CN101949866A - 用于包装检测的单相机全向视觉传感器 - Google Patents
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Abstract
用于包装检测的单相机全向视觉传感器，涉及一种视觉检测传感器。提供一种能够同时测量包装罐外壁和内壁或顶部缺陷，可显著降低包装罐在线检测系统的复杂度，减少检测成本，提高检测效率的用于包装检测的单相机全向视觉传感器。设有内外四面反射镜、凹透镜、摄像机、半透半反镜、顶部和外部照明光源。外四面反射镜安装在内四面反射镜外围，凹透镜安装在内四面反射镜顶部，摄像机设在凹透镜上方，摄像机中心光轴与内四面反射镜中心线以及凹透镜主光轴重合；半透半反镜位于摄像机和凹透镜之间，并与摄像机的中心光轴成45度角；顶部照明光源安装在半透半反镜侧面，外部照明光源设有至少3个照明光源。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用光学方法为特征的视觉检测传感器，尤其是涉及一种用于包装检测的单相机全向视觉传感器。
背景技术
由于视觉传感器具有低成本和易用性等优点，因此被广泛应用于检验、计量、测量、定向、瑕疵检测和分捡等工业领域。一方面，传统的视觉传感器都是利用双目立体进行匹配，不仅增加了检测系统的成本，而且增加了系统控制的复杂性；另一方面，新出现的单目立体传感器由于对包装罐的内壁照明亮度不均匀等影响，罐体内壁的图像对于自动检测较为困难。
公开号为CN1987345A的中国发明专利申请公开一种单目立体视觉传感器，它是由一个四锥棱镜和一组反射镜组合而成的光学成像系统，一台摄像机和四组反射镜构成的四锥棱镜的单目立体视觉传感器，能够同时在摄像机的上下左右像平面上获得同一被测物在不同方向上的二位图像，从而降低搜索空间，实现视觉的在线检测。
公开号为CN1605827的中国发明专利申请公开一种双目立体结构多功能视觉，该装置包括第一摄像机、可变投射器和第二摄像机，两个摄像机构成双目立体视觉测量结构，在空间成三角关系，满足三角法测量原理要求，可变投射器设置有投射光源。该发明采用了双目立体结构，是传感器标定方法统一，同时结合可变投射器能够实现多功能测量，解决了视觉测量应用中视觉传感器所需的柔性、多功能、稳定性等技术问题，采用特定模具传感器外壳主体成型技术，加工简单，成本低，可用于大批量、高精度现场测量应用。
公开号为CN1727839的中国发明专利申请公开一种机器人系统中再校准三维视觉传感器的方法和设备，通过机器人以一个或更多的相对位置关系安置视觉传感器和测量目标，并利用校准的数据测量目标，最后获取点图形的位置或方位的信息，达到减轻再校准所需的工作负荷。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够同时测量包装罐外壁和内壁或顶部缺陷，可显著降低包装罐在线检测系统的复杂度，减少检测成本，提高检测效率的用于包装检测的单相机全向视觉传感器。
本发明设有内四面反射镜、外四面反射镜、凹透镜、摄像机、半透半反镜、顶部照明光源和外部照明光源。
外四面反射镜相对安装在内四面反射镜的外围，凹透镜安装在内四面反射镜的顶部，摄像机设在凹透镜上方，摄像机的中心光轴与内四面反射镜的中心线以及凹透镜的主光轴重合；半透半反镜位于摄像机和凹透镜之间，半透半反镜与摄像机的中心光轴成45度角；顶部照明光源安装在半透半反镜的侧面，外部照明光源设有至少3个照明光源，所述至少3个照明光源最好对称布置在外四面反射镜的底部或四周，对包装罐外壁进行照明。此时，摄像机可以通过两组四面反射镜观察到包装罐的整个外壁，同时，摄像机镜头与凹透镜构成反远距系统，使得摄像机可观察到包装罐的内壁。
所述内四面反射镜可呈金字塔形结构，所述外四面反射镜也可呈金字塔形结构。
所述外部照明光源最好设有对称分布的4个照明光源。
与现有技术相比，本发明具有以下突出优点：
1)采用两组四面反射镜组合对被测物的整个外壁同时成像，能够采集到理想的全景图像，可以实现各种形状复杂的包装罐的视觉检测。
2)利用凹透镜构成反远距光学系统，对包装罐的内壁或顶部区域成像，一方面匹配了摄像机的成像面，避免使用大景深的摄像机，适用于包装罐快速的在线检测，另一方面可以增大内壁检测的视野，提高对不良品的识别率。
3)使用半透半反镜和照明光源对包装罐内壁的成像区域进行同轴照明，避免在内壁检测区域产生高的镜面反射，使整个内壁面的亮度均匀，能突出亮度异常的缺陷特征，有效提高缺陷检测的可靠性。
4)采用一台摄像机实现的全向视觉拍摄，包括了包装罐的整个外壁和内壁，大大降低了视觉检测系统的复杂度，降低了检测成本，提高检测效率。
附图说明
图1是本发明实施例的结构组成示意图(侧视)。
图2是本发明实施例的两组四面反射镜与凹透镜结构组成示意图(俯视)。
在图1和2中，各标记为：1摄像机，2凹透镜，3内四面反射镜，4外四面反射镜，5半透半反镜，6顶部照明光源，7外部照明光源，A包装罐(被测物)。
具体实施方式
参见图1，摄像机1设在凹透镜2上方，半透半反镜5位于摄像机1与凹透镜2之间，半透半反镜5与摄像机1的光轴成45度角，顶部照明光源6的中心与半透半反镜5的中心在同一水平线上，对包装罐A的内壁或顶部进行同轴照明。凹透镜2安装在内四面反射镜3的顶部，摄像机1的中心光轴与内四面反射镜3的对称轴重合；外四面反射镜4相对应安装在内四面反射镜3的外围，外四面反射镜4的镜面中心与内四面反射镜3的每面反射镜中心相对，这两组四面反射镜(即内四面反射镜3和外四面反射镜4)的对称轴与摄像机1的光轴重合；外部照明光源7的4个照明光源分别安装在外四面反射镜4对应的外围(参见图2)。
在图1中，顶部照明光源6的光经过半透半反镜5垂直入射凹透镜2，光束经过凹透镜2的发散后可以给包装罐A内壁提供均匀照明，包装罐A内壁经过凹透镜2，由摄像机1成像在整个图像的正中间区域。外部照明光源7的光经过外四面反射镜4和内四面反射镜3的两次反射，使得包装罐A外壁4个方向的图像分别成像在摄像机1像面的上下左右4个区域。
图2给出所述外部照明光源7和两组四面反射镜(即内四面反射镜3和外四面反射镜4)，以及凹透镜2的位置关系俯视图。
Claims (5)
1.用于包装检测的单相机全向视觉传感器，其特征在于设有内四面反射镜、外四面反射镜、凹透镜、摄像机、半透半反镜、顶部照明光源和外部照明光源；
外四面反射镜相对安装在内四面反射镜的外围，凹透镜安装在内四面反射镜的顶部，摄像机设在凹透镜上方，摄像机的中心光轴与内四面反射镜的中心线以及凹透镜的主光轴重合；半透半反镜位于摄像机和凹透镜之间，半透半反镜与摄像机的中心光轴成45度角；顶部照明光源安装在半透半反镜的侧面，外部照明光源设有至少3个照明光源，对包装罐外壁进行照明。
2.如权利要求1所述的用于包装检测的单相机全向视觉传感器，其特征在于所述至少3个照明光源，对称布置在外四面反射镜的底部或四周。
3.如权利要求1所述的用于包装检测的单相机全向视觉传感器，其特征在于所述内四面反射镜呈金字塔形结构。
4.如权利要求1所述的用于包装检测的单相机全向视觉传感器，其特征在于所述外四面反射镜呈金字塔形结构。
5.如权利要求1所述的用于包装检测的单相机全向视觉传感器，其特征在于所述外部照明光源设有对称分布的4个照明光源。
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