CN105445194B - 针对高反射物体的附着规则图案的光源装置 - Google Patents

针对高反射物体的附着规则图案的光源装置 Download PDF

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Abstract

一种针对高反射物体的附着规则图案的光源装置，有内部流动有被测物体的光源罩和分别通过支架对称设置在光源罩斜上方两侧的两个用于采集光源罩内流动的被测物体图像的图像传感器，光源罩的罩壁上相对称的形成有两个用于图像传感器进行图像采集的图像采集孔，光源罩两侧的侧壁上对称地形成有进料孔和出料孔，沿进料孔和出料孔贯穿地插入有用于向光源罩内导入和导出被测物体的直线导轨，光源罩的底部内侧沿周边设置有用作光源的环状光源组件，光源罩的内侧壁上均匀涂有一层具有漫反射特性的单色涂层，单色涂层上涂有规则排列的具有漫反射特性的图案层。本发明可以在光源作用范围内的高反射物体表面形成规则图案的像，进而可达到表面修饰、缺陷检测等目的。

Description

针对高反射物体的附着规则图案的光源装置
技术领域
本发明涉及一种附着规则图案的光源装置。特别是涉及一种针对高反射物体的附着规则图案的光源装置。
背景技术
所述高反射物体定义为表面对于光线的反射率等于1或接近于1的物体，即物体表面具有镜面反射特性或近似于镜面反射特性。在实际工业生产中，这类物体包括平板玻璃、金属薄膜、钢球、陶瓷球等多种类型的产品。
对高反射物体进行图像采集时，若使用光源直接照明，则高反射物体表面会形成光源的像，从而使高反射物体表面的信息被湮没。因此，研究针对高反射物体的光源装置具有实际意义。
申请号为201520030580.9的专利中公开了一种图案投影灯。该装置包括顶盖和底座,顶盖扣合在底座上，底座上设置有投影台，底座的投影台内设置有光源，在投影台上设置有可手绘图案的透明载片。光源发出的光线透过透明载片即可将图案投出，物体放置在顶盖上方即可在表面得到投影图案的像。但光源发出的部分光线会透过透明载片直接照射到物体表面，因此不适用于高反射物体。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以在光源作用范围内的高反射物体表面形成规则图案的像，进而可达到表面修饰、缺陷检测等目的针对高反射物体的附着规则图案的光源装置。
本发明所采用的技术方案是：一种针对高反射物体的附着规则图案的光源装置，包括有内部流动有被测物体的光源罩和分别通过支架对称设置在所述光源罩斜上方两侧的两个用于采集光源罩内流动的被测物体图像的图像传感器，所述的光源罩的罩壁上相对称的形成有两个用于图像传感器进行图像采集的图像采集孔，光源罩两侧的侧壁上对称地形成有进料孔和出料孔，沿进料孔和出料孔贯穿地插入有用于向所述光源罩内导入和导出被测物体的直线导轨，所述光源罩的底部内侧沿周边设置有用作光源的环状光源组件，所述光源罩的内侧壁上均匀涂有一层具有漫反射特性的单色涂层，所述单色涂层上涂有规则排列的具有漫反射特性的图案层。
所述的被测物体在所述光源罩内直线分布，并通过沿图像传感器的光轴与被测物体所在平面的交点。
所述的环状光源组件包括有用于安装发光部件的安装座和用于遮挡发光部件的光线直接照射到被测物体上的光源挡板，其中，所述的光源挡板一体连接在安装座的内周边上，与安装座共同构成L型环体，构成L型环体水平部分的安装座上均匀的安装有一圈以上的发光部件。
所述的发光部件为LED光源、石英卤素灯、低压钠灯、高压汞灯中的一种。
所述的发光部件优选为LED光源。
所述的光源罩内侧壁上的单色涂层与规则排列的图案层颜色不同并具有一定的灰度反差，所述光源罩内侧壁上的单色涂层和规则排列的图案层均是采用具有高漫反射率的不同颜色涂料喷涂构成。
所述的光源罩内侧壁上的规则排列的图案层，是宽度相同、间隔相等的同心圆环层，或是频率、幅值相等的正弦波纹层，或是间隙大小相等的矩形网格层，或是以光源罩顶部中心为原点的均匀放射的条纹层。
所述的光源罩内侧壁上的规则排列的图案层，是有序排列的字母层或数字层或几何图形层。
所述光源罩上进料孔的中心高度高于出料孔的中心高度。
所述直线导轨是能够使被测物体只保留一维自由度的导轨。
本发明的针对高反射物体的附着规则图案的光源装置，可以在光源作用范围内的高反射物体表面形成规则图案的像，进而可达到表面修饰、缺陷检测等目的。本发明的有益效果：
1、光源罩内壁的规则图案反射到高反射物体表面，可以达到修饰物体表面的作用。
2、高反射物体表面形成的规则图案的像可以作为定位基准。
3、通过图像传感器可以采集到被修饰的高反射物体的表面图像，研究高反射物体表面规则图案形成的像的完整性，可以实现高反射物体表面缺陷的检测。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的俯视图；
图3是本发明中光源罩沿X-Z平面的剖面图；
图4a是表面无缺陷钢球在实施例光源装置下的表面图像；
图4b是有凹坑缺陷钢球在实施例光源装置下的表面图像；
图4c是有划伤缺陷钢球在实施例光源装置下的表面图像；
图5是本发明中光源罩第一实施例的内部结构示意图；
图6是本发明中光源罩第二实施例的内部结构示意图。
图中
1：被测物体 2：图像传感器
3：光源罩 4：图像采集孔
5：进料孔 6：出料孔
7：直线导轨 8：支架
9：环状光源组件 91：光源挡板
92：安装座 93：发光部件
10：单色涂层 11：图案层
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的针对高反射物体的附着规则图案的光源装置做出详细说明。
本发明的针对高反射物体的附着规则图案的光源装置，是以一定形式排列的发光体与附着规则图案的光源罩组成的光源装置；光源罩内壁上均匀涂满具有漫反射特性的单色材料，并修饰具有相同反射特性的规则图案，放置于光源作用范围内的高反射物体表面会反射经由光源照亮的光源罩内壁的规则图案的像。所述光源罩具有漫反射特性，光源罩内壁的每一个点经底部发光体照亮后均可以看作一个点光源。因此，光源罩内壁可以看作附着规则图案的光源。
如图1、图2所示，本发明的针对高反射物体的附着规则图案的光源装置，包括有内部流动有被测物体1的光源罩3和分别通过支架8对称设置在所述光源罩3斜上方两侧的两个用于采集光源罩3内流动的被测物体1图像的图像传感器2，所述图像传感器2与光源罩3的底面成45°夹角。所述的光源罩3的罩壁上相对称的形成有两个用于图像传感器2进行图像采集的图像采集孔4，光源罩3两侧的侧壁上对称地形成有进料孔5和出料孔6，所述光源罩3上进料孔5的中心高度高于出料孔6的中心高度。沿进料孔5和出料孔6贯穿地插入有用于向所述光源罩3内导入和导出被测物体1的直线导轨7，所述直线导轨是能够使被测物体1只保留一维自由度的导轨。所述的被测物体1在所述光源罩3内沿直线排列，并通过图像传感器2的光轴与待测物体1所在平面的交点。
所述光源罩3可以为任意几何形状，但要求其在底面的投影覆盖底部发光体区域，常见的形状可以是半球形、圆锥形、矩形、圆台形等。所述光源罩由具有一定厚度的不透明材料制成，常见材料有金属、硬质纸板、塑料等。所述一定厚度指光源罩在不受任何外力的作用下可以稳定的放置在水平面上。
所述光源罩3的底部内侧沿周边设置有用作光源的环状光源组件9，如图5、图6所示，所述光源罩3的内侧壁上均匀涂有一层具有漫反射特性的单色涂层10，所述单色涂层10上涂有规则排列的具有漫反射特性的图案层11，放置于光源作用范围内的高反射物体表面会反射经由光源照亮的光源罩内壁的规则图案的像。
所述光源罩3内侧壁图案层11的加工方式没有限制，常见的加工方式包括金属表面氧化蚀刻、颜料喷涂、3D打印、直接粘贴图案等。
所述的环状光源组件9包括有用于安装发光部件93的安装座92和用于遮挡发光部件93的光线直接照射到被测物体1上的光源挡板91，其中，所述的光源挡板91一体连接在安装座92的内周边上，与安装座92共同构成L型环体，构成L型环体水平部分的安装座92上均匀的安装有一圈以上的发光部件93。
所述的发光部件93为LED光源、石英卤素灯、低压钠灯、高压汞灯中的一种。所述的发光部件93优选为LED光源。
所述的光源罩3内侧壁上的单色涂层10与规则排列的图案层11颜色不同并具有一定的灰度反差，其反差值越大越好，从而保证光源罩内壁在待测物体表面所成的像中修饰图案与背景具有明显的灰度差异。所述光源罩3内侧壁上的单色涂层10和规则排列的图案层11均是采用高漫反射率的不同颜色涂料喷涂构成，如采用掺有不同颜色的硫酸钡或氧化镁或聚四氟乙烯。
所述的光源罩3内侧壁上的规则排列的图案层11，是宽度相同、间隔相等的同心圆环层，或是频率、幅值相等的正弦波纹层，或是大小相等的矩形网格层，或是以光源罩顶部中心为原点的均匀放射的条纹层。
所述的光源罩3内侧壁上的规则排列的图案层11，还可以是有序排列的字母层或数字层或几何图形层。
在本发明的实施例中，利用本发明中的附着规则图案的光源装置对直径0.7937mm的钢球进行表面缺陷检测。所述光源罩为半球体形状，光源罩底面形状为圆形。所述图像传感器为两个对称放置的CMOS相机，并在光源罩上对称的开两个图像采集孔，进行钢球表面图像采集。
光源罩内壁修饰的图案可以为任意的规则图案，对于所述的半球形光源罩，间隙大小相等的网格或间隔相同的等宽条纹具有较为理想的实验效果。实施例中所采用的图案为间隔相等的等宽同心圆环。所述修饰图案的颜色应与光源罩内壁背景颜色具有较高的灰度值差异，从而保证光源罩内壁在待测物体表面所成的像中修饰图案与背景具有明显的灰度差异。实施例中采用白色的光源罩内侧壁修饰黑色图案，黑色条纹图案可以在钢球表面形成灰度值明显区别于其他部分的像。
本发明的实施例中，光源采用红光LED光源照明，考虑到半球体光源罩的底面形状为圆形，LED光源的排列方式设计为沿光源罩底面边缘均匀分布的环形阵列形式。实施例中为保证光源提供足够的照明强度，采用双环LED光源分布。
如图3所示，假设待测钢球前进的方向为Y轴，光源罩底面的法向为Z轴。光源罩在Y轴方向开两个孔，且右侧孔在Z轴方向的高度大于左侧孔。直线导轨7通过两孔穿过光源罩。所述直线导轨7为V型直线导轨。由于直线导轨7具有一定的倾斜角度，待测钢球1在直线导轨7上可以依靠自身重力作用滚动进入光源罩内部。CMOS相机2固定在支架8上，支架8沿X轴方向对称的放置在光源罩两侧。CMOS相机2与光源罩底面成45°夹角。通过调整CMOS相机2的焦距，相机视场范围内可以同时出现5个待测钢球。光源罩内壁的同心圆环经过反射在待测钢球表面成像，待测钢球表面也具有同心圆环规则图案，如图4a、图4b、图4c所示。若待测钢球1在直线导轨7上连续滚动，则同一个待测钢球可以被采集到五组图像。通过对采集到图像的分析处理即可完成表面缺陷检测。

Claims (9)

1.一种针对高反射物体的附着规则图案的光源装置，包括有内部流动有被测物体（1）的光源罩（3）和分别通过支架（8）对称设置在所述光源罩（3）斜上方两侧的两个用于采集光源罩（3）内流动的被测物体（1）图像的图像传感器（2），所述的光源罩（3）的罩壁上相对称的形成有两个用于图像传感器（2）进行图像采集的图像采集孔（4），光源罩（3）两侧的侧壁上对称地形成有进料孔（5）和出料孔（6），沿进料孔（5）和出料孔（6）贯穿地插入有用于向所述光源罩（3）内导入和导出被测物体（1）的直线导轨（7），其特征在于，所述光源罩（3）的底部内侧沿周边设置有用作光源的环状光源组件（9），所述光源罩（3）的内侧壁上均匀涂有一层具有漫反射特性的单色涂层（10），所述单色涂层（10）上涂有规则排列的具有漫反射特性的图案层（11），所述的光源罩（3）内侧壁上的单色涂层（10）与规则排列的图案层（11）颜色不同并具有一定的灰度反差，所述光源罩（3）内侧壁上的单色涂层（10）和规则排列的图案层（11）均是采用具有高漫反射率的不同颜色涂料喷涂构成。
2.根据权利要求1所述的针对高反射物体的附着规则图案的光源装置，其特征在于，所述的被测物体（1）在所述光源罩（3）内直线分布，并通过沿图像传感器（2）的光轴与被测物体所在平面的交点。
3.根据权利要求1所述的针对高反射物体的附着规则图案的光源装置，其特征在于，所述的环状光源组件（9）包括有用于安装发光部件（93）的安装座（92）和用于遮挡发光部件（93）的光线直接照射到被测物体（1）上的光源挡板（91），其中，所述的光源挡板（91）一体连接在安装座（92）的内周边上，与安装座（92）共同构成L型环体，构成L型环体水平部分的安装座（92）上均匀的安装有一圈以上的发光部件（93）。
4.根据权利要求3所述的针对高反射物体的附着规则图案的光源装置，其特征在于，所述的发光部件（93）为LED光源、石英卤素灯、低压钠灯、高压汞灯中的一种。
5.根据权利要求3所述的针对高反射物体的附着规则图案的光源装置，其特征在于，所述的发光部件（93）优选为LED光源。
6.根据权利要求1所述的针对高反射物体的附着规则图案的光源装置，其特征在于，所述的光源罩（3）内侧壁上的规则排列的图案层（11），是宽度相同、间隔相等的同心圆环层，或是频率、幅值相等的正弦波纹层，或是间隙大小相等的矩形网格层，或是以光源罩顶部中心为原点的均匀放射的条纹层。
7.根据权利要求1所述的针对高反射物体的附着规则图案的光源装置，其特征在于，所述的光源罩（3）内侧壁上的规则排列的图案层（11），是有序排列的字母层或数字层或几何图形层。
8.根据权利要求1所述的针对高反射物体的附着规则图案的光源装置，其特征在于，所述光源罩（3）上进料孔（5）的中心高度高于出料孔（6）的中心高度。
9.根据权利要求1所述的针对高反射物体的附着规则图案的光源装置，其特征在于，所述直线导轨（7）是能够使被测物体（1）只保留一维自由度的导轨。
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