CN102721703A - 一种在线检测的照明装置与成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种照明装置，可用于工件的检测。该装置采用外部照明方式照亮工件，避免了在传送带上对被检测工件加电发光的步骤，降低了机构的复杂性，满足了高速的检测要求。通过适当的控制外部照明光源的亮度、位置和方向，可使被检测工件反光，使其表面和内部成像效果呈现出来，再以相机拍摄获取图像。本照明装置由条形光源、光源固定装置、镜头和相机组成。本发明还提供了一种成像方法，包括被检测工件通过传送带的步骤、测量传送带运动速度的步骤和图像采集的步骤。

Description

一种在线检测的照明装置与成像方法

技术领域

本发明涉及一种在线检测的照明装置与成像方法。

背景技术

在电子设备生产行业中，零件的生产要符合一定的标准才能认为是合格品，如尺寸、位置和轮廓的信息，以及零件是否存在异物、毛屑、白点、亮点、刮伤和脏污等缺陷。对于这些尺寸、位置和轮廓的信息需要使用不同的设备分别进行手工测量。检测缺陷的传统做法是采用人工目视检测，这种检测方法存在着测量效率低、测量标准不统一和可靠率低等缺点。

电子设备零件生产都已经实现了机械化自动作业，而唯独质量检验环节还没有实现自动化，这已经成为制造行业的重大瓶颈，对其自动化的需求也是越来越强烈。

在表面缺陷类的自动化检测领域，基于机器视觉的方案是最为有效的手段，通过摄像机对传送带上通过的工件实时获取图像，再通过计算机分析计算图像中的工件表面。采用几何计算及模式识别等手段就可有效的测量工件的信息，被检测工件表面的缺陷，计算机再根据检测结果发出控制命令，对被检测工件进行合格与不合格分类，从而实现完全自动化检测的目的。

在机器视觉应用中，效率是至关重要的。尺寸、位置和轮廓等工件信息的测量如果用不同的检测设备去测量，需要分为多道工序，那么会带来人工误判问题和测量效率低下问题。瑕疵的检测如采用模拟手工检测的方式来实现，则必须要对通过传送带的每一个工件先加电，再检测。这个加电步骤必然会制约检测速度，并对加电机构在定位精度和操作速度上的要求非常高，带来检测机构的复杂化，导致整个系统可靠性大幅降低。

为此，本发明提供了一种外部照明装置与成像方法，避免对被检测工件的加电步骤，有效的提高测量检测效率，并降低机构复杂性，间接提高系统的可靠性。

发明内容

本发明提供了一种照明装置，该装置采用外部照明方式照亮工件，避免了在传送带上对被检测工件加电的步骤，降低了机构的复杂性，满足了高速的检测要求。

本发明通过适当的控制外部照明光源的亮度、位置和方向使工件反光，将其表面及内部的成像效果呈现出来。

本发明采用相机，以扫描方式成像，每个时刻只获取一条成像线的图像数据。因此外部照明光源只需要在背光模组表面的某一条线上模拟出自身发光的效果即可，无需完全模拟出背光模组自身发光时的效果。

本发明的在线检测照明装置由多个条形光源、光源固定装置、镜头和相机组成。

本发明采用多个条形光源，将条形光源平行置于传送带的上方，发光面朝下，相机需要捕获的被检测工件图像位置设定在条形光源中间，位于传送带上被检测工件上表面适当高度处。镜头采用大视野工业镜头，可检测大尺寸工件。

为了提高光源的照明效果，条形光源的安装位置尽量靠近传送带，光源与传送带之间的距离容许被检测工件通过。照明固定装置是光源的夹具，用于固定光源，调整光源的位置。

由于条形光源之间的距离小于被检测工件的长度，在多个条形光源都位于被检测工件上方时，处在条形光源中间的成像位置是最佳照明状态位置。将镜头和相机朝向成像位置，并调整镜头焦距使镜头清晰聚焦该成像工件即可。

光源因被检测工件材质不同可以采用不同的光源类型，如卤素光源、LED光源等。通过光纤传导形成具体的条形光源。卤素光源可提供很高的照度，通过光纤传导的方式还可形成任意的光源形状，同时借助光纤传导避免了光源热量传递到被检测工件周围。由于本发明为外部照明，为了很好的模拟被检测工件自身的发光效果，需要提供较高的照明亮度。

本发明的照明装置采用的方案及结构的有益效果是：

1.无加电操作模块，机构复杂度大为降低，间接提高系统可靠性。

2.检测过程中无加电操作步骤，可有效的提高检测效率。

3.光源固定装置可调节光源的高度及光源之间的间距，适用于不同厚度和不同长度工件的检测。

4.镜头采用大视野工业镜头，可适用于不同尺寸工件的检测。

本发明还提供了一种成像方法，该方法包括以下步骤：

1.被检测工件通过传送带的步骤；

2.测量传送带运动速度的步骤；

3.图像采集的步骤；

在自动化控制领域，被检测工件通过传送带的检测传感器有红外传感器、超声传感器等。而对于很薄的工件来说，这些手段失败的几率很大，一般无法正常工作。本发明提供了一种针对具备较高反射率工件的通过检测方法。本方法采用光敏传感器检测传送带上的反射光来判断是否有被检测工件通过传送带。由于传送带为黑色材料，没有被检测工件通过光源下方时，无反射光进入光敏传感器中，光敏传感器无信号输出；有被检测工件通过条形光源下方时，被检测工件反射光源发出的光线进入光敏传感器，光敏传感器就会有信号输出。

本发明采用速度传感器获取传送带上被检测工件的运动速度，此运动速度除以相机的像素高度即可得到相机的图像采集频率，此频率保证相邻两个时刻获取的图像既不会有重叠，也不会有遗漏。

在检测到有工件进入时，启动系统的图像采集功能，实时获取条形光源中间下方的被检测工件表面成像处的图像，直到检测无工件在工作区时，停止图像采集。系统按照时间顺序将采集的各个图像合成，生成包括被检测工件在内的二维图像。

本发明提供的在线检测成像方法可高效可靠的获取被检测工件图像，为检测系统的后续处理提供可靠保障。

附图说明

图1是本发明的照明装置示意图；

图2是本发明的照明光源结构示意图；

图3是本发明的照明光源光路示意图；

图中主要结构为：1-相机、2-镜头、3-前条形光源、4-后条形光源、5-被检测工件、6-光敏传感器、7-传送带、8-光源固定装置、9-成像区域、10-速度传感器、21-光源固化机、22-光纤束、23-光纤分离器、24-条形光源头、31-上扩散片、32-上棱片、33-下棱片、34-下扩散片、35-导光板、36-反射片、37-入射光线、38-反射光线。

具体实施方式

本发明的实施例提供了一种在线检测的照明装置，该装置由前条形光源组3、后条形光源组4、光源固定装置8、镜头2、相机1和光敏传感器6组成。相机1连接在镜头2后端，一起固定在传送带7的上方。镜头2采用大视野工业镜头，以满足中等尺寸下一系列工件的成像要求。前条形光源组3和后条形光源组4位于传送带7上方，且处在相机1和镜头2的下方。前条形光源组3为前端光源，位于被检测工件5进入本装置的方向处。

前条形光源组3和后条形光源组4通过光源固定装置8固定，且光源固定装置8不仅可调节前条形光源组3和后条形光源组4的高度位置，还能调节前条形光源组3和后条形光源组4之间的距离。在改变被检测工件5类型时，需要调节前条形光源组3和后条形光源组4的安装高度，使之尽量靠近传送带7，以确保前条形光源组3和后条形光源组4与传送带7之间的距离容许被被检测工件通过。同时，还需要调节前条形光源组3和后条形光源组4之间的距离，以确保前条形光源组3和后条形光源组4之间的距离约为被检测工件5长度的三分之二。

在前条形光源组3和后条形光源组4正中间，传送带7的上方，被检测工件5上方高度处的一条线为成像区域9，相机1捕获的就是成像区域9处的图像。

光敏传感器6安装在前条形光源组3上，位于前条形光源组3的后部侧面，垂直向下，贴近传送带，与前条形光源组3的下表面对齐。在无被检测工件5通过前条形光源组3下方时，没有光线反射入光敏传感器6，光敏传感器6无信号输出；在有被检测工件5通过前条形光源组3下方时，被检测工件5反射前条形光源组3发出的光线进入光敏传感器5中，光敏传感器5有信号输出。

速度传感器10实时获取传送带7的传送速度，以此作为相机1采集图像的频率。当光敏传感器6有信号输出时，相机1按照采集频率进行成像区域处图像的采集。

本实施例的前条形光源组3和后条形光源组4采用光纤传导方式。光线由光源固化机21产生，并从光源固化机21上的一个空位射出。使用光纤束22把光线从光源固化机21中引出，并按照使用要求改变光线的光路方向。光纤分离器23把光纤束22中的光线分为多条独立的光路，并继续采用光纤束22进行光的传导，光纤束22的末端形成条形光源头24，光线从条形光源头24的细缝中射出。前条形光源组3和后条形光源组4就是条形光源头24的两个实体。前条形光源组3和后条形光源组4的高度通过光源固化机21来调节，以适应不同工件的检测需要。

以背光模组为例，前条形光源组3照射到被检测工件5表面时，入射光线37垂直射入，首先穿过被检测工件5的上扩散片31，一部分光线会直接穿透上扩散片31，一部分光线会被垂直反射回前条形光源组3表面，少量光线会向其他方向反射到空气中，一部分被反射回条形光3表面的光线会被继续反射，大部分光线被垂直向下反射到被检测工件5上，少量光线会向其他方向反射到空气中。通过光线的来回反射，最终大部分光线会穿透上扩散片31进入被检测工件5内部。进入的光线穿透上棱片32、下棱片33、下扩散片34和导光板35后，最终会被反射片36全部反射。反射后的光线走向与背光模组自身发光的光线原理一致，被反射出的被检测工件5的反射光线38具有发光均匀的特征。

本发明的实施例还提供了一种成像方法。本方法包括三个步骤：被检测工件5通过传送带的步骤、测量传送带7运动速度的步骤和图像采集的步骤。

被检测工件5通过传送带7的步骤采用光敏传感器6获取被检测工件5反射光的方法来实现：传送带7将被检测工件5传送到条形光源组3下方时，条形光源组3的入射光线37射入被检测工件5，并产生反射光线38。光敏传感器6接收到反射光线38后，即检测到有被检测工件5通过图像采集区域，通知图像采集步骤开始采集图像；在传送带7将被检测工件5传送到离开条形光源组4下方时，条形光源组4的入射光线37被传送带7吸收或散射到周围环境中，光敏传感器6不再接收到光线，即被检测工件5已经离开图像采集区域，通知图像采集步骤结束图像采集。

测量传送带7运动速度的步骤由速度传感器10来实现。速度传感器10实时获取传送带7的运动速度，并按照下述方法来计算相机1采集图像的频率：设传动带7运动速度为V，相机1像素的高度尺寸为H，则相机1采集图像的频率为V/H。

图像采集步骤与被检测工件5通过传送带7的步骤和测量传送带7运动速度的步骤密切相关。被检测工件5通过传送带7步骤判断有被检测工件5进入检测区域时，图像采集步骤启动；图像采集步骤按照测量传送带7运动速度步骤计算得到的采集频率实时采集成像线处的图像数据，当被检测工件5通过传送带7步骤判断到无被检测工件5离开检测区域时，图像采集步骤结束。图像采集步骤将不同时刻获取的成像区域处的图像数据序列，按照顺序拼接在一起，得到包括被检测工件5在内的完整二维图像。

Claims (2)

1.一种在线检测的照明装置，由条形光源、光源固定装置、镜头和相机组成，其特征在于：

多个条形光源平行置于传送带的上方，发光面朝下，多个条形光源之间的距离小于被检测工件的长度；

多个条形光源的安装靠近传送带，光源与传送带之间的距离容许被检测工件通过；

镜头与相机连接，位于多个条形光源上方，镜头正面朝向条形光源中间下方的传送带，传送带上被检测工件的上表面高度处在镜头的清晰聚焦位置处。

2.一种成像方法，该方法包括：被检测工件通过传送带的步骤、测量传送带运动速度的步骤和图像采集的步骤，该方法的特征在于：

所述被检测工件通过传送带的步骤采用光敏传感器检测工件表面的反光或工件自身的发光实现；

所述图像采集步骤在检测到被检测工件进入时启动图像采集，当检测到被检测工件离开时停止图像采集；

所述图像采集步骤的图像采集频率由传送带运动的速度与相机的像素高度尺寸决定；

所述图像采集步骤在一个时刻只采集工件的一部分图像；

所述图像采集步骤按照时间顺序将采集的局部图像按序合成，生成包括被检测工件的整体图像。

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