一种潜望式大视场双远心可变焦零件内壁探测镜头、机械封装结构及电子电路

本发明涉及光学系统设计及工业零件内壁探测，具体而言，涉及一种双远心光学系统构造成的工业零件内壁探测镜头、机械封装结构及电子电路。

背景技术：

1、工业零件内壁检测是一项关键的质量控制工作，在制造过程中往往需要对零件内壁进行精确的检测，以确保产品的质量和性能。而内壁检测镜头作为内壁检测系统中的核心部件，其设计和制造具有一定的挑战性。下面将介绍工业零件内壁检测镜头的背景技术。

2、内壁检测镜头主要分为两种类型：一种是直接接触式内壁检测镜头，另一种是非接触式内壁检测镜头。直接接触式内壁检测镜头需要将镜头置于被检测零件的内部，对内壁进行直接观察和检测；而非接触式内壁检测镜头则通过光学传感器等技术，无需直接接触被检测零件内壁即可完成检测工作。不同类型的内壁检测镜头适用于不同的检测场景和要求。

3、内壁检测镜头的制造工艺包括材料选择、精密加工和组装等环节。在材料选择方面，常用的材料有光学玻璃和特殊涂层材料，能够满足镜头的高要求；在精密加工方面，需要采用高精度数控加工设备和工艺，确保镜片和镜筒的精度和表面质量；在组装环节，需要严格控制装配过程和环境条件，确保镜头装配的质量和性能。

4、随着工业技术的不断进步和智能制造的发展，内壁检测镜头也将朝着高分辨率、高自动化和智能化的方向发展。未来内壁检测镜头将会更加智能化，具备自动调焦、自动对焦和自动数据分析等功能，提高检测效率和准确性；同时，还将结合人工智能和大数据技术，实现对检测数据的深度挖掘和分析，为工业制造提供更加精准的质量控制解决方案。

5、综上所述，工业零件内壁检测镜头是内壁检测系统中的重要组成部分，其设计和制造对于确保工业生产中零件质量和性能至关重要。未来，随着工业技术的不断发展，内壁检测镜头将会朝着智能化和高性能化的方向不断演进，为工业制造提供更加高效和可靠的质量控制解决方案。

技术实现思路

1、基于上述高性能内壁探测镜头的需求，本发明提供了一种潜望式双远心变焦零件内壁探测镜头，该探测镜头具有大视场、潜望式结构、体积小、便携、易于拼装的特点并具有良好的成像性能。

2、对于大视场，本发明的成像视场角可以达到120°便于旋转拍照实现图像拼接，获取零件内部360°成像。相较于一般探测镜头(视场角一般为60°左右)探测视场一般镜头的2倍。减少拍照次数，更加方便快捷。

3、采用了潜望式结构，通过一片反射镜改变光路，同时可以安装多个中继镜头延长光路解决了一般镜头无法伸进较窄较深的管道内壁的问题。扩大了镜头的应用范围。

4、对于变焦，该镜头不仅可以大视场探测零件内部整体环境，还可以减小工作距离，近距离探测局部结构，减小广角所带来的畸变，实现多功能高性能成像。

5、下面为该潜望式双远心变焦零件内壁探测镜头的镜头结构，光学镜片基本结构如图1所示。

6、本发明提供了一种体积小、大视场、潜望式双远心变焦镜头的解决方案。所述光学系统镜头模组自左至右、自上至下依次排列为物面、第一透镜、第二透镜、平面反射镜、第三至第六透镜、光阑和第七至第二十四透镜。其中第十一至第二十四透镜为中继镜头，可以根据零件内壁深度在第十透镜后安装多个该中继镜头以用于延长光路。

7、所述第一透镜为弯月形透镜，其朝向物侧的一面为凸面，厚度为4.517mm；

8、所述第二透镜为双凹透镜，厚度为4.00mm；

9、所述第三透镜为弯月形透镜，其朝向物侧的一面为凹面，厚度为3.500mm；

10、所述第四透镜为弯月形透镜，其朝向物侧的一面为凹面，厚度为3.500mm；

11、所述第五透镜为弯月形透镜，其朝向物侧的一面为凹面，两个面均为非球面，厚度为3.500mm；

12、所述第六透镜为弯月形透镜，其朝向物侧的一面为凹面，厚度为3.500mm；

13、所述第七透镜为弯月形透镜，其朝向物侧的一面为凹面，厚度为2.730mm；

14、所述第八透镜为双凸透镜，两个面均为非球面，厚度为1.854mm；

15、所述第九透镜为双凹透镜，厚度为3.072mm；

16、所述第十透镜为双凸透镜，厚度为3.087mm；

17、所述第十一透镜为弯月形透镜；其朝向物侧的一面为凹面，厚度为2.588mm；

18、所述第十二透镜为弯月形透镜；其朝向物侧的一面为凸面，厚度为4.000mm；

19、所述第十三透镜为双凸透镜，厚度为2.894mm；

20、所述第十四透镜为双凹透镜，厚度为2.260mm；

21、所述第十五透镜为弯月形透镜；其朝向物侧的一面为凹面，厚度为1.973mm；

22、所述第十六透镜为弯月形透镜；其朝向物侧的一面为凹面，厚度为2.026mm；

23、所述第十七透镜为双凸透镜，厚度为1.065mm；

24、所述第十八透镜为双凸透镜，厚度为0.675mm；

25、所述第十九透镜为弯月形透镜；其朝向物侧的一面为凸面，厚度为2.088mm；

26、所述第二十透镜为弯月形透镜；其朝向物侧的一面为凸面，厚度为2.079mm；

27、所述第二十一透镜为双凹透镜，厚度为1.915mm；

28、所述第二十二透镜为双凸透镜，厚度为2.611mm；

29、所述第二十三透镜为弯月形透镜；其朝向物侧的一面为凹面，厚度为1.713mm；

30、所述第二十四透镜为弯月形透镜；其朝向物侧的一面为凸面，厚度为2.604mm。

31、进一步地，各镜面曲率半径如下：

32、所述第一透镜前表面半径为96.282mm，后表面半径为15.186mm；

33、所述第二透镜前表面半径为-105.024mm，后表面半径为27.991mm；

34、所述第三透镜前表面半径为43.694mm，后表面半径为28.939mm；

35、所述第四透镜前表面半径为32.206mm，后表面半径为29.263mm；

36、所述第五透镜前表面为非球面，半径为25.250mm，二次曲面常数k为3.049，四阶系数a为0，六阶系数b为5.603e-007，八阶系数c为-1.011e-009，十阶系数d为1.705e-010，后表面为非球面，半径为18.274mm，二次曲面常数k为0.935，四阶系数a为0，六阶系数b为4.099e-007，八阶系数c为3.583e-009，十阶系数d为3.789e-011；

37、所述第六透镜前表面半径为14.518mm，后表面半径为22.610mm；

38、所述第七透镜前表面半径为-22.714mm，后表面半径为15.545mm；

39、所述第八透镜前表面为非球面，半径为-21.047mm，二次曲面常数k为-0.337，四阶系数a为2.798e-006，六阶系数b为3.251e-006，八阶系数c为-1.052e-007，十阶系数d为2.800e-009，后表面为非球面，半径为19.690mm，二次曲面常数k为-0.597，四阶系数a为0，六阶系数b为2.902e-006，八阶系数c为-9.669e-008，十阶系数d为2.893e-009；

40、所述第九透镜前表面半径为694.865mm，后表面半径为-23.976mm；

41、所述第十透镜前表面半径为-16.833mm，后表面半径为631.744mm；

42、所述第十一透镜前表面半径为65.168mm，后表面半径为22.340mm；所述第十二透镜前表面半径为-29.559mm，后表面半径为-57.237mm；所述第十三透镜前表面半径为-11.981mm，后表面半径为58.116mm；所述第十四透镜前表面半径为52.345mm，后表面半径为-8.620mm；

43、所述第十五透镜前表面半径为11.124mm，后表面半径为39.069mm；

44、所述第十六透镜前表面半径为26.125mm，后表面半径为19.901mm；所述第十七透镜前表面半径为-46.015mm，后表面半径为23.588mm；所述第十八透镜前表面半径为-145.523mm，后表面半径为111.359mm；所述第十九透镜前表面半径为-19.090mm，后表面半径为-29.227mm；所述第二十透镜前表面半径为-71.404mm，后表面半径为-12.742mm；所述第二十一透镜前表面半径为8.358mm，后表面半径为-23.674mm；所述第二十二透镜前表面半径为-24.820mm，后表面半径为11.822mm；所述第二十三透镜前表面半径为61.291mm，后表面半径为24.426mm；所述第二十四透镜前表面半径为-24.156mm，后表面半径为-77.087mm。上述各镜片中：

45、第一透镜焦距为负的透镜，其焦距为-29.577869mm；

46、第二透镜焦距为负的透镜，其焦距为-34.978222mm；

47、平面反射镜，其焦距为无穷；

48、第三透镜为焦距为负的透镜，其焦距为-102.050905mm；

49、第四透镜为焦距为负的透镜，其焦距为-286.814453mm；

50、第五透镜为焦距为负的透镜，其焦距为-89.050219mm；

51、第六透镜为焦距为正的透镜，其焦距为72.095126mm；

52、第七透镜为焦距为正的透镜，其焦距为79.313027mm；

53、第八透镜为焦距为负的透镜，其焦距为-20.110379mm；

54、第九透镜为焦距为正的透镜，其焦距为31.166864mm；

55、第十透镜为焦距为负的透镜，其焦距为-28.467777mm；

56、第十一透镜为焦距为负的透镜，其焦距为-44.189592mm；

57、第十二透镜为焦距为负的透镜，其焦距为-75.533362mm；

58、第十三透镜为焦距为负的透镜，其焦距为-13.519838mm；

59、第十四透镜为焦距为正的透镜，其焦距为9.870919mm；

60、第十五透镜为焦距为正的透镜，其焦距为22.352320mm；

61、第十六透镜为焦距为负的透镜，其焦距为-98.363377mm；

62、第十七透镜为焦距为负的透镜，其焦距为-21.002938mm；

63、第十八透镜为焦距为负的透镜，其焦距为-84.695012mm；

64、第十九透镜为焦距为负的透镜，其焦距为-67.801008mm；

65、第二十透镜为焦距为正的透镜，其焦距为21.869981mm；

66、第二十一透镜为焦距为正的透镜，其焦距为8.087990mm；

67、第二十二透镜为焦距为负的透镜，其焦距为-11.047128mm；

68、第二十三透镜为焦距为负的透镜，其焦距为-52.551510mm；

69、第二十四透镜为焦距为负的透镜，其焦距为-46.109886mm。

70、进一步地，本零件内壁探测镜头进行了机械封装(附图)并进行了led灯带照明及其电路设计，其中，镜头的机械封装对镜头组内的结构进行修饰，保障光路畅通。

71、机械封装结构如下：

72、采用eva树脂外壳，外壳体内部使用固化胶将所述第一透镜至第二十四透镜、平面反射镜、光阑固定，变焦部位采用变焦凸轮结构。

73、led灯带照明电路如下：

74、包括可调挡led灯带以及led照明驱动电路；led灯带安装于第一透镜处封装结构的外侧，使得其可以在零件内部探测区域提供充足的光照，根据工作距离的长短可调节led灯带的亮度，确保探测成像明亮清晰；所述led照明驱动电路，包括晶体管、电容、滑动变阻器、若干电阻，通过调节滑动变阻器阻值来调节led灯带的驱动信号大小，实现led亮暗调节。

75、本发明的有益效果：

76、(1)大视场。本发明在变焦工作距离为50mm情况下，具有120度的大视场。进行零件内壁整体探测时，可旋转镜头，通过三次旋转拍照成像并通过图像拼接进而获取零件内壁360度的图像。方便快捷地获取零件内壁整体环境信息。

77、(2)潜望式结构，通过增加反射镜改变光路，解决了传统筒状镜头难以伸进零件内部对内壁成像的问题。提高工业探测检修的便捷性。

78、(3)近距离探测局部结构信息，该镜头不仅可以大视场探测零件内部整体环境，还可以减小工作距离，近距离探测局部结构，减小广角所带来的畸变，实现多功能高性能成像。

79、(4)附带可调挡led灯带照明，可以根据工作距离调节滑动变阻器调节led灯带的亮度，保证不同工作距离成像明亮清晰。

80、(5)体积小便携，易于组装。