，第三透镜3的后表面到第四透镜4的前表面沿光轴oa的距离为8.745mm；第三透镜3的折射率为1.736，阿贝数28.4。
[0042]
第四透镜4的前表面的曲率半径为46.660mm，后表面的曲率半径为
‑
78.138mm；第四透镜4的厚度为10.000mm，且误差在
±
5％范围内，第四透镜4的后表面到第五透镜5的前表面沿光轴oa的距离为0.592mm；第四透镜4的折射率为1.742，阿贝数为45.01。
[0043]
第五透镜5的前表面的曲率半径为27.472mm，后表面的曲率半径为45.788mm；第五透镜5的厚度为2.210mm，且误差在
±
5％范围内，第五透镜5的后表面到光阑c沿光轴oa的距离为10.069mm；第五透镜5的折射率为1.728，阿贝数为28.3。
[0044]
光阑c到第六透镜6的前表面沿光轴oa的距离为0.555。
[0045]
第六透镜6的前表面的曲率半径为
‑
221.853mm，后表面的曲率半径为15.349mm；第六透镜6的厚度为2.000mm，且误差在
±
5％范围内，第六透镜6的后表面与第七透镜7的前表面相互胶合，间距为0；第六透镜6的折射率为1.695，阿贝数为30.51。
[0046]
第七透镜7的前表面的曲率半径为15.349mm，后表面的曲率半径为30.448mm；第七透镜7的厚度为7.916mm，且误差在
±
5％范围内，第七透镜7的后表面到第八透镜8的前表面沿光轴oa的距离为4.954mm；第七透镜7的折射率为1.691，阿贝数为49.77。
[0047]
第八透镜8的前表面的曲率半径为101.775mm，后表面的曲率半径为
‑
40.110mm；第八透镜8的厚度为10.000mm，且误差在
±
5％范围内，第八透镜8的后表面到第九透镜9的前表面沿光轴oa的距离为36.539mm；第八透镜8的折射率为1.621，阿贝数为60.11。
[0048]
第九透镜9的前表面的曲率半径为82.990mm，后表面的曲率半径为
‑
84.772mm；第九透镜9的厚度为9.248mm，且误差在
±
5％范围内，第九透镜9的后表面到像平面沿光轴oa的距离为43.393mm；第九透镜9的折射率为1.634，阿贝数为56.9。
[0049]
图2为光学镜头的场曲畸变图，当光学镜头存在场曲时，整个光束的交点不与理想像点重合，虽然在每个特定点能得到清晰的像点，但整个像平面是一个曲面，这样无法看清整个像面，使得观察画面和摄像比较困难。畸变实际上是光学镜头固有的透视失真的总称，也就是因为透视原因造成的失真，这种失真对成像质量是非常不利的。由图2可知，场曲在0.1mm以内，畸变小于0.008％，保证了光学镜头拍摄的画面不弯曲且画面平正，没有可视的畸变。
[0050]
图3为光学传递函数(mtf)图，光学传递函数(optical transfer function，otf)是指以空间频率为变量，表征成像过程中调制度和横向相移的相对变化的函数。光学传递函数是光学系统对空间频谱的滤波变换。图3表征物方工作距离为114mm，光圈(f/#)为6.5，视场圆直径为28mm的光学传递函数值。其中，光圈(f/#)为镜头焦距与入瞳直径的比值。光圈的作用在于决定镜头的的进光量，调节进入镜头里面的光线的多少，光圈的数值越小，光圈越大，进光量就越多。反之，光圈的数值越大，光圈越小，进光量也就越少。空间频率为150lp/mm时，对应的mtf值达到了0.3，这表明光学镜头在该频率范围内能很好地分辨物体的轮廓，光学镜头拍摄的整个画面较为清晰。
[0051]
图4为光学镜头的垂轴色差图，色差又称色像差，是透镜成像的一个严重缺陷，色差简单来说就是颜色的差别，发生在以多色光为光源的情况下，单色光不产生色差。图4中的纵坐标最大值为14mm，表明全视场色差均在艾里斑范围以内，保证了整个画面视场范围内没有可视的颜色差异，满足设计要求。
[0052]
此外，本实用新型光学镜头的远心度小于0.03
°
，实现了远心镜头的设计要求。远心度是指物方主光线与光轴间的夹角，远心度越小，才能较好地消除透视误差，从而减小测量误差。
[0053]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0054]
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。