【摘 要】
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随着工业4.0、中国智造等概念的提出,机器视觉被应用在越来越多的行业领域,机器视觉镜头作为机器视觉成像系统中的核心元件之一,其成像的质量好坏影响着相关检测的速度和准确度。而目前的机器视觉镜头中,远心镜头由于其放大倍数恒定、无视差、高分辨率、低畸变等优点被越来越多的应用。本文为满足这一方面的市场需求,查阅相关资料研究了远心镜头的相关成像原理及远心系统的分类等,发现目前对于物方单远心或像方单远心镜头的
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随着工业4.0、中国智造等概念的提出,机器视觉被应用在越来越多的行业领域,机器视觉镜头作为机器视觉成像系统中的核心元件之一,其成像的质量好坏影响着相关检测的速度和准确度。而目前的机器视觉镜头中,远心镜头由于其放大倍数恒定、无视差、高分辨率、低畸变等优点被越来越多的应用。本文为满足这一方面的市场需求,查阅相关资料研究了远心镜头的相关成像原理及远心系统的分类等,发现目前对于物方单远心或像方单远心镜头的研究较多,现有的量产产品也较多。而对于物像方双远心系统的研究较少,对于物像方双远心的变倍系统的研究就更少了。针对这一市场空白,本文研究设计了两款物像方双远心的变倍系统。一款为具有双光路的双远心系统,该系统以折射棱镜为分界,将远心系统分为“物镜”部分与“目镜”部分,通过增加或更换“目镜”,即可在原有系统中同时实现不同的光学放大率,使得该远心成像系统能够应用在各种不同的场合。该系统工作距离为130mm,物方视场分别为40 mm与80 mm,搭配2/3英寸成像芯片,光学放大倍率分别为-0.275x与-0.1375x,并且满足低畸变（各视场均小于0.1%）、高分辨（MTF在105lp/mm处大于0.3）、高远心度（小于0.1°）等设计指标要求。本论文首先介绍了该系统的结构特点、优化过程等,然后在设计完成后对其成像质量、容差特性进行了分析,以验证其可加工性能。基于系统对远心性能的设计要求,一并分析了它的光学景深效果以及蒙特卡洛模拟下的远心度变化情况;进一步的,设计了另一款为-0.5X～-0.2X可连续变倍的物像双远心系统,该系统在连续变倍过程中能始终保持物像方远心成像的特性,物面和像面的微小位移对成像质量均不会产生太大的影响。其像质分析结果表明,系统的MTF值在空间频率为77.5 lp/mm处均大于0.3,且各个变倍位置的畸变均小于0.1%、远心度小于0.1°,同样满足高分辨率、低畸变等产品要求。然后给出了两种求解该变倍远心系统凸轮曲线的方法,介绍了其详细的工作原理及工作流程并给出准确的凸轮曲线数据,这对该变倍双远心系统后期的生产加工有着重要的作用。
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