CN108286673A - 一种用于汽车轮毂安装孔视觉测量的光源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种视觉测量光源装置，特别适用于汽车轮毂安装孔的视觉测量。这种光源装置由背光反光膜1、均匀导光板2、散射透光膜3、LED灯带4、透光板5、LED灯珠6、散光亚克力筒7、锥形反光件8、上遮光环9、下遮光环10和遮光板11组成。在对汽车轮毂安装孔进行视觉测量时，LED灯带产生的光可以照亮螺栓孔，调整LED灯带亮度，使其在视觉系统的成像清晰；散光亚克力筒伸入轮毂中心孔，通过调整上、下遮光环的位置，使LED灯珠发出的光经散光亚克力筒上透光的部分照亮中心孔，上遮光环将帽止口部分遮住，下遮光环将中心孔以下部分遮住，减少这两部分结构对视觉测量产生的影响，通过调整LED光珠的亮度，使其在视觉系统的成像清晰。该装置结构简单，成本低廉，可为汽车轮毂安装孔视觉测量提供满意的光源。
Description
技术领域
本发明涉及一种光源装置，特别是能应用于汽车轮毂安装孔的视觉测量，属于机器视觉光源技术领域。
背景技术
近年来，机器视觉被广泛应用于产品的外观检查、定位、组装、测量等方面。光源是视觉测量最关键的部分之一，其主要作用是以适合的方式将光线投射到被测物体上，使被测量的特征与背景之间产生明显的明暗对比，从而能够将被测特征可靠、准确地从图像中提取出来。因此，光源是决定机器视觉中图像处理是否成功的关键。
一个可靠的光源，不能只适用于实验室的环境，还应适应实际生产现场的环境,即在外部环境变化时，如环境光线的变化、温度的变化、湿度的变化、被测物材质的变化等，仍可保证测量的稳定性。
一个好的光源设计，可以显著改善视觉系统获取图片中被测量特征与背景之间的对比度、简化算法、保证测量的精度和可靠性。而不好的光源，将会导致图像出现花点、过度曝光、阴影、被测量特征与背景的对比度差等问题，这些现象的出现给后期图像处理带来的很大的难度，甚至导致图像处理失败。
汽车轮毂是汽车中的重要部件，随着汽车工业的发展，轮毂行业不断发展壮大，产量十分可观。汽车轮毂的安装孔是决定轮毂是否合格的关键技术指标之一，安装孔的测量精度要求在30微米之内。目前，对安装孔的测量方法主要有人工用卡尺进行测量, 制作专用塞尺测量和采用三坐标测量机测量等方法。其中，人工用卡尺进行测量时，测量效率低，且测量结果受到人为因素影响较大；专用塞尺测量时，塞规制作成本高，且对于不同型号的轮毂必须专门定做相应的塞规，灵活性较差；三坐标测量机测量精度高，通用性较好，但其测量效率低，难以满足生产线生产节拍的要求。随着机器视觉技术的发展，采用视觉测量的方法实现对汽车轮毂安装孔的高效在线检测，已经成为了一种优选方案。
汽车轮毂的安装孔由一个中心孔和围绕中心孔的几个螺栓孔组成，其特点在于中心孔的下端与螺栓孔的下端不在同一平面上，且中心孔上方被帽止口遮挡，如图1所示。测量时，CCD放置于中心孔和螺栓孔下方，现有光源的缺点在于：（1）采用背光光源，即将现有的背光光源放置于帽止口上方，由于帽止口的遮挡，光源无法照亮中心孔，只能实现周围的螺栓孔的测量，导致视觉测量的失败； （2） 在相机侧使用照明光源，由于中心孔和螺栓孔端部均有不同尺寸的倒角，且轮毂表面具有较强的反光性，使得孔的边缘与背景之间的对比效果较差，处理难度大，测量精度差。这就需要一种背光光源装置，同时能照亮轮毂的中心孔及其周围的螺栓孔，以实现对安装孔的高效、精密测量。
发明内容
本发明的目的在于设计一种光源装置，克服汽车轮毂中心孔上方帽止口对中心孔的遮挡，同时将光线投射到需要测量的中心孔和螺栓孔上，用以获得中心孔和螺栓孔边缘清晰的图像。
为了实现上述功能，本装置由背光反光膜1、均匀导光板2、散射透光膜3、LED灯带4、透光板5、LED灯珠6、散光亚克力筒7、锥形反光件8、遮光板9、上遮光环10和下遮光环11组成，如图2所示。
背光反光膜的作用是阻止LED灯带的光透过均匀导光板2向上发散。选取凌光高反射率反光膜LGT188-RQ，厚度为0.2mm，反光率为98.1%。
均匀导光板的作用是使LED灯带的光均匀透过板的上下表面，由于上表面处有背光反光膜，因此，LED灯带的光基本全部透过下表面。均匀导光板根据使用时间的长短，选取丝印工艺进行加工，导光板的厚度选取4mm。
散射透光膜的作用是使均匀导光板下表面的光更均匀。根据实际情况，可放置多张，本发明装置中，根据实验效果，放置了3张，每张的厚度为0.1mm。
LED灯带如图3所示，其作用是为轮毂上螺栓孔测量提供光源。在一长条形底板上均匀布置若干个LED贴片。LED贴片选取时其宽度应不大于均匀导光板2的厚度，这样可使LED贴片利用率最大。
透光板的作用是保护散射透光膜，使其不被环境污染。选取透明亚克力板，厚度为4mm。
LED灯珠的作用是为轮毂上中心孔测量提供光源。LED灯珠放置在透光板的中心位置。
散光亚克力筒的作用是使LED灯珠发出的光均匀透过。其直径小于汽车轮毂的帽止口。
锥形反光件的锥形表面涂有一层反光膜，其作用是使LED灯珠发出的光更多的透过散光亚克力筒。
上遮光环，下遮光环和遮光板为黑色不透光材料，其作用是控制光在散光筒上透射的位置。其中上、下遮光环可以上下移动调整，目的是照亮中心孔的同时，遮挡其他部分，避免其他部分对中心孔产生影响，如图1所示。
本发明设计的光源装置，具有以下四个明显的特点。
(1) 用于螺纹孔测量和中心孔测量的光源是独立的，因此，可以单独调整光源的亮度，解决了螺纹孔和中心孔不在一个测量平面上，对光源亮度要求不同的问题。
(2) 在透光板上的基础上增加了一个以散光亚克力筒为外形的筒状光源，此光源可以深入中心孔中，绕开帽止口照亮被测量的中心孔。
(3) 在散光亚克力筒设计了可调整的上、下遮光环和遮光板，因此，可以在照亮中心孔的同时，遮挡其他部分，避免其他部分对中心孔测量产生影响。
(4) 在散光亚克力筒内部设计了锥形反光元件，因此，可以使LED灯珠的效率得到最大的利用率。
附图说明
图1是汽车轮毂与光源位置示意图，图中1为帽止口，2为中心孔，3为螺栓孔，4为光源，5为上遮光环，6为透光部分，7为下遮光环；图2是用于汽车轮毂视觉测量的光源的结构示意图，图中各组件为：1背光反光膜、2均匀导光板、3散射透光膜、4LED灯带、5透光板、6LED灯珠、7散光亚克力筒、8锥形反光件、9遮光板、10上遮光环、11下遮光环。图3为LED光条结构示意图，图中1表示LED贴片，2表示底板。图4为测量图片，图中序号表示孔的序号。
具体实施方式
参考图2所示，背光反光膜1、均匀导光板2、散射透光膜3、LED灯带4和均匀透光板5组成的结构用于为汽车轮毂螺栓孔的测量提供光源，称之为光源Ⅰ。背光反光膜、均匀导光板、散射透光膜、和透光板通过在各个部件上下表面四周涂抹宽度为5mm透明的胶水依次进行粘接。LED灯带通过在LED贴片上表面涂抹透明的胶水与均匀导光板的两个平行侧边进行粘接。为LED灯带供电的导线从LED灯带的一端引出连接供电及亮度调节装置。
参考图2所示，LED灯珠6、散光亚克力筒7、锥形反光件8、上遮光环10、下遮光环11和遮光板9组成的结构用于为汽车轮毂中心孔的测量提供光源，称之为光源Ⅱ。LED灯珠通过胶水粘接在透光板的中心位置，并在背光反光膜、均匀导光板、散射透光膜、和透光板的中心位置打直径为3mm的孔，LED灯珠的供电导线从此孔穿过连接供电及亮度调节装置。在散光亚克力筒一端截面处涂抹透明胶水与均匀导光板进行粘接，散光亚克力筒的中心与透光板的中心重合。上、下遮光环套在散光亚克力筒外侧，环的内壁与筒的外壁之间为过渡配合，环可在筒上进行上下位置的调整。锥形反光件通过胶水与遮光板进行粘结，遮光板与散光亚克力筒的另一端截面通过胶水进行粘结。
在对汽车轮毂安装孔进行视觉测量时，光源按照图1中所示的方式进行放置，可采用其他辅助装置将光源固定在图中的位置。光源Ⅰ可以照亮螺栓孔，调整光源亮度，使其在视觉系统的成像清晰；光源Ⅱ伸入中心孔，通过调整上、下遮光环的位置，使散光亚克力筒上透光的部分照亮中心孔，上遮光环将帽止口部分遮住，下遮光环将中心孔以下部分遮住，减少这两部分结构对视觉测量产生的影响，通过调整光源Ⅱ的亮度，使其在视觉系统的成像清晰。
实施例1，将所述用于汽车轮毂安装孔视觉测量的光源装置放置于轮毂的上方，使散光亚克力筒的轴线与轮毂中心孔的轴线近似对齐，并插入轮毂中心孔中，且需要保证所述散光亚克力筒不与被测量的轮毂中心孔孔壁发生接触。由于所述散光亚克力筒的轴线与所述均匀导光板所在的平面垂直，此时均匀导光板平面与轮毂安装孔所在平面近似平行。采用双远心镜头对使用所述视觉测量的光源装置的轮毂安装孔区域进行拍摄，镜头及CCD放置于轮毂的下方，拍摄得到的图片如图4所示。其中，白色部分为所期望测量的安装孔，中心孔中的黑色圆形区域为所述散光亚克力筒下方的遮光板，可见被测孔与背景对比明显，被测安装孔边缘清晰，为安装孔边缘的精确提取提供了良好的基础。采用Canny边缘检测方法初步获取安装孔的边缘像素，再在安装孔边缘法线方向上计算像素对应的灰度梯度值，进而计算上述灰度梯度的重心作为安装孔的边缘，采用所述梯度重心计算方法能够得到安装孔的亚像素边缘坐标，保证测量的精度；然后，根据标定好的系统参数，计算所述安装孔边缘像素坐标对应的实际坐标值；最后，采用最小二乘拟合分别得到安装孔的直径数值，所述安装孔的序号如图4所示，其半径测量结果依次为：7.7961mm，7.8156mm，7.7633mm, 28.7788mm，7.7710mm，7.7714mm。采用三坐标测量机分别对上述安装孔进行测量，同样采用最小二乘拟合方法计算各孔的半径值，分别为：7.7947mm，7.7955mm，7.7876mm，28.7910mm，7.7895mm，7.7907mm。将三坐标测量机得到的测量结果作为实际值，将采用所述视觉测量光源得到的测量值与其进行比较，可得最大测量偏差为2号孔，为+0.021mm，最小偏差为3号孔，为-0.0243mm。表明所述用于汽车轮毂安装孔视觉测量的光源装置能够保证良好的测量效果。
Claims (2)
1.一种用于汽车轮毂安装孔视觉测量的光源，其特征在于：背光反光膜1、均匀导光板2、散射透光膜3、LED灯带4和透光板5组成的结构用于为汽车轮毂螺栓孔的测量提供光源；LED灯珠6、散光亚克力筒7、锥形反光件8、上遮光环10、下遮光环11和遮光板9组成的结构用于为汽车轮毂中心孔的测量提供光源。
2.根据权利要求1所述的用于汽车轮毂安装孔视觉测量的光源，其特征在于：散光亚克力筒7外有可调整位置的上遮光环10和下遮光环11，散光亚克力筒7内有锥形反光元件8。
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