CN107990215A - 线光源的聚光结构、光源系统及应用 - Google Patents

线光源的聚光结构、光源系统及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种线光源的聚光结构、光源系统及应用，该光源系统包括光源体模块以及聚光单元模块，所述光源体模块为线光源，所述聚光单元模块包括沿线光源的光路方向依次设置的第一狭缝、毛玻璃、第二狭缝和聚光透镜，所述第二狭缝和聚光透镜之间的距离大于聚光透镜的焦距，且小于聚光透镜的二倍焦距。本发明可以为待测目标提供优质的视场照明环境，改善所获取图像的质量，从而提高机器视觉检测系统的识别效果。

Description

线光源的聚光结构、光源系统及应用
技术领域
本发明属于机器视觉技术领域，具体涉及一种线光源的聚光结构、光源系统及应用。
背景技术
机器视觉系统通过图像采集硬件(相机、镜头、光源等)将被检测目标转换成图像信号，并传达给专用的图像处理系统。图像处理系统根据像素亮度、颜色分布等信息，进行目标特征的抽取，并进行相应的判断，进而根据结果来控制现场的设备。具有效率高、易集成、稳定性好、高度自动化等特点，随着图像处理和模式识别等技术的快速发展，其广泛应用于装配定位、产品缺陷检测、目标识别、尺寸测量等方面。
因为所需要的信息包含在图像中，获得一张质量高、特征明显的图像至关重要。因此，必须选择一个合适的光源为待测目标提供优质的视场照明。
目前，机器视觉系统中常用光源主要为点光源、线光源以及面光源三种。点光源一般由单个发光体组成，亮度高但光照均匀度低，而且在检测条状区域时，需要随着控制机构进行移动，效率不高；面光源虽然光照区域大且光照均匀度较好，但存在驱动以及散热设计方面的困难，一般多用作背光；线光源用激光作最好，亮度高且照度均匀、稳定，但设备成本高昂。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种线光源的聚光结构、光源系统及应用。该聚光结构输出的线型光具有亮度高、照度均匀的特点，并能够满足机器视觉检测系统的需要。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种线光源的聚光结构，包括沿线光源的光路方向依次设置的第一狭缝、毛玻璃、第二狭缝和聚光透镜，所述第二狭缝和聚光透镜之间的距离大于聚光透镜的焦距，且小于聚光透镜的二倍焦距。
优选的，在上述的线光源的聚光结构中，所述聚光透镜为凸面柱透镜。
优选的，在上述的线光源的聚光结构中，所述第一狭缝、毛玻璃、第二狭缝和聚光透镜设置于一外壳内，所述外壳上开设有条形的出光口。
优选的，在上述的线光源的聚光结构中，所述出光口与聚光透镜之间的距离大于聚光透镜的二倍焦距。
本申请还公开了一种光源系统，包括光源体模块以及聚光单元模块，所述光源体模块为线光源，所述聚光单元模块包括沿线光源的光路方向依次设置的第一狭缝、毛玻璃、第二狭缝和聚光透镜，所述第二狭缝和聚光透镜之间的距离大于聚光透镜的焦距，且小于聚光透镜的二倍焦距。
优选的，在上述的光源系统中，所述光源体模块包括多颗线型排列的LED灯珠。
优选的，在上述的光源系统中，相邻LED灯珠的间距小于或等于LED灯珠所在平面与第一狭缝间的距离。
优选的，在上述的光源系统中，还包括连接于所述光源体模块的恒流驱动模块。
优选的，在上述的光源系统中，所述恒流驱动模块集成模拟调光与数字调光的功能。
本申请还公开了一种光源系统在机器视觉照明中的应用。
与现有技术相比，本发明提供了一种机器视觉线光源方案：
利用聚光透镜等光学元件将线光源的发散光汇聚，得到亮度高且照度均匀的线光，从而为待测目标提供优质的视场照明环境，改善所获取图像的质量，有效提高机器视觉检测系统的效率和识别效果。
线光源系统结构简单、成本低廉，而且体积小巧，安装维护方便，具有很强的实用性。
利用LED光源替代传统白炽灯、荧光灯，体积小，亮度高，而且工作稳定可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明具体实施例中光源系统的原理示意图；
图2所示为本发明具体实施例中聚光单元模块的原理示意图；
图3所示为本发明具体实施例中恒流驱动模块的主体电路图；
图4所示为本发明具体实施例中光源体模块的具体结构示意图；
图5所示为本发明具体实施例中聚光单元模块的聚光光路示意图；
图6所示为本发明具体实施例中第一狭缝与LED灯珠之间位置关系示意图。
具体实施方式
下面对本发明实施例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。
图1所示为本发明具体实施例的结构示意图。
图1中，机器视觉LED线光源10包括依次连接的电源模块11、恒流驱动模块12、光源体模块13和聚光单元模块14。可将多颗LED灯珠的发散光汇聚，得到亮度高且照度均匀的线光。
所述电源模块提供系统各单元所需电源；所述恒流驱动模块控制光源体的开关状态及亮度调节；所述光源体模块由多颗LED灯珠构成；所述聚光单元模块，包括带有出光口的外壳，用于将光线汇聚成亮度高且照度均匀的线光。
结合图2所示，聚光单元模块14主要由第一狭缝141、毛玻璃142组成的限光单元，第二狭缝143、聚光透镜144组成的准直单元以及带有出光口145的外壳三部分构成。
限光单元设置于光源体模块和准直单元之间。第一狭缝141、毛玻璃142、第二狭缝143、聚光透镜144沿光路方向依次设置。
线性光源、第一狭缝、第二狭缝和出光口位置对应。该处的位置对应，包括高度对应，以及开口延伸方向对应。在一实施例中，线性光源水平或竖直设置。线性光源产生的线型光依次经过第一狭缝、毛玻璃和第二狭缝，然后通过聚光透镜进行汇聚，汇聚后的高亮度线型光从出光口射出。
出光口的宽度等于或略大于聚光透镜汇聚后的线型光的宽度。
本实施例中，第一狭缝141和毛玻璃142组成限光单元，其主要作用是衰减光强、均匀光场。其中第一狭缝141用于选取一定发散角内的光线，毛玻璃142用于均匀光场分布；第二狭缝143和聚光透镜144配合使用，实现光束聚焦，将经限光单元均匀后的条型光场转变成所需要的线型光场。
本实施例中，所述第一狭缝141与毛玻璃142间的距离在允许的照度损失范围内尽量大，以使光线发散均匀，避免出现明显的光斑。第二狭缝143和聚光透镜144的间距大于聚光透镜的焦距，小于聚光透镜的二倍焦距。
所述第一狭缝141、毛玻璃142、第二狭缝143、聚光透镜144以及光源体模块13分别通过支架、安置槽、螺孔等固定在外壳内，固定方式不限定。
所述聚光透镜144选用凸面柱透镜，将从第二狭缝143发出的发散光汇聚成所需线型光，提高亮度的同时使得光束照度更均匀。
在优选的实施例中，所述外壳设计成盒状立方体型。所述外壳的出光口145为条形，所述条形口的宽度稍大于聚光透镜汇聚后的线型光的宽度。
图3所示为图1中恒流驱动模块12的主体电路图。
所述恒流驱动模块12采用基于RT8482芯片的大功率恒流驱动电路。该控制器集成模拟调光与数字PWM调光功能于一体，可实现LED光源体开关状态及亮度的智能调节。
图4所示为图1中光源体模块13的具体结构示意图。
所述光源体模块13包括线型排列在PCB板上的多颗LED灯珠131、铝基PCB板132和铝制散热器133。LED灯珠131选取功率为0.5W的白色、高亮、贴片型LED，并以一列的形式均匀排布在铝基板132上，灯珠间距小于或等于灯珠平面与第一狭缝141间的距离。铝基PCB板132和铝制散热器133主要用来实现有效散热，减小温升对LED光源发光效率的影响。
图5所示为图1中聚光单元模块14的聚光光路示意图。
如图4所示，F、F′为平凸柱面镜两侧焦距处，2F、2F′为平凸柱面镜两侧2倍焦距处，A为所述第二狭缝143在平凸柱面镜前所处位置，A′为出光口145所处位置。
由凸透镜成像原理可知，当物距小于焦距或大于透镜2倍焦距时，无法有效汇聚发散光线。因此本实施例中，将第二狭缝143置于透镜焦距与2倍焦距之间，在确定的像距上就可以得到所需要的高亮度线型光束。
结合图6所示，第一狭缝141与LED灯珠平面的距离H与灯珠间距S以及LED灯珠发散角有关。
以灯珠发散角为120°为例，H和S应满足：
第一狭缝141与毛玻璃142间的距离在允许的照度损失范围内可以尽量大，以使光线发散均匀，避免出现明显的光斑；毛玻璃142与第二狭缝143之间的距离尽量小，避免经过限光单元均匀后的条型光场能量损失过大，影响后级光强。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种线光源的聚光结构，其特征在于，包括沿线光源的光路方向依次设置的第一狭缝、毛玻璃、第二狭缝和聚光透镜，所述第二狭缝和聚光透镜之间的距离大于聚光透镜的焦距，且小于聚光透镜的二倍焦距。
2.根据权利要求1所述的线光源的聚光结构，其特征在于，所述聚光透镜为凸面柱透镜。
3.根据权利要求1所述的线光源的聚光结构，其特征在于，所述第一狭缝、毛玻璃、第二狭缝和聚光透镜设置于一外壳内，所述外壳上开设有条形的出光口。
4.根据权利要求3所述的线光源的聚光结构，其特征在于，所述出光口与聚光透镜之间的距离大于聚光透镜的二倍焦距。
5.一种光源系统，其特征在于，包括光源体模块以及聚光单元模块，所述光源体模块为线光源，所述聚光单元模块包括沿线光源的光路方向依次设置的第一狭缝、毛玻璃、第二狭缝和聚光透镜，所述第二狭缝和聚光透镜之间的距离大于聚光透镜的焦距，且小于聚光透镜的二倍焦距。
6.根据权利要求5所述的光源系统，其特征在于，所述光源体模块包括多颗线性排列的LED灯珠。
7.根据权利要求6所述的光源系统，其特征在于，相邻LED灯珠的间距小于或等于LED灯珠所在平面与第一狭缝间的距离。
8.根据权利要求6所述的光源系统，其特征在于，还包括连接于所述光源体模块的恒流驱动模块。
9.根据权利要求8所述的光源系统，其特征在于，所述恒流驱动模块集成模拟调光与数字调光的功能。
10.权利要求5至9任一所述的光源系统，在机器视觉照明中的应用。
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