阅读说明：本技术 用于镜片疵病检测的从广角到双远心变焦镜头系统 (-angle double telecentric zoom lens system for lens defect detection ) 是由 李琦 张合 向阳 董萌 王晓旭 闫帅 于 2019-11-19 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种用于镜片疵病检测的从广角到双远心变焦镜头系统,涉及机器视觉测量技术领域,解决了人工目测检查疵病效率低、成本高的技术问题。该变焦镜头系统,包括沿光轴方向设置的前固定组、变倍组、补偿组和后固定组,变倍组和补偿组为联动结构；通过变倍组和补偿组的同步远离或同步靠近能实现变焦镜头系统从大视场像方远心系统到物像方双远心系统的变换。本发明用于在线实时镜片疵病检测,利用前固定组和变焦像方远心系统相结合的方式改变物方视场,在不同倍档时可以用于不同视场的镜片疵病检测,全面提高镜片检测效率,保证检测准确度。(The invention provides lens defect detection-based system from angles to double telecentric zoom lenses, relates to the technical field of machine vision measurement, and solves the technical problems of low defect detection efficiency and high cost of manual visual inspection.)

用于镜片疵病检测的从广角到双远心变焦镜头系统

技术领域

本发明涉及机器视觉测量技术领域，尤其是涉及一种用于在线镜片疵病检测的从广角到双远心变焦镜头系统。

背景技术

镜片疵病检测是镜片生产过程中最重要的步骤之一，在光学镜片广泛应用的背景下，对镜片疵病检测的需求越来越高，相应的检测要求也越来越严格。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：

目前在光学镜片加工企业中主要以人工目视检测为主，针对划痕、麻点、气泡等镜片疵病，人眼极限分辨角小，有些疵病无法检测出来；检测效率低且人工成本高，而且检测标准不一，易受人为主观影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于在线实时镜片疵病检测的从广角(大视场像方)到物像方双远心变焦镜头系统，以解决现有技术中存在的人工目测检查疵病效率低、成本高的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种用于镜片疵病检测的从广角到双远心变焦镜头系统，利用前固定组和变焦像方远心系统相结合的方式改变物方视场，包括依次从物方向像方沿光轴方向设置的前固定组、变倍组、补偿组和后固定组，所述变倍组和所述补偿组为联动结构；通过所述变倍组和所述补偿组的同步远离或同步靠近能实现所述变焦镜头系统从大视场像方远心系统到物像方双远心系统的变换。

作为本发明的进一步改进，当所述变焦镜头系统处于大视场像方远心系统时其视场角为74°。

本发明通过移动变倍组与补偿组，双组联动，与物方的工作距离为100mm，广角(视场角74°)时检测整盘镜片(4*8个镜片)的疵病，小视场双远心系统倍率恒定，改变传统广角镜头受物距影响倍率不恒定，无法精确测量疵病大小的缺点。本发明提供的变焦镜头系统为大景深长焦深，物高变小，可以检测局部单组镜片疵病细节，小视场物方远心系统自身可消除物方由于调焦不准确带来的误差，两种状态下均为像方远心度为0.02°，像方远心系统可以消除像方调焦不准引入的测量误差；配以背光源照射，可实时将在线生产的不同尺寸(整盘镜片对角线长度150mm，局部物方视场30mm)的镜片疵病图像通过影像系统采集到计算机中，通过图像处理可以直观、清晰的完成疵病的检测，全面提高工人效率，替代传统人眼观察方式，保证检测准确度。

作为本发明的进一步改进，所述变焦镜头系统中所有的镜组表面均为球面或平面。

作为本发明的进一步改进，所述前固定组包括前胶合镜组和前弯月镜组，所述前胶合镜组为正光焦度透镜组，所述前弯月镜组为正弯月透镜，凸面朝向物方；所述前胶合镜组包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜为双凸透镜，所述第二透镜为负弯月透镜，所述第二透镜的凹面朝向物方，所述第一透镜的凸面和所述第二透镜的凹面胶合连接。

作为本发明的进一步改进，所述第二透镜和所述前弯月镜组之间用隔圈连接，距离为7±0.5mm。

作为本发明的进一步改进，所述第一透镜和所述前弯月透镜均采用低色散系统的冕牌玻璃制成，所述第二透镜采用高折射率的火石玻璃制成。

作为本发明的进一步改进，所述第一透镜和所述前弯月透镜的阿贝数(色散系数为阿贝数倒数)分别为55.49和54.67。

作为本发明的进一步改进，所述第二透镜的折射率为1.69。

作为本发明的进一步改进，所述变倍组包括第四透镜、第五透镜和变倍胶合镜组，所述变倍胶合镜组为负光焦度透镜组；所述第四透镜和所述第五透镜均为负弯月透镜，凹面均朝向像方，所述变倍胶合镜组包括第六透镜和第七透镜，所述第六透镜为双凹透镜，所述第七透镜为双凸透镜。

作为本发明的进一步改进，所述变倍组通过设计的凸轮曲线在镜筒中为线性移动，移动量为1-48mm。

作为本发明的进一步改进，所述补偿组包括第八透镜、补偿胶合镜组和孔径光阑，所述补偿胶合镜组为正光焦度透镜组；所述第八透镜为双凸透镜，所述补偿胶合镜组包括第九透镜和第十透镜，所述第九透镜为负弯月透镜，凹面朝向像方；所述第十透镜为双凸透镜；所述第十透镜和所述孔径光阑之间距离为27.5-72.5mm。

作为本发明的进一步改进，所述补偿组通过设计的凸轮曲线在镜筒中为非线性移动，移动量为1-45mm。

作为本发明的进一步改进，所述后固定组包括第十一透镜和后胶合镜组，所述后胶合镜组为正光焦度透镜组，所述第十一透镜为负弯月透镜，凹面朝向物方；所述后胶合镜组包括第十二透镜和第十三透镜，所述第十二透镜为双凸透镜，所述第十三透镜为双凹透镜。

作为本发明的进一步改进，所述前固定组设置在第一镜筒内，所述第一镜筒长度为40mm；所述变倍组和所述补偿组均滑动设置在第二镜筒内，通过设计的凸轮曲线在镜筒里做前后滑动，所述第二镜筒长度为245mm；所述后固定组设置在第三镜筒内，相邻镜筒之间通过螺纹连接，所述第三镜筒到像方距离为20mm，所述第一镜筒到物方距离为100mm。

本发明与现有定焦广角镜头相比，具有以下的优点和积极效果：

1.本发明利用前固定组和变焦像方远心系统相结合的方式改变物方视场，在不同倍档时可以用于不同视场的镜片疵病检测；通过移动变倍组与补偿组，通过电机双组联动，从广角调焦到物像方双远心系统，广角(视场角74°)时检测整盘镜片(4*8个)的疵病，小视场物方远心时可以局部检测单组镜片疵病细节，在要求的物距下，物像双远心系统倍率恒定，综合物像方远心光路特点，大景深长焦深，精确测量疵病大小，可消除测量误差及调焦误差；配以背光源照射，可实时将在线生产镜片疵病图像通过影像系统采集到计算机中，通过图像处理可以直观、清晰的完成疵病的检测，全面提高工人效率，保证检测准确度。

2.本发明采用机械补偿法变焦结构，包括前固定组，变倍组，补偿组，后固定组。

3.本发明通过调节变倍组与补偿组，变倍组线性运动，补偿组非线性运动，达到变焦效果，实现大视场到物方远心的改变。

4.本发明采用低色散系数的冕牌玻璃，色散系数越小，成像越清晰。

5.本发明采用的镜片表面类型均为球面或者平面，没有引入非球面，从而减少了加工及装调难度，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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仅是本发明的一些实施例，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。

图1是本发明用于镜片疵病检测的从广角到双远心变焦镜头系统从大广角到双远心的变焦结构图；

图2是本发明用于镜片疵病检测的从广角到双远心变焦镜头系统中变倍组和补偿组变化情况图；

图3是本发明用于镜片疵病检测的从广角到双远心变焦镜头系统的结构示意图。

图中1、前固定组；2、变倍组；3、补偿组；4、后固定组；G1、第一透镜；G2、第二透镜；G3、前弯月透镜；G4、第四透镜；G5、第五透镜；G6、第六透镜；G7、第七透镜；G8、第八透镜；G9、第九透镜；G10、第十透镜； G11、第十一透镜；G12、第十二透镜；G13、第十三透镜；G14、孔径光阑。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1-图3所示，本发明提供了一种用于镜片疵病检测的从广角到双远心变焦镜头系统，利用前固定组和变焦像方远心系统相结合的方式改变物方视场，包括依次从物方向像方沿光轴方向设置的前固定组1、变倍组2、补偿组3和后固定组4，变倍组2和补偿组3为联动结构；通过变倍组2和补偿组3的同步远离或同步靠近能实现变焦镜头系统从大视场像方远心系统到物像方双远心系统的变换。

当变焦镜头系统处于大视场像方远心系统时其视场角为74°。

本发明通过移动变倍组与补偿组，双组联动，与物方的工作距离为100mm，广角(视场角74°)时检测整盘镜片(4*8个镜片)的疵病，小视场双远心系统倍率恒定，改变传统广角镜头受物距影响倍率不恒定，无法精确测量疵病大小的缺点。本发明提供的变焦镜头系统为大景深长焦深，物高变小，可以检测局部单组镜片疵病细节，小视场物方远心系统自身可消除物方由于调焦不准确带来的误差，两种状态下均为像方远心度为0.02°，像方远心系统可以消除像方调焦不准引入的测量误差；配以背光源照射，可实时将在线生产的不同尺寸(整盘镜片对角线长度150mm，局部物方视场30mm)的镜片疵病图像通过影像系统采集到计算机中，通过图像处理可以直观、清晰的完成疵病的检测，全面提高工人效率，替代传统人眼观察方式，保证检测准确度。

作为可选的实施方式，变焦镜头系统中所有的镜组表面均为球面或平面，没有引入非球面，从而减少了加工及装调难度，降低成本。

前固定组1包括前胶合镜组和前弯月镜组G3，前胶合镜组为正光焦度透镜组，前弯月镜组G3为正弯月透镜，凸面朝向物方；前胶合镜组包括第一透镜G1和第二透镜G2，第一透镜G1为双凸透镜，第二透镜G2为负弯月透镜，第二透镜G2的凹面朝向物方，第一透镜G1的凸面和第二透镜G2的凹面胶合连接。

第二透镜G2和前弯月镜组G3之间用隔圈连接，距离为7±0.5mm。

进一步的，第一透镜G1和前弯月透镜G3均采用低色散系统的冕牌玻璃制成，第二透镜G2采用高折射率的火石玻璃制成。

更进一步的，第一透镜G1和前弯月透镜G3的阿贝数(色散系数为阿贝数倒数)分别为55.49和54.67。

第二透镜G2的折射率为1.69。

作为可选的实施方式，变倍组2包括第四透镜G4、第五透镜G5和变倍胶合镜组，变倍胶合镜组为负光焦度透镜组；第四透镜G4和第五透镜G5均为负弯月透镜，凹面均朝向像方，变倍胶合镜组包括第六透镜G6和第七透镜G7，第六透镜G6为双凹透镜，第七透镜G7为双凸透镜。

变倍组2通过设计的凸轮曲线在镜筒中为线性移动，移动量为1-48mm。

补偿组3包括第八透镜G8、补偿胶合镜组和孔径光阑G14，补偿胶合镜组为正光焦度透镜组；第八透镜G8为双凸透镜，补偿胶合镜组包括第九透镜G9 和第十透镜G10，第九透镜G9为负弯月透镜，凹面朝向像方；第十透镜G10 为双凸透镜；第十透镜G10和孔径光阑G14之间距离为27.5-72.5mm。当补偿组3前后移动时，会使第十透镜G10与孔径光阑G14之间的距离增大或缩小，最大距离为72.5mm，最小距离为27.5mm。变倍组2和补偿组3的移动为分级移动方式，共包括三级移动挡位。

补偿组3通过设计的凸轮曲线在镜筒中为非线性移动，移动量为1-45mm。

后固定组4包括第十一透镜G11和后胶合镜组，后胶合镜组为正光焦度透镜组，第十一透镜G11为负弯月透镜，凹面朝向物方；后胶合镜组包括第十二透镜G12和第十三透镜G13，第十二透镜G12为双凸透镜，第十三透镜G13 为双凹透镜。

前固定组1设置在第一镜筒内，第一镜筒长度为40mm；变倍组2和补偿组3均滑动设置在第二镜筒内，通过设计的凸轮曲线在镜筒里做前后滑动，第二镜筒长度为245mm；后固定组4设置在第三镜筒内，相邻镜筒之间通过螺纹连接，第三镜筒到像方距离为20mm，第一镜筒到物方距离为100mm。

实施例1：

在分析市面上现有的检测系统，其中：

1.缺少在线检测整盘镜片疵病的实际应用；传统广角镜头系统随着物距变化，放大倍率不固定，无法对镜片疵病进行精确测量。

2.针对于不同尺寸的镜片，需要选取不同倍率的广角光学系统；大幅度降低工作效率。

综上，现有光学系统均无法满足实时在线检测整盘镜片疵病同时可以调焦局部检测单组镜片疵病细节的要求。

本发明的一种新型用于镜片疵病检测的大视场到双远心变焦镜头系统利用物像方远心系统结构特点，大视场到物方远心系统包括前固定1，变倍组2，补偿组3，和像方远心系统中的后固定组4，通过调节变倍组2与补偿组3(通过电机控制变倍组2及补偿组3镜片，前后移动)，双组联动(设计凸轮曲线，将变倍组2与补偿组3镜片利用销钉固定在电机上，前后双组移动)，达到变焦效果，在设计凸轮曲线时，会根据不同的视场角固定挡位，以满足在线检测整盘镜片疵病同时可以局部检测单组镜片疵病细节，且倍率恒定的要求。每一镜组的表面均为球面或者平面。

本发明的一种新型用于镜片疵病检测的大视场到双远心变焦镜头系统中包括13块透镜，依次为G1-G13镜组。

前固定组1：包括一组胶合透镜组和一片前弯月透镜G3，沿光轴方向顺次为正光焦度第一透镜G1，负光焦度第二透镜G2，正光焦度前弯月透镜G3。第一透镜G1、前弯月透镜G3为采用低色散系数的冕牌玻璃，第二透镜G2采用高折射率的火石玻璃，有利于校正像散及场曲，且第一透镜G1、第二透镜G2，前弯月透镜G3为一正一负光焦度透镜，有利于校正轴外点高级像差。

变倍组2：包括两片弯月透镜和一组胶合透镜组，顺次为负光焦度第四透镜G4，负光焦度第五透镜G5，负光焦度第六透镜G6，正光焦度第七透镜G7，有利于分散光焦度负担，校正球差。

补偿组3：包括一片双凸透镜和一组胶合透镜组，顺次为正光焦度第八透镜G8，负光焦度第九透镜G9，正光焦度第十透镜G10，有利于分散光焦度负担，校正球差。

后固定组4：包括一片弯月透镜和一组胶合透镜组，顺次为负光焦度第十一透镜G11，正光焦度第十二透镜G12，负光焦度第十三透镜G13，有利于分散光焦度负担，校正球差。

变倍组2透镜在距离内成线性运动，补偿组3在距离内成非线性运动。

镜片疵病检测是指判断一定尺寸范围内的镜片是否具有划痕、麻点、气泡等镜片疵病。在检测时会给定一个精度，大于精度范围的疵病需要检测，小于此范围的疵病则无需检测(疵病检测时通过调节变倍组和补偿组，达到变焦目的，在固定工作距离下，不同挡位时有不同的视场，可以在检测整盘镜片的疵病时针对特定范围进行局部放大检测)，对于少量的镜片，可以通过人工使用目视的方法来测量，可以判断是否具有疵病。当检测流水线上大量生产的镜片时则需要实现自动检测，通过各种方式获得镜片的图像信息，判断是否存在疵病。由于对产品质量的要求越来越高，实现产品由抽检向全检的转变已经成为必然的趋势，因此对疵病检测系统的精度、效率及便捷度提出了更高的要求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。