CN104676374A - 一种机器视觉照明光源及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了机器视觉照明光源，包括底板，与底板配合安装的外壳，在底板上安装有传动部件，该传动部件包括旋转部分和传动部分；其中，旋转部分包括旋钮，旋钮下方依次设有轴承和大斜齿轮；其中，传动部分包括小斜齿轮，该小斜齿轮与所述大斜齿轮相啮合，该小斜齿轮安装有丝杆，该丝杆上安装有滑块，该滑块与滑轨配合安装，所述滑块通过连杆与LED模组相连接，所述LED模组位于所述底板的下方。同时，本发明还公开了机器视觉照明光源的操作方法。本发明通过旋转旋钮联动实现LED模组的角度可调，而且保持一致，在针对不同检测特征，改变入射光线的方向的情况，也能实现均匀照明，操作方便。

Description

一种机器视觉照明光源及其操作方法

技术领域

本发明涉及光电照明领域，具体地涉及一种机器视觉照明光源及其操作方法。

背景技术

机器视觉是用机器来代替我们人眼来进行检测和判断，传统的人工检测不仅仅需要大量的人力而且效率低下。机器视觉常用于大批量的生产过程中的产品质量检测，尤其在检测环境危险和人眼视觉难以满足的场合。机器视觉可以大大提高检测精度和检测速度，从而提高生产效率，可以避免人眼视觉检测带来的的偏差和误差。市场上的用户对于产品质量和质量控制的要求越来越高。在这种情况下，为了提高产品的质量和竞争能力，机器视觉将是一大趋势。

机器视觉系统的输入端一般是工业相机，而照明系统是影响工业相机采集图像的重要因素，质量好的图像能够大大减少后期算法的工作量。目前市场上现使用的环形直接照明的光源的角度一般是固定的，为了得到均匀的照明效果，目标检测面的入射光线角度是固定的。但不同类型的特征检测需要不同的入射光线角度。若不能改变光源的角度并保持角度一致，会造成光线不均匀，采集的图像的质量也不好。

中国专利CN201210497326.0公开了一种机器视觉LED照明光源，该技术方案在LED矩阵光源的照射面设置有漫射板，通过漫射板的漫射作用使得光线变均匀，可以在不移动灯罩的情况下获得更丰富的亮度跟入射角度，而且光线均匀，但该技术方案并不能改变光源的角度并保持角度一致，从而导致图像采集效果不佳。

发明内容

本发明目的在于克服现有的技术的缺点和不足，提供一种角度可调，并保持角度一致和照射均匀的机器视觉照明光源。

为了达到上述目的，本发明提供如下的技术方案：

机器视觉照明光源，包括底板，与底板配合安装的外壳，在底板上安装有传动部件，该传动部件包括旋转部分和传动部分；其中，旋转部分包括旋钮，旋钮下方依次设有轴承和大斜齿轮；其中，传动部分包括小斜齿轮，该小斜齿轮与所述大斜齿轮相啮合，该小斜齿轮安装有丝杆，该丝杆上安装有滑块，该滑块与滑轨配合安装，所述滑块通过连杆与LED模组相连接，所述LED模组位于所述底板的下方。

通过旋转旋钮，带动斜齿轮对，由于小斜齿轮带动丝杆，从而由丝杆带动滑块移动，通过控制滑块移动来实现改变LED模组的倾角，进而实现LED模组的角度可调，而且保持一致。

    作为本技术方案的一种改进，所述传动部分和LED模组以底板的圆心圆形阵列均匀分布在底板。

作为本技术方案的另一种改进，所述LED模组包括前盖和后盖，前盖和后盖连接一起可活动转动，所述前盖上分布有了LED矩形阵列，所述LED模组通过前盖螺栓与连杆相接。

作为本技术方案的再一种改进， 所述后盖上开有散热孔，有利于LED灯散热，延长LED灯的使用寿命。

进一步，所述前盖的两侧设有楔子，所述楔子与漫射罩连接，增加漫射罩，柔和出射的光线，增加照射均匀度。

进一步，所述滑块上设有滑轮，以减少滑块滑动的摩擦。

同时，本发明还提供给了机器视觉照明光源的操作方法，具体包括以下步骤：

S1、将本发明机器视觉照明光源固定在机器视觉检测系统的图像采集端，使得摄像机的轴心与光源中心开孔对心；

S2、通过调节检测系统的机械机构将摄像头和本发明机器视觉照明光源调节到需检测范围的高度；

S3、接通电源，本发明机器视觉照明光源工作；

S4、根据检测的高度，得出LED模组所需要的倾角，然后旋转光源的旋钮，从而得到需要的LED模组倾角，摄像机开始工作，采集图像。

    进一步，所述步骤S4中得出LED模组所需要的倾角，具体通过如下公式计算求解：

（1）

 其中：E为照射面的点的光射强度；

       为LED的法线光线强度；

        为LED的法线与水平的夹角；

       h为光源的高度；

       m为与LED发光特性的系数；

      为光源的初始半径；

      为LED模组的长度；

为了得到均匀效果，根据斯帕罗准则，当多个光斑其重合部分的中心光强与每个光斑的最大光强的位置的光强相等时,那么就认为该多个光斑恰好能分辨，式（1）要满足：

从而得到LED模组倾角与高度h的函数关系为：          

。

综上所述，本发明与现有技术相比，具有如下的技术优势：

本发明通过旋转旋钮联动实现LED模组的角度可调，而且保持一致。在针对不同检测特征，改变入射光线的方向的情况，也能实现均匀照明，操作方便。另外可以根据检测要求，可以增加漫射罩，柔和出射的光线，以增加照射均匀度，使得能够适合更多的场合，以及提高检测效率，针对不同检测特征，不需要更换光源，也能使检测的特征的对比度尽量大。

附图说明

图1为本发明机器视觉照明光源的内部结构示意图；

图2为本发明机器视觉照明光源的外部结构示意图；

图3为漫射板的结构示意图。

具体实施方式

 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

 对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

    如图1-2所示，为本发明机器视觉照明光源的结构示意图，包括底板4，与底板4配合安装的外壳18，在底板上安装有传动部件，该传动部件包括旋转部分100和传动部分200。

    其中，旋转部分100包括旋钮1，旋钮1下方依次设有轴承2和大斜齿轮3，大斜齿轮3和轴承2配合；其中，传动部分200包括小斜齿轮5，该小斜齿轮5与所述大斜齿轮3相啮合，该小斜齿轮5安装有丝杆6，该丝杆6上安装有滑块8，每一滑块8上通过螺钉10连接有四个滑轮9，该滑块8与滑轨7配合安装，所述滑块8通过连杆12与LED模组300相连接，所述LED模组300位于所述底板4边缘的下方。其中，传动部分200和LED模组300均以底板4的圆心圆形阵列均匀分布在底板4。

    其中，LED模组300包括前盖15和后盖13，前盖15和后盖13连接在一起可活动转动，该前盖15上分布有了LED矩形阵列16，该LED模组300通过前盖15螺栓11与连杆12相接，该后盖13上开有开有散热孔14。

    为了柔和出射的光线，增加照射均匀度，可以通过楔子17将图3所示的漫射板19安装与前盖15上。

本发明的机器视觉照明光源，通过旋钮1带动斜齿轮对转动，再通过丝杆6移动滑块8，由于滑块8与LED模组300通过连杆12连接，所以，通过旋转旋钮1，以至改变LED模组300的倾角，使其可在不同高度也就不同入射角光线照明，达到均匀照明的效果。

实施例二

本实施例为机器视觉照明光源，具体包括以下步骤：

S1、将本发明机器视觉照明光源固定在机器视觉检测系统的图像采集端，使得摄像机的轴心与光源中心开孔对心；

S2、通过调节检测系统的机械机构将摄像头和本发明机器视觉照明光源调节到需检测范围的高度；

S3、接通电源，本发明机器视觉照明光源工作；

S4、根据检测的高度，得出LED模组所需要的倾角，然后旋转光源的旋钮，从而得到需要的LED模组倾角，摄像机开始工作，采集图像。

其中，所述步骤S4中得出LED模组所需要的倾角，具体为：

本发明机器视觉照明光源在改变入射光线方向的同时，能提供均匀照射的照明效果。即是在不同高度照射，也可以达到均匀的效果，其中我们以照射面中心为原点，建立笛卡尔坐标(x、y、z)，则照射面的点(x、y、z)的照度为：

$E=\mathrm{\Σ}\frac{l_o\mathrm{co}{s}^m(\mathrm{\θ}-\arccos \left(\frac{r_0+l\sin \mathrm{\θ}-x}{\sqrt{{(r_0+l\sin \mathrm{\θ}-x)}^2+h^2+y^2}}\right))\left(\frac{r_0+l\sin \mathrm{\θ}-x}{\sqrt{{(r_0+\mathrm{lisn\θ}-x)}^2+h^2+y^2}}\right)}{{(r_0+l\sin \mathrm{\θ}-x)}^2+h^2+y^2}---\left(1\right)$

其中I₀为LED的法线光线强度，θ为LED的法线与水平的夹角，h为光源的高度，m为与LED发光特性的系数，r₀为光源的初始半径，l为LED模组的长度。

为了得到均匀效果。根据斯帕罗准则，当多个光斑其重合部分的中心光强与每个光斑的最大光强的位置的光强相等时,那么就认为该多个光斑恰好能分辨，式（1）也应满足：

于是得到：

                 

    即LED模组倾角与高度h的函数关系。通过改变光源的高度来改变入射光线方向的同时，并且以相匹配的LED模组倾角来达到均匀照射的照明效果。

Claims (8)

1.一种机器视觉照明光源，其特征在于，包括底板，与底板配合安装的外壳，在底板上安装有传动部件，该传动部件包括旋转部分和传动部分；其中，旋转部分包括旋钮，旋钮下方依次设有轴承和大斜齿轮；其中，传动部分包括小斜齿轮，该小斜齿轮与所述大斜齿轮相啮合，该小斜齿轮安装有丝杆，该丝杆上安装有滑块，该滑块与滑轨配合安装，所述滑块通过连杆与LED模组相连接，所述LED模组位于所述底板的下方。

2.如权利要求1所述的一种机器视觉照明光源，其特征在于，所述传动部分和LED模组以底板的圆心圆形阵列均匀分布。

3.如权利要求1或2所述的一种机器视觉照明光源，其特征在于，所述LED模组包括前盖和后盖，所述前盖上分布有了LED矩形阵列，所述LED模组通过前盖螺栓与连杆相接。

4.如权利要求3所述的一种机器视觉照明光源，其特征在于，所述后盖上开有散热孔。

5.如权利要求3所述的一种机器视觉照明光源，其特征在于，所述前盖的两侧设有楔子，所述楔子与漫射罩连接。

6.如权利要求1所述的一种机器视觉照明光源，其特征在于，所述滑块上设有滑轮。

7.如权利要求1所述的一种机器视觉照明光源的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将本发明机器视觉照明光源固定在机器视觉检测系统的图像采集端，使得摄像机的轴心与光源中心开孔对心；

S2、通过调节检测系统的机械机构将摄像头和本发明机器视觉照明光源调节到需检测范围的高度；

S3、接通电源，本发明机器视觉照明光源工作；

S4、根据检测的高度，得出LED模组所需要的倾角，然后旋转光源的旋钮，从而得到需要的LED模组倾角，摄像机开始工作，采集图像。

8.如权利要求7所述的一种机器视觉照明光源的操作方法，其特征在于，所述步骤S4中得出LED模组所需要的倾角，具体通过如下公式计算求解：

（1）

 其中：E为照射面的点的光射强度；

       为LED的法线光线强度；

        为LED的法线与水平的夹角；

       h为光源的高度；

       m为与LED发光特性的系数；

      为光源的初始半径；

      为LED模组的长度；

  式（1）要满足：

得到LED模组倾角与高度h的函数关系为：          

。