CN104769421A - 材料表面照明装置 - Google Patents

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Abstract

一种材料表面照明设备，包括：通过校准光(105)照明所述材料表面(103)的照明设备(101)；用于记录所述材料表面(103)响应于所述校准光(105)而发射的测量光(109)的记录设备(107)；以及用于记录所述测量光(109)的光谱特性的处理设备(111)，所述光谱特性表征了所述材料表面(103)的漫反射光谱，其中，所述照明设备(101)用于生成照明所述材料表面(103)的照明光(113)，该照明光具有与所述测量光(109)相对应的光谱特性。

Description

材料表面照明装置
技术领域
本发明涉及工件等物体的照明领域，所述照明用于物体检测中的光学检测。
背景技术
在现代制造安装过程中，通常需要对例如工件、产品等物体进行光学记录或检测。为此目的，通常用白光照明物体表面，并对物体表面反射的光进行光学记录，或进一步可选地对所述光进行处理，以获得该物体的图像。
然而，所述光学记录以及对所述物体的光学记录图像实施的分析可能受到干扰光的干扰，例如大厅照明等环境光或散射光的干扰。
因此，需要减少干扰光在物体光学记录过程中的影响，尤其是制造安装过程中的影响。
为了实现所述目的，一种切实可行的方式是增加所述物体照明光的强度。然而，此方式会导致额外干扰光的产生，从而例如对相邻的光学记录操作产生干扰。减少所述干扰光影响的另一种可行方式为，对所述干扰光进行光学记录，并减小物体照明光在所述干扰光的光谱范围内的强度，从而获得均匀的物体照明效果。然而，此方式尤其在所述干扰光的光谱强度模式随时间变化，例如采用人工照明或在一天内的不同时段有所变化，时会产生问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提出一种新的照明材料表面的高效概念，可减少干扰光的影响。
此目的可通过本发明独立权利要求的技术特征实现。其优选实施例见于说明书、附图及从属权利要求的保护主题。
本发明基于如下发现：上述目的可通过一种用于照明例如工件表面等材料表面的照明光的适应形式实现。
为此目的，所述材料表面至少被两次照明。其中，在第一照明过程中，记录所述材料表面的光谱减弱行为。所述材料表面的光谱减弱行为由来自所述材料表面的测量光表征，并用于调节所述照明光或其光谱特性，以使其适应所述测量光，所述光谱特性尤其为色温。
通过此方式，可将所述用于照明材料表面的照明光的光谱或颜色组成调节至与所述材料表面的光学性质相适应。举例而言，如果所述材料表面的光学性质表现为所述反射光在第一光谱范围内的强度大于第二光谱范围内的强度，则所述照明光可被调节至其在第一光谱范围的强度大于其在第二光谱范围内的强度。如此，可实现所述材料表面的光谱式照明，使得其需要较强反射光强的部位获得较大的照射光强。另一方面，如果所述材料表面吸收某一波长的光，则可例如将所述照明光调节至不用所述波长照明该材料表面，从而提高材料表面照明的能效。
根据一个方面，本发明涉及一种材料表面照明设备，包括：照明设备，用于通过一校准光照明所述材料表面；记录设备，用于记录所述材料表面响应所述校准光而发射的测量光；以及处理设备，用于记录表征了所述材料表面光谱减弱行为的所述测量光光谱特性，其中，所述照明设备用于生成照明所述材料表面的一照明光，该照明光具有与所述测量光相对应的光谱特性。
根据一种实施方式，所述测量光为所述材料表面响应于所述校准光而反射的光，或所述材料表面响应于所述校准光而再发射的光，或所述材料表面响应于所述校准光而发射的光。
根据一种实施方式，所述测量光的光谱特性为所述测量光根据一颜色空间的色谱，所述测量光的波长谱，或所述测量光的频谱。
根据一种实施方式，所述照明设备用于生成的所述照明光具有在例如为1％、5％或10％的一公差范围内对应于，尤其是等于，所述测量光的光谱特性。
根据一种实施方式，所述处理设备用于向所述照明设备发送关于所述测量光的光谱特性的指示，从而控制所述照明设备，使其例如产生所需的照明光。
根据一种实施方式，所述处理设备用于依赖于所述测量光的光谱特性，尤其是依据所述测量光的光谱特性，来控制所述照明设备调节所述照明光的光谱特性。
根据一种实施方式，所述照明设备包括多个用于发射不同波长或不同颜色的光的照明元件。
根据一种实施方式，所述照明设备用于控制所述多个照明元件中的至少一个照明元件，尤其是所述多个照明元件中的每一个照明元件，发射预设强度的光，以调节所述照明光的光谱特性。
根据一种实施方式，所述处理设备用于基于所述测量光记录所述材料表面的特性。
根据一种实施方式，所述记录设备包括用于记录所述测量光的光学传感器。
根据一种实施方式，所述照明设备包括用于记录实际照明光的一光学传感器，所述处理设备用于记录所述实际照明光的光谱特性和所需照明光的光谱特性之间的差异，并依赖所述差异控制所述照明设备，从而实现所述照明光的自动控制调节。
根据一种实施方式，所述记录设备用于记录所述材料表面响应于所述照明光而发射的图像光。
根据一种实施方式，所述处理设备用于将所述图像光转化为测试图像，尤其是数字测试图像。
根据另一个方面，本发明涉及一种材料表面照明方法，包括：使用一校准光照明所述材料表面；记录所述材料表面响应于所述校准光而发射的一测量光，其中，所述测量光表征了所述材料表面的光谱减弱行为；记录所述测量光的光谱特性；以及使用一照明光照明材料表面，其中，所述照明光具有与所述测量光相对应的光谱特性。
附图说明
以下参照图1对本发明其他实施方式进行描述。其中，图1为材料表面照明设备的框图。
附图标记列表
101  照明设备
103  材料表面
105  校准光
107  记录设备
109  测量光
111  处理设备
113  照明光
115  照明元件
117  光学元件
119  驱动器
121  光学传感器
123  光学传感器
125  控制单元
127  接口
129  信号调节设备
130  校准设备
131  自动控制装设备
133  判断设备
135  显示器
137  控制单元
139  接口
1115 照明元件
141  信号调节设备
143  校准设备
具体实施方式
图1所示为用于照明材料表面103的装置的框图，所述装置包括：使用校准光105照明材料表面103的照明设备101；以及用于记录材料表面103响应于校准光105而发射的测量光109的记录设备107。所述测量光可例如为反射自材料表面103的光，或者发射或再发射自材料表面103的光。
此外，所述装置还包括处理设备111，其用于记录测量光109的光谱特性，例如，色彩组成或波长模式。测量光109的所述光谱特性尤其表征了所述材料表面的光谱减弱行为(spectral remission behavior)。所述测量光例如为反射光、再发射光或发射光。
照明设备101用于生成照明所述材料表面的照明光113，其中，所述照明光113具有与所述测量光光谱特性相对应的光谱特性。
因此，所述照明过程为“两步骤”过程。在第一步骤中，照明设备101生成测量光105。在测量光105的光谱特性被记录后，再使用照明光113照明材料表面103。其中，所述照明光的光谱在一公差范围内，如5％或10％，对应于所述测量光的光谱。因而，先生成测量光105，再在生成测量光105之后生成照明光113。
照明设备101包括多个用于发射所述校准光和/或照明光的照明元件115。照明元件115例如可以为发射如红、绿、黄等不同颜色或不同波长的光的发光二极管(LED)。通过对各个照明元件115供电，以生成所述照明光的预设色彩组成或预设光谱特性。
举例而言，为了聚焦所发射的光，可选地，可在照明元件115的下游连接一光学元件117，例如为镜头。
为了驱动照明元件115，还可以在照明元件115上游连接一驱动器119，例如为LED驱动器。
根据一种实施方式，驱动器119为照明设备101的一个元件。根据另一种实施方式，驱动器119为处理设备111的一个元件。
照明设备101包括传感器121，其用于记录照明元件115产生的光，可选地用于记录经过光学单元117后的光，作为实际光，尤其为实际照明光，并用于对处理设备111施加相应测量信号，以实现对照明设备101的控制系统的自动控制。
照明设备101通过照明元件115既用于向所述材料表面发射用于系统校准的校准光105，又用于朝材料表面103的方向发射表征了所述材料表面光谱行为的照明光113。
记录设备107用于记录材料表面103响应于所述校准光或照明光而发射或反射的光。为实现此目的，记录设备107包括光学传感器123，其以光学方式记录由材料表面103所发射的光109。光学传感器123的输出信号施加于控制单元125。
根据一种实施方式，控制单元125为记录设备107的一个元件。根据另一种实施方式，控制单元125为处理设备111的一个元件。
控制单元125包括接口127，其可为数字接口，如I2C、SPI、USB或类似接口。
接口127例如可包括模数转换器，其有益效果在于当光学传感器123将其记录的光转换为模拟测量信号时该接口可产生作用。当光学传感器123将所记录的光转换为数字信号时，接口127可例如为I2C、SP或USB接口。
接口127下游设有信号调节设备129，其例如用于过滤接口127的输出信号。该过滤操作例如可产生信号平滑的效果。所述信号平滑的效果可取决于所述被记录或测量的光的频率或波长。
可选地，控制单元125还包括校准设备130，用于从信号调节设备129接收所述被调节的信号数据并对该数据进行校准。此处，可对所述被调节的信号数据的依据某一色彩空间的色值进行校准。
根据一种实施方式，校准设备130的输出数据可施加于处理设备111，尤其施加于处理设备111的自动控制设备131。
根据一种实施方式，校准设备130的输出数据可施加于一可选的判断设备133。
根据一种实施方式，判断设备133可例如执行数字图像的边缘检测，以例如检测出具有所述材料表面的被照明物体的轮廓。
根据一种实施方式，判断设备133可将材料表面103响应于所述校准光或照明光而发射的光的光谱特性与实际色值相关联，其中所述实际色值不仅可以定义所述测量光的光谱特性，而且可以定义将被使用的所述照明光的光谱特性。通过此方式，可自动控制照明设备101，使其生成所需的照明光。
为实现此目的，处理设备111包括控制单元137。所述控制单元137例如为LED控制单元，其依据所需照明光的所需色值控制驱动器119，以生成照明信号。为实现此目的，控制单元137可设置为可控制与各颜色所关联的照明元件1115，例如，设置为分别控制照明元件1115以获得与所述测量光的光谱特性或所需色值一致的所述照明光的光谱特性。
可选地，自动控制设备131可设置为可在所需照明信号和实际照明信号之间出现差异时调节照明元件1115，从而例如减少所述所需照明信号和实际照明信号之间的差异，尤其是光谱差异。
为实现此目的，处理设备111可设置为可从传感器121获取表示所述实际照明信号的测量信号。传感器121可以为可将可见光转换成模拟或数字测量信号的光学传感器。处理设备111可包括用于从传感器121接收测量信号的接口139。接口139可为数字接口，如I2C、SPI、USB或类似接口。
接口139可包括例如模数转换器，而且/或者接口139为I2C、SBI或USB接口。接口139下游连接有可选的信号调节设备141，其可具有控制单元125的信号调节设备129的功能。信号调节设备129例如可赖于所述被测量光的频率实施例如信号平滑处理。
信号调节设备141的下游连接可选的校准设备143，其依据色值对所述被处理信号数据进行校准。校准设备143可具有校准设备130的功能。校准器件143尤其用于将表征所述实际照明信号光谱特性的实际色值施加于自动控制设备131。举例而言，自动控制设备131用于确定所述实际色值与所需色值之间的偏差，并在此基础上给出控制单元137的作动变量，以控制驱动器119，使其驱动照明元件115。
根据一种实施方式，控制单元137、接口139、信号调节设备141，校准设备143及自动控制设备131可由微控制器实现。

Claims (15)

1.一种材料表面照明装置，包括：
照明设备(101)，用于通过一校准光(105)照明所述材料表面(103)；
记录设备(107)，用于记录所述材料表面(103)响应于所述校准光(105)而发射的一测量光(109)；以及
处理设备(111)，用于记录所述测量光(109)的光谱特性，所述光谱特性表征了所述材料表面(103)的一光谱减弱行为；其中，
所述照明设备(101)用于生成照明所述材料表面(103)的一照明光(113)，该照明光具有与所述测量光(109)相对应的光谱特性。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量光(109)为
所述材料表面(103)响应于所述校准光(105)而反射的光，或
所述材料表面(103)响应于所述校准光(105)而再发射的光，或
所述材料表面(103)响应于所述校准光(105)而发射的光。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述测量光(109)的光谱特性为
所述测量光(109)依据一颜色空间的色谱，
所述测量光(109)的波长谱，或
所述测量光(109)的频谱。
4.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述照明设备(101)用于生成的所述照明光(113)具有在一公差范围内对应于，尤其是等于，所述测量光(109)的光谱特性。
5.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述处理设备(111)用于向所述照明设备(101)发送关于所述测量光(109)的光谱特性的指示。
6.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述处理设备(111)依赖于所述测量光(109)的光谱特性，尤其是依据所述测量光的光谱特性，来控制所述照明设备(101)调节所述照明光(113)的光谱特性。
7.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述照明设备(101)包括多个照明元件(115)，用于发射不同波长的光，尤其是校准光或照明光。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述照明元件(115)为发光二极管。
9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述照明设备(101)用于控制所述多个照明元件中的至少一个照明元件(115)，尤其是所述多个照明元件中的每一个照明元件(115)，发射预设强度的光，以调节所述照明光的光谱特性。
10.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述处理设备(111)用于基于所述测量光(109)记录所述材料表面(103)的特性。
11.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述记录设备(107)包括用于记录所述测量光(109)的一光学传感器(123)。
12.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述照明设备(101)包括用于记录实际照明光的一光学传感器(121)，所述处理设备(111)用于记录实际照明光的光谱特性和所需照明光的光谱特性之间的差异，并依赖该差异控制所述照明设备(101)。
13.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述记录设备(107)用于记录所述材料表面(103)响应于所述照明光而发射的一图像光。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述处理设备(111)用于将所述图像光转化成一测试图像，尤其是一数字测试图像。
15.一种材料表面(103)照明方法，包括：
使用一校准光(105)照明所述材料表面(103)；
记录所述材料表面(103)响应于所述校准光(105)而发射的一测量光(109)，所述测量光表征了所述材料表面的光谱减弱行为；
记录所述测量光(109)的光谱特性；以及
使用一照明光(113)照明材料表面(103)，所述照明光具有与所述测量光(109)相对应的光谱特性。
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