CN101539281A - 投影灯芯在灯杯内自动定位装置及其定位方法 - Google Patents

Abstract

一种投影灯芯在灯杯内自动定位装置及其定位方法，属于工业自动化控制领域，用于实现灯芯与灯杯安全、高效和高一致性的组装，以最低的成本满足大批量生产的需要。其主要由三部分组成：视觉系统，图像处理系统和运动控制系统，所述视觉系统将投影灯投射于屏幕(7)上的图像采集并传输到图像处理系统，所述图像处理系统将视觉系统采集到的数据进行处理，并和数据库里的经验数据进行比较和分析，得出当前灯芯(4)相对灯杯(5)的位置是否优化并产生运动控制参数，所述运动控制系统根据该运动控制参数调整灯芯(4)的位置。通过该定位装置及方法，实现了安全操作，提高了产品的生产质量和效率，节约了能源。

Description

投影灯芯在灯杯内自动定位装置及其定位方法

技术领域

本发明属于工业自动化控制领域，涵盖了机器视觉、计算机图像处理、自动控制等领域的内容，尤其涉及一种在投影灯装配过程中能够使灯芯在灯杯中自动定位的装置及方法。

背景技术

一个投影灯主要由灯杯、灯芯(交、直流超高压汞灯，金属卤素灯等高亮度投影灯芯)和其他辅助零件组成。其中，灯芯相对于灯杯的位置是投影灯组装的重点，直接决定了投影灯的输出、一致性和使用寿命。

现有的投影灯装配过程中，主要使用人的视觉和主观判断，手工寻找灯芯在灯杯中的最佳位置。参照图1，一般的装配步骤包括：

(1)在工作台1上装夹灯杯5；

(2)在多坐标手动调焦台3上装夹灯芯4；

(3)点灯，并等待灯芯4输出稳定；

(4)在一定距离的墙面7上，通过肉眼6观察图像的质量，然后操作多坐标调焦装置，在灯杯5内反复移动灯芯4，使得灯芯4的发光区域与灯杯5的焦点重合；

(5)关灯冷却后，注胶固定灯芯4；

(6)胶凝固后，完成灯芯4的装配。

图中，风扇2用于冷却灯芯4。

现有技术的主要问题是以下三个方面：

1、效率低，耗能：由于采用人眼识别和判断，而且是手工寻找位置，所以速度慢。平均要3-5分钟。现在的投影灯功率多数在200瓦甚至更高，由于必须在灯点燃达到稳定后才能调整，所以功耗高。

2、受人为因素影响：由于投影灯发出的高强光，色温在8500K左右，使人眼很容易疲劳，从而在识别和判断上很难保持一致，对于规模生产而言，产品的一致性和稳定性难以保证。

3、安全性差：投影灯不可避免有一定的提前失效率。失效的一个主要方式是炸灯。此时产生的高压(200个大气压)和高温(上千度)碎片的飞溅，对操作人员的安全是重大隐患。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种投影灯芯在灯杯内自动定位装置及其定位方法，用于实现灯芯与灯杯安全、高效和高一致性的组装，以最低的成本满足大批量生产的需要。

本发明的目的通过下列技术方案实现：

一种投影灯芯在灯杯内自动定位装置，包括工作台和灯芯，工作台上固定有灯杯，灯芯通过坐标调焦台装夹于灯杯内，该自动定位装置还包括视觉系统、图像处理系统和运动控制系统，所述视觉系统将投影灯投射于屏幕上的图像采集并传输到图像处理系统，所述图像处理系统将视觉系统采集到的数据进行处理，并和数据库里的经验数据进行比较和分析，得出当前灯芯相对灯杯的位置是否优化并产生运动控制参数，所述运动控制系统根据该运动控制参数调整灯芯的位置。

进一步地，所述图像处理系统通过运动控制线连接运动控制系统，所述运动控制系统包括步进电机、运动控制卡和传动机构，或者运动汽缸。。

进一步地，所述运动控制系统包括手动机械式位移台，用于手工调节灯芯的位置，所述图像处理系统将运动控制参数通过显示装置显示出来。

进一步地，所述视觉系统包括照相机或摄像机，其通过视频线或者数据线连接图像处理系统。

进一步地，所述图像处理系统为带图像处理软件的计算机或者可编程控制器或者单片机。

另一方面，本发明的技术方案还包括一种投影灯芯在灯杯内自动定位方法，包含以下工作步骤：

A、视觉系统将投影灯投射于屏幕上的图像采集并传输到图像处理系统；

B、图像处理系统将视觉系统采集到的数据进行处理，得出当前灯芯相对灯杯的位置是否优化；

C、若灯芯相对灯杯的位置已经优化则完成该次定位；

D、若灯芯相对灯杯的位置未优化则进行灯芯位置控制，并重新进行步骤A。

所述步骤B进一步包括以下步骤：

E、图像数据输入后首先提取关键区域参数；

其中，该关键区域参数包括屏幕的亮度、屏幕的均匀度、对比度和色温等；

F、将该参数和数据库里的经验数据进行分析与匹配。

G、如果配备显示装置，则通过显示装置将性能参数显示出来；

H、生成运动控制参数并输出该参数。

I、记录各项数据，如果配备显示装置，将是否优化以及运动控制参数等结果通过显示装置显示出来。

所述步骤D中的灯芯位置控制进一步包括以下步骤：

J、将运动控制参数输入运动控制系统，由运动控制系统自动调节灯芯位置；

或者包括以下步骤：

K、由操作者根据显示出来的运动控制参数，手动调节灯芯位置。

本发明的投影灯芯在灯杯内自动定位装置及其定位方法具有以下优点：

1、本发明为操作者提供了安全的操作环境。操作者通过电脑即可完成灯芯在灯杯中的组装，无需在组装的现场，从而杜绝了灯芯提前失效对人身的潜在伤害。即使是手工操作调焦台，因为无需直接观察屏幕上的影像，也避免了人眼观察强紫外光对人眼和皮肤的伤害(可以将调焦台置于安全墙之后)。

2、因为采用图像处理和运动控制后，可以将调焦时间缩短为几十秒甚至十几秒。无需等待灯芯输出稳定即可开始对焦。因为对焦标准是一个，所以生产的产品一致性有保障。在强光下，人眼难于分辨的因素或者由于疲劳造成的错觉都避免了，从而有效保证了产品的质量。同时，在控制组装的过程中，系统还能提供和记录产品的质量和重要光学参数，比如亮度、均匀度、对比度和色温等，为品质管理和研发提供数据依据。

3、在大规模生产过程中，缩短了点灯时间，节约能源，有效地降低了成本。仅电费一项，可以节约约六分之五。

附图说明

图1是现有技术中的灯芯组装示意图；

图2是投影灯芯在灯杯内自动定位装置的一种实施例的结构示意图；

图3是投影灯芯在灯杯内自动定位方法的工作流程图；

图4是投影灯芯在灯杯内自动定位方法中的图像处理流程图。

图中包括以下附图标记：1.工作台、2.风扇、3.多坐标手动调焦台、4.灯芯、5.灯杯、6.肉眼、7.墙面、8.计算机、9.自动坐标调焦台、10.照相机、11.电机、12.视频线/数据线、13.运动控制线。

具体实施方式

参照附图2-4，以下对本发明的具体实施方式加以详细地说明。

本投影灯芯在灯杯内自动定位装置主要由三部分组成：视觉系统，图像处理系统和运动控制系统。其中视觉系统和图像处理系统是核心部分。

视觉系统由照像机10、视频线/数据线12和视频采集卡组成。对于低端配置，也可以使用其他类型的照像机，比如USB接口或IEEE 1394接口等。无论高端还是低端配置，视觉系统的作用都是将屏幕上的图像采集并传输到处理中心(可以是计算机8或者其他图像处理硬件，如带视频分析功能的PLC等)。

图像处理系统将视觉系统采集到的数据进行处理，并和数据库里的经验数据进行比较和分析，得出当前灯芯4相对灯杯5的位置是否优化。判断的依据可以是屏幕的亮度、屏幕的均匀度、对比度和色温等，针对灯杯5的经验数据等参数。其核心是计算机8中的处理软件或者其他图像处理硬件(如PLC)的程序。

在图像处理系统得出结论后，产生运动控制数据，或者显示给操作者。高端配置下，控制数据将通过运动控制线13传输给步进电机11和自动坐标调焦台9，调整灯芯4位置；低端配置，也可以手工调节。

调整后的数据再次通过视觉系统传回图像处理系统，进行验证并完成进一步调整或者结束灯芯4位置优化工作。

本装置主要组成的三个部分可以按照下面罗列的内容，每一列中任选一项组合即可实施本发明。

视觉系统可选方案	图像处理系统可选方案	运动控制系统可选方案
			CCD/CMOS照像机，视频采集卡	计算机及配套软件	步进电机，运动控制卡，传动机构(齿轮，丝杠等)
IEEE 1394照像机，采集卡	带图像处理功能的可编程控制器(PLC)及图像处理程序	手动机械式位移台
			USB照像机	单片机及程序	运动汽缸
其他照像或摄像设备		其他直线或旋转式手动或电动运动传输机构

实施例一：

视觉系统：CCD摄像机，视频采集卡；

图像处理系统：电脑及图像处理软件；

运动控制系统：步进电机，运动控制卡，齿轮或丝杠组成的传动机构。

实施例二：

视觉系统：USB摄像机；

图像处理系统：电脑及图像处理软件；

运动控制系统：运动汽缸。

实施例三：

视觉系统：摄像机；

图像处理系统：带图像处理功能的可编程控制器(PLC)；

运动控制系统：手动位移台。

相应地，本发明中投影灯芯在灯杯内自动定位方法有以下一种具体实施步骤：

视觉系统将投影灯投射于屏幕7上的图像采集并传输到图像处理系统；

图像处理系统待图像数据输入后首先提取屏幕的亮度、屏幕的均匀度、对比度和色温等关键区域参数；

将该参数和数据库里的经验数据进行分析与匹配；

通过显示装置将性能参数显示出来；

生成运动控制参数并输出该参数；

按需要记录各项数据，并将是否优化以及运动控制参数等结果通过显示装置显示出来。

得出当前灯芯4相对灯杯5的位置是否优化；

若灯芯4相对灯杯5的位置已经优化则完成该次定位；

若灯芯4相对灯杯5的位置未优化则将运动控制参数输入运动控制系统，由运动控制系统自动调节灯芯4位置，并重新进行开始的步骤。

通过以上实施例，本发明即完成电脑控制下的灯芯和灯杯的最优化组装。

Claims (8)

1、一种投影灯芯在灯杯内自动定位装置，包括工作台(1)和灯芯(4)，工作台(1)上固定有灯杯(5)，灯芯(4)通过坐标调焦台装夹于灯杯(5)内，其特征在于，该自动定位装置还包括视觉系统、图像处理系统和运动控制系统，所述视觉系统将投影灯投射于屏幕(7)上的图像采集并传输到图像处理系统，所述图像处理系统将视觉系统采集到的数据进行处理，并和数据库里的经验数据进行比较和分析，得出当前灯芯(4)相对灯杯(5)的位置是否优化并产生运动控制参数，所述运动控制系统根据该运动控制参数调整灯芯(4)的位置。

2、根据权利要求1所述的投影灯芯在灯杯内自动定位装置，其特征在于，所述图像处理系统通过运动控制线(13)连接运动控制系统，所述运动控制系统包括步进电机(11)、运动控制卡和传动机构，或者运动汽缸。

3、根据权利要求1所述的投影灯芯在灯杯内自动定位装置，其特征在于，所述运动控制系统包括手动机械式位移台，用于手工调节灯芯(4)的位置，所述图像处理系统将运动控制参数通过显示装置显示出来。

4、根据权利要求1-3中任一所述的投影灯芯在灯杯内自动定位装置，其特征在于，所述视觉系统包括照相机(10)或摄像机，其通过视频线或数据线连接图像处理系统。

5、根据权利要求4所述的投影灯芯在灯杯内自动定位装置，其特征在于，所述图像处理系统为带图像处理软件的计算机(8)或者可编程控制器或者单片机。

6、一种投影灯芯在灯杯内自动定位方法，其特征在于，包含以下工作步骤：

A、视觉系统将投影灯投射于屏幕(7)上的图像采集并传输到图像处理系统；

B、图像处理系统将视觉系统采集到的数据进行处理，得出当前灯芯(4)相对灯杯(5)的位置是否优化；

C、若灯芯(4)相对灯杯(5)的位置已经优化则完成该次定位；

D、若灯芯(4)相对灯杯(5)的位置未优化则进行灯芯位置控制，并重新进行步骤A。

7、根据权利要求6所述的投影灯芯在灯杯内自动定位方法，其特征在于，步骤B进一步包括以下步骤：

E、图像数据输入后首先提取关键区域参数；

其中，该关键区域参数包括屏幕的亮度、屏幕的均匀度、对比度和色温；

F、将该参数和数据库里的经验数据进行分析与匹配；

G、如果配备显示装置，则通过显示装置将性能参数显示出来；

H、生成运动控制参数并输出该参数；

I、记录各项数据，如果配备显示装置，将是否优化以及运动控制参数等结果通过显示装置显示出来。

8、根据权利要求7所述的投影灯芯在灯杯内自动定位方法，其特征在于，步骤D中的灯芯位置控制进一步包括以下步骤：

J、将运动控制参数输入运动控制系统，由运动控制系统自动调节灯芯位置；

或者包括以下步骤：

K、由操作者根据显示出来的运动控制参数，手动调节灯芯位置。

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