CN104595813B - 一种多功能机器视觉led光源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能机器视觉LED光源，属于机器视觉光源领域，包括支撑座，在所述支撑座的四边内侧安装有LED模组，所述LED模组的轴端安装有锥齿轮，LED模组与LED模组之间通过锥齿轮连接，实现联动；在其中两个LED模组的锥齿轮之间设置有主齿轮，该主齿轮与旋钮相连接；外壳安装于所述支撑座上，顶盖和漫射板盖分布在外壳上沿四周对边；同时，本发明还公开了多功能机器视觉LED光源的操作方法。本发明的机器视觉光源具有漫射、背光、正面照明模式，解决了机器视觉光源都是单一、固定的技术性问题，本发明多功能的机器视觉能够提高检测的效率同时不需要安装多个光源，降低了成本，能够适用更多场合。

Description

一种多功能机器视觉LED光源

技术领域

本发明涉及机器视觉光源领域，尤其涉及一种多功能机器视觉LED光源。

背景技术

机器视觉主要是用机器来模拟人的视觉功能从客观事物的图像中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于实际检测、测量和控制。机器视觉强调实用性，要求能够适应工业现场恶劣的环境,要有合理的性价比、通用的工业接口、较高的容错能力和安全性，并具有较强的通用性和可移植性.它更强调实时性,要求高速度和高精度。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。

照明系统是机器视觉系统的重要因素。它直接影响机器视觉系统采集图像的质量。采集图像是机器视觉的第一步，也是关键所在。采集图像的质量关系到机器视觉系统是否实现。以及确定后期图像处理的算法复杂程度。

现有的机器视觉光源都是固定的形式，一个光源只能适用于一种检测情况。而往往机器视觉系统检测的项目都是多项的，这种情况下往往需要准备多个光源，而且需要更换光源。会造成检测成本提高，以及降低检测效率。

中国专利CN201410275516.7公开了基于有机发光面板的机器视觉光源，包括面光源、条形光源、点光源、环形光源、同轴光源和积分光源等机器视觉光源类型，至少包括含有有机发光面板和灯具外壳两部分，该技术方案的机器视觉光源具有发光均匀，散热好、超薄等优点，但该技术方案并没有解决光源单一、光源不稳定的技术性问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有的技术的不足，提出一种多功能的，具有漫射、背光、正面照明模式的照射均匀的机器视觉光源。

为了实现上述目的，本发明才有如下的技术方案：

多功能机器视觉LED光源，包括支撑座，在所述支撑座的四边内侧安装有LED模组，所述LED模组的轴端安装有锥齿轮，LED模组与LED模组之间通过锥齿轮连接，实现联动；其中的一锥齿轮与主齿轮相连接，该主齿轮与旋钮相连接；外壳安装于所述支撑座上；所述外壳的上沿四周分别与顶盖和漫射板盖连接，顶盖和漫射板盖各为两扇，两扇顶盖分布在外壳上沿四周的一对边上，两扇漫射板盖分布在外壳上沿四周的另一对边上。

本发明工作时，旋转旋钮即可通过齿轮带动LED模组转动，转至一定角度时，LED模组直射外壳和顶盖盖内侧，使得除了中心一定区域之外，其他内表面的照度均匀，顶盖闭合，此时光源为漫反射模式；当继续转动旋钮，使得LED模组在整个顶面的照度均匀，此时，将漫射板盖闭合，此时光源为背光模式；当LED模组转至大于90度，则光源为直接照明模式，可根据不同结构，调节不同角度，使其照明更加均匀。

作为本技术方案的一种改进，所述LED模组包括基板，在基板的一侧上分布有LED阵列，在该LED阵列的上方设有漫射板，通过设有漫射板，使得LED阵列的照射效果更加的均匀。

作为本技术方案的另一种改进，所述漫射板盖和顶盖各为两扇，顶盖内侧和外壳内侧涂有漫反射层。

作为本技术方案的再一种改进，所述顶盖和顶盖之间通过两扣子连接固定，扣子连接以方便两顶盖的打开闭合固定。

作为本技术方案的进一步改进，所述旋钮上安装有轴套，旋钮上安装有轴套有利于旋转的轴向固定，减少旋钮的磨损，延长旋钮的使用寿命。

同时，本发明还提供了该多功能机器视觉LED光源的操作方法，具体包括以下步骤：

S1、首先根据需要检测的工件特征，来确定多功能机器视觉LED光源哪种工作模式；若是直接照明或是漫反射照明，先将顶盖闭合，并用扣子锁死；

S2、将光源通过连接部件固定在机器视觉检测系统，同时接通电源，多功能机器视觉LED光源工作。

S3、通过机械机构将多功能机器视觉LED光源调整到需检测范围的高度，然后，通过旋转旋钮，来得到需要的照明效果。

当多功能机器视觉LED光源的工作模式为背光照明时，其操作方法具体包括以下步骤：

步骤1、将需检测的工件放在漫射板上，并将漫射板盖闭合；

步骤2、接通电源，多功能机器视觉LED光源工作；

步骤3、通过机械机构将多功能机器视觉LED光源调整到需检测范围的高度，然后，通过旋转旋钮，得到需要的照明效果。

综上所述，本发明与现有技术相比，具有如下的技术优势：

本发明的LED模组是通过锥齿轮连接，使得各LED模组的角度一样，LED角度从0到180，分别可以使用不同的照射模式，分别是漫反射模式，与背光模式，以及正面照明模式。在现有机器视觉检测系统，往往需要检测零件的项目是多项的，而不同的项目往往需要不同的照明环境，而不同照明环境需要不同形式的光源搭配而，现在的机器视觉光源往往是固定形式的；所以本发明多功能的机器视觉能够提高检测的效率同时不需要安装多个光源，降低了成本，能够适用更多场合。

附图说明

图1为本发明为多功能机器视觉LED光源的内部结构示意图；

图2为本发明为多功能机器视觉LED光源的外部结构示意图；

图3为实施例三多功能机器视觉LED光源的内顶面照度分布图；

图4为实施例三多功能机器视觉LED光源的内顶面X＝0的照度分布曲线图；

图5为实施例四多功能机器视觉LED光源的漫射板照度分布图；

图6为实施例四多功能机器视觉LED光源的漫射板直线y＝0的照度分布曲线图；

图7为实施例四多功能机器视觉LED光源的漫射板直线y＝100的照度分布曲线图；

图8为实施例五照射面直角坐标图；

图9为实施例五照明高度为18mm的照射面照度分布图；

图10为实施例五照明效果图。

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。

下面将结合本发明中的说明书附图，对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本发明一部分实施例，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做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。

如图1所示，为本发明较佳实施例的多功能机器视觉LED光源的内部结构示意图，包括支撑座1，在支撑座1的四边内侧安装有LED模组13，其中LED模组13包括基板5，在基板5的一侧上分布有LED阵列6，在该LED阵列6的上方为漫射板4，LED模组13的轴端安装有锥齿轮2，LED模组13与LED模组13之间通过锥齿轮2连接，实现联动；其中的一锥齿轮2与主齿轮14相连接，该主齿轮14与旋钮3相连接，其中旋钮3中间安装有套筒8作轴向固定。通过齿轮连接，利用旋钮3来实现旋转，控制LED模组13的倾斜角度。

如图2所示，支撑座1与外壳9连接，连接孔为通孔7，外壳9的上沿四周分别与顶盖11和漫射板盖10连接，顶盖11和漫射板盖10各为两扇，两扇顶盖11分布在外壳7上沿四周的一对边上，两扇漫射板盖10分布在外壳7上沿四周的另一对边上。顶盖11内侧和外壳9内侧均涂有漫反射层，顶盖11和顶盖11之间通过两扣子12连接固定。

本发明工作时，旋钮3控制LED模组13的角度，当转至一定角度时，LED模组13直射外壳9和顶板盖11内侧，使得除了中心一定区域之外，其他内表面的照度均匀，顶盖11通过扣子12闭合，此时光源为漫反射模式；当继续转动旋钮3，使得LED模组13在整个顶面的照度均匀，此时，将漫射板盖10闭合，此时光源为背光模式；当LED模组13转至大于90度，则光源为直接照明模式，可根据不同结构，调节不同角度，使其照明更加均匀。

本发明多功能机器视觉LED光源具有三种功能模式，分别为漫射照明，直接照明和背光照明。

实施例二

本实施例为多功能机器视觉LED光源的操作方法，具体包括以下步骤：

S1、首先根据需要检测的工件特征，来确定多功能机器视觉LED光源哪种工作模式；若是直接照明或是漫反射照明，先将顶盖11闭合，并用扣子12锁死；若是背光照明，需要将光源的漫射板盖10闭合；

S2、将多功能机器视觉LED光源通过连接部件固定在机器视觉检测系统，同时接通电源，光源工作；

S3、通过机械机构将光源调整到需检测范围的高度，然后，通过旋转旋钮3，来得到需要的照明效果。

当多功能机器视觉LED光源的工作模式为背光照明时，其操作方法具体包括以下步骤：

步骤1、将需检测的工件放在漫射板4上，并将漫射板盖10闭合；

步骤2、接通电源，多功能机器视觉LED光源工作；

步骤3、通过机械机构将多功能机器视觉LED光源调整到需检测范围的高度，然后，通过旋转旋钮，得到需要的照明效果。

实施例三漫射照明主要是针对工件表面比较光滑，比较多光线在其表面发生镜面反射。于是，工件表面会呈现出光源的模糊倒影，要得到均匀照明效果并避免亮斑的影响，就要求光源内顶面收到的照度均匀，并且本身是漫反射面。此时，LED模组会向着内表面，从LED出射的光线分为两部分，一是直接照射顶面，另一是通过内侧面的漫反射在射到内顶面。后者在顶面的照度分度是边缘较高。所以，需旋转旋钮，使得LED模组有一定的倾角，使得直接照射内顶面的照度较中心的部分较高。这样可以使得顶面的照度分布比较均匀，如图3所示，为内顶面照度分布的仿真效果图；图4为内顶面X＝0的照度分布曲线，除了中心开孔，照度均匀度大于90％(最小照度除以最大照度)。整个内顶面照度分布最小照度为四个边角，约为2800lux，最大照度约为3300，则总体照度均匀度约为85％。

实施例四

当本发明为背光照明时，需要将顶盖11打开，漫射板盖10闭合。背光照明主要是用于检测工件轮廓的照明，为了得到比较好的对比度，要求漫射板4的照度分布比较均匀。此时LED模组的位置与漫反射照明时相似，但为了提高漫射板4中心的照度，需要将LED模组往内侧旋转一个小角度，让直接照射漫射板4的光线稍微往中间靠，提高中心的照度。

图5为漫射板4的照度分布图，图6为直线y＝0的照度分布曲线，其中最小照度约为2900lux，最大照度为3100lux。图7为直线y＝100的照度分布曲线，其中最小照度约为2550lux，最大为3000lux。虽然四个较小边角区域的照度较低，但整个漫射板4的绝大部分区域照度均匀度为90％以上，符合背光照明的要求。

实施例五直接接照明主要是针对工件凹凸特征的照明，为了突显出需要检测的特征，例如高台，盲孔等。市面上的直接照明的固定模式光源，往往会使得照射面的中心照度偏高或偏低，很难实现均匀照明。本发明机器视觉光源可以通过调整LED模组的倾角来实现中心区域均匀照明，原理就是使得照度曲线中心处的二次导数为零；以照射面的中心为原点建立直角坐标系，如图8所示，则得到实现均匀照明的LED模组倾角和照明高度的函数关系，如下：

r＝(x_i ²+y_i ²+h²)

其中，I₀为LED的法线光强，x_i、y_i为各LED的坐标，可以由光源的尺寸可得；h为光源照明高度，θ为LED模组的倾角。

如图9所示，为照明高度为180mm，倾角约为33°的照射面的照度分布曲线，图10为照明效果图。可以看出中心区域-100mm～100mm的照度均匀度超过90％，整体照明效果比较理想。

最后应当说明的是，以上内容仅用于本发明的技术方案，而非对本发明的保护范围的限制，本领域的普通技术人员对发明的技术方案的简单修改或等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (3)

1.一种多功能机器视觉LED光源，包括支撑座，其特征在于：

在所述支撑座的四边内侧安装有LED模组，所述LED模组的轴端安装有锥齿轮，LED模组与LED模组之间通过锥齿轮连接，实现联动；

其中的一锥齿轮与主齿轮相连接，该主齿轮与旋钮相连接；

外壳安装于所述支撑座上；

所述外壳的上沿四周分别与顶盖和漫射板盖连接，顶盖和漫射板盖各为两扇，两扇顶盖分布在外壳上沿四周的一对边上，两扇漫射板盖分布在外壳上沿四周的另一对边上；

所述LED模组包括基板，在基板的一侧上分布有LED阵列，在该LED阵列的上方设有漫射板；

顶盖内侧和外壳内侧涂有漫反射层。

2.如权利要求1所述的一种多功能机器视觉LED光源，其特征在于：所述顶盖和顶盖之间通过两扣子连接固定。

3.如权利要求1所述的一种多功能机器视觉LED光源，其特征在于：所述旋钮上安装有轴套。