CN108613691B - 一种分离反光式元件背光成像方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分离反光式元件背光成像方法，其采用设置在待检测元件适当位置且与所述待检测元件分离的分离式反光元件，通过条形光源照射光线到所述分离式反光元件上，所述分离式反光元件反射光线形成背光效果，通过设置在待检测元件轴心外的延长线位置上的相机并配合远心镜头对待检测元件进行成像。本发明还公开了实现该分离反光式元件背光成像方法的装置。本发明的有益效果在于：解决了长轴状零件和长管状零件的轴向背光的成像问题。合理的机构设计实现了自动化产线中针对长轴状零件和长管状零件的轴向成像定位，不需要定制特殊光源，并且保证了成像的稳定。

Description

一种分离反光式元件背光成像方法及装置

技术领域

本发明涉及视觉检测领域，尤其涉及一种分离反光式元件背光成像方法及装置。

背景技术

目前机械视觉在工业生产上的应用已越来越广泛，机械视觉以其非接触、精度高、兼容性好等优点迅速被越来越多的自动化设备与高精度检测设备所采用。通过合理搭建光学成像平台，摄像机通过内部的感光芯片采集待检测元件图像，通过计算机系统进行数据分析与计算，再将分析结果反馈给执行机构高效地完成普通传感器设备不能完成或很难完成的任务。

机械视觉领域的光源成像方式主要为背光、同轴光、球积分、结构光、条光等。在进行光学成像环境搭建的时候，主要是选择现有的光源产品进行组合而得到满足图像处理的优质图像。成像环境一般都较为脆弱，在设备运行过程中，光源、相机、镜头都需要处在一个相对静止的状态。细微的变化都会影响成像结果从而导致机械视觉的运行精度，影响整个视觉设备的运行。

市场迫切需要一种不需要定制光源，成像环境振动较大的情况下，通过反光板的设计，避免视觉设备的运动实现背光轴向成像，保证了视觉设备的稳定运行。

为此申请人进行了有益的探索和尝试，找到了解决上述问题的办法，下面将要介绍的方案便是这种背景下产生的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一在于主要针对机械视觉领域中的成像方法所存在的不足而提供一种针对长轴状待检测元件或长管状待检测元件的分离反光式元件背光成像方法。

本发明所要解决的技术问题之二在于提供一种实现上述分离反光式元件背光成像方法的装置。

作为本发明第一方面的分离反光式元件背光成像方法，其采用设置在待检测元件适当位置且与所述待检测元件分离的分离式反光元件，通过条形光源照射光线到所述分离式反光元件上，所述分离式反光元件反射光线形成背光效果，通过设置在待检测元件轴心外的延长线位置上的相机并配合远心镜头对待检测元件进行成像。

在本发明的一个优选实施例中，所述分离式反光元件围绕在所述待检测元件的外围。

在本发明的一个优选实施例中，所述分离式反光元件由围绕在所述待检测元件的外围的至少两块分离式反光元件组成。

在本发明的一个优选实施例中，所述条形光源配置在所述分离式反光元件的反光面与所述相机之间且位于所述待检测元件的外围。

在本发明的一个优选实施例中，所述待检测元件为长轴状元件或长管状零件。

作为本发明第二方面的实现上述分离反光式元件背光成像方法的装置，包括:

一底座，

一通过相机微调机构安装在所述底座上的相机；

一通过镜头支撑机构安装在所述底座上的远心镜头，所述远心镜头的光线输出端与所述相机镜头连接；

安装在所述底座上的分离式反光元件；

通过条形光源安装机构安装在所述底座上的条形光源，所述条形光源位于所述远心镜头与所述分离式反光元件之间；

安装在所述底座上的待检测元件支撑机构；

在本发明的一个优选实施例中，所述相机微调机构为一四自由度微调机构。

在本发明的一个优选实施例中，所述四自由度微调机构包括一支架、安装在所述支架上的水平旋转微调机构、安装在所述水平旋转微调机构上的俯仰角度微调机构、安装在所述俯仰角度微调机构上的水平移动微调模块、安装在所述水平移动微调模块上的相机高度微调机构，所述相机安装在所述相机高度微调机构上，所述水平旋转微调机构带动俯仰角度微调机构、所述水平移动微调模块、所述相机高度微调机构以及相机进行水平旋转，所述俯仰角度微调机构带动所述水平移动微调模块、所述相机高度微调机构以及相机进行俯仰，所述水平移动微调模块带动所述相机高度微调机构以及相机进行水平移动，所述相机高度微调机构带动相机进行升降。

在本发明的一个优选实施例中，所述分离式反光元件包括固定式反光元件和活动式反光元件，所述活动式反光元件的一侧铰接在所述固定式反光元件的一侧上，所述活动式反光元件与一侧相对的另一侧采用卡扣扣在所述固定式反光元件与一侧相对的另一侧上，所述固定式反光元件固定安装在所述底座上；所述待检测元件穿过所述固定式反光元件和活动式反光元件并被所述固定式反光元件和活动式反光元件卡住。

在本发明的一个优选实施例中，所述固定式反光元件包括一固定安装在所述底座上的固定座和一固定在所述固定座上的下反光板，所述活动式反光元件包括一活动座和一固定在所述活动座上的上反光板，所述活动座的一侧铰接在所述固定座的一侧上，所述活动座与一侧相对的另一侧采用卡扣扣在所述固定座与一侧相对的另一侧上；所述上、下反光板的反光面朝向所述条形光源，所述上、下反光板围绕在所述待检测元件的外围并且与所述待检测元件之间无漏光间隙。

在本发明的一个优选实施例中，所述上、下反光板均采用弹性高反光性材料制备而成。

在本发明的一个优选实施例中，所述条形光源为两块，分设在所述待检测元件轴线方向的两侧，两块条形光源之间留有上下料通道，每一条形光源所发出的条形光垂以45°的入射角照射在所述所述上、下反光板的反光面上。

在本发明的一个优选实施例中，所述条形光源安装机构包括一条形光源升降气缸和安装在所述所述条形光源升降气缸的活塞轴上的条形光源安装板，两块条形光源的下端分别固定在所述条形光源安装板的两端，所述条形光源升降气缸固定在所述底座上。

在本发明的一个优选实施例中，所述待检测元件支撑机构包括一安装在所述底座上的待检测元件升降气缸和安装在所述待检测元件升降气缸中的活塞轴上的待检测元件安放支架。

在本发明的一个优选实施例中，还包括一用以夹持并驱动所述待检测元件回转的待检测元件夹持回转机构，所述待检测元件夹持回转机构安装在所述底座上并位于所述底座与安装有相机的那一侧相对的一侧上，所述待检测元件位于所述待检测元件夹持回转机构与所述远心镜头之间。

在本发明的一个优选实施例中，所述待检测元件夹持回转机构包括分度回转机构和安装在所述分度回转机构上的夹指气缸以及安装在所述夹指气缸上并由所述夹指气缸驱动的一对夹指头，所述夹指气缸由所述分度回转机构驱动围绕所述待检测元件的轴线回转，所述分度回转机构安装在所述底座上。

本发明的使用方法为：

(1)上反光板贴合在活动座上，下反光板贴合在固定座处，活动座将待检测元件压紧在固定座上，使上、下反光板完全贴合成一整块反光板，并且上、下反光板围绕在待检测元件的外围并且与所述待检测元件之间无漏光间隙；同时待检测元件支撑机构会支撑待检测元件的一端，待检测元件的另一端被待检测元件夹持回转机构的一对夹子头夹住。

(2)启动条形光源使光线照射光线到上、下反光板上，上、下反光板反射光线形成背光效果。条形光源条形光源为两块，分设在待检测元件轴线方向的两侧，两块条形光源之间留有上下料通道，每一条形光源所发出的条形光垂以45°的入射角照射在上、下反光板的反光面上，在保证检测精度的条件下提高设备的运行效率。

(3)使用相机微调机构调整相机角度，并配合远心镜头对待检测元件进行拍摄成像。为保证视觉处理与回转定位的精度，相机微调机构为一四自由度微调机构，可以实现相机的上下，左右，自周旋转与俯仰角度的调整，确保相机镜头的光轴与待检测元件的轴线相平行。由于成像对象为待检测元件而且是轴向成像观察原理端部的轮廓物体分布，故普通的针孔镜头(近大远小)端面的虚像会挡住待检测截面，无法成像。故采用大工作距离的远心镜头使其工作焦距对在待检测轴向轮廓截面处，可以清晰采集平行光只观测感兴趣截面，而无视其他部分。

(4)相机对待检测元件进行多次拍摄，且每次拍摄后待检测元件夹持回转机构上的分度回转机构会驱动夹指气缸围绕所述待检测元件的轴线回转。

由于采用了如上的技术方案，本发明的有益效果在于：解决了管状元件件的轴向背光的成像方式。合理的机构设计实现了自动化产线中针对管状元件的轴向成像定位，不需要定制特殊光源，并且保证了成像的稳定。

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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施例的结构示意图。

图2为相机微调机构的结构示意图。

图3为分离式反光元件的结构示意图。

图4为待检测元件夹持回转机构的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。

如图1至图4所示的一种分离反光式元件背光成像设备，由一底座100和设置在底座100上的相机微调机构200、分离式反光元件300、待检测元件夹持回转机构400组成，分离式反光元件300工作时压紧固定一待检测元件700，在本实施例中待检测元件700为长轴状元件或长管状零件。在相机微调机构200与分离式反光元件300之间还设置一固定在底座200上的待检测元件支撑机构500，待检测元件支撑机构500包括一安装在底座上的待检测元件升降气缸510和安装在待检测元件升降气缸510中的活塞轴511上的待检测元件安放支架520。相机微调机构200与待检测元件支撑机构500之间有一固定在底座200上的镜头支撑机构安装800，镜头支撑机构安装800上安装一远心镜头810，远心镜头810的光线输出端与相机微调机构200上的相机260镜头连接。分离式反光元件300与待检测元件支撑机构500之间还设置有一固定在底座200上的条形光源安装机构600，条形光源安装机构600一条形光源升降气缸610和安装在条形光源升降气缸610的活塞轴611上的条形光源安装板620，两块条形光源630的下端分别固定在条形光源安装板620的两端，两块条形光源630分设在待检测元件700轴线方向的两侧，两块条形光源630之间留有上下料通道，两条形光源630所发出的条形光垂以45°的入射角照射在的分离式反光元件300反光面上。

相机微调机构200为一四自由度微调机构，四自由度微调机构包括一支架210、安装在支架210上的水平旋转微调机构220、安装在水平旋转微调机构220上的俯仰角度微调机构230、安装在俯仰角度微调机构230上的水平移动微调模块240、安装在水平移动微调模块240上的相机高度微调机构250，相机260安装在相机高度微调机构250上，水平旋转微调机构220带动俯仰角度微调机构230、水平移动微调模块240、相机高度微调机构250以及相机260进行水平旋转；俯仰角度微调机构230带动所述水平移动微调模块240、相机高度微调机构250以及相机260进行俯仰；水平移动微调模块240带动相机高度微调机构250以及相机260进行水平移动；相机高度微调机构250带动相机260进行升降。

分离式反光元件300包括固定式反光元件310和活动式反光元件320，固定式反光元件310包括一固定安装在底座100上的固定座311和一固定在固定座311上的下反光板312；活动式反光元件320包括一活动座321和一固定在活动座321上的上反光板322，活动座311的一侧311a铰接在固定座321的一侧321a上,活动座311与一侧311a相对的另一侧311b采用卡扣扣在固定座321与一侧321a相对的另一侧321b上，待检测元件700被固定在活动座311和固定座321之间，当活动座311和固定座321的卡扣打开活动座311与固定座321分离后不影响检测元件700的回转和上下料。上、下反光板312、322形成反光面朝向两块条形光源630，上、下反光板312、322围绕在待检测元件700的外围并且与待检测元件700之间无漏光间隙，在本实施例中上、下反光板312、322均采用弹性高反光性材料制备而。

待检测元件夹持回转机构400位于底座100与安装有相机260的那一侧相对的一侧上，待检测元件700位于待检测元件夹持回转机构400与所述远心镜头810之间。待检测元件夹持回转机构400包括分度回转机构410和安装在分度回转机构400上的夹指气缸420，以及安装在夹指气缸420上并由夹指气缸420驱动的一对夹指头430，夹指气缸420由分度回转机构410驱动围绕待检测元件700的轴线回转，分度回转机构410安装在底座100上。

在一种分离反光式元件背光成像设备工作中远心镜头810、待检测元件700、一对夹指头430在一条轴线上

一种分离反光式元件背光成像设备的分离反光式元件背光成像方法：

(1)固定座321与活动座311将待检测元件700固定，一对夹指头430夹住待检测元件700的一端，待检测元件安放支架520支撑待检测元件700另一端。

(2)两条形光源630所发出的条形光垂以45°的入射角照射在上、下反光板312、322形成反光面上。

(3)相机微调机构200通过调整相机260上下，左右，自周旋转与俯仰角度，使相机进入拍摄状态。

(4)相机260对待检测元件700拍摄，相机260每次拍摄后，夹指气缸420由分度回转机构410驱动围绕待检测元件700的轴线回转，同时每次检测元件700回转后相机微调机构200通过调整相机260上下，左右，自周旋转与俯仰角度，相机260再次拍摄，由此重复，直至得到准确数据。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (14)

1.分离反光式元件背光成像方法，其特征在于，采用设置在待检测元件上且与所述待检测元件分离的分离式反光元件，通过条形光源照射光线到所述分离式反光元件上，所述分离式反光元件反射光线形成背光效果，通过设置在待检测元件轴心外的延长线位置上的相机并配合远心镜头对待检测元件进行成像；

其中，所述分离式反光元件包括固定式反光元件和活动式反光元件，所述活动式反光元件的一侧铰接在所述固定式反光元件的一侧上，所述活动式反光元件与一侧相对的另一侧采用卡扣扣在所述固定式反光元件与一侧相对的另一侧上，所述固定式反光元件固定安装在底座上，所述待检测元件穿过所述固定式反光元件和活动式反光元件并被所述固定式反光元件和活动式反光元件卡住；

所述固定式反光元件包括一固定安装在底座上的固定座和一固定在所述固定座上的下反光板，所述活动式反光元件包括一活动座和一固定在所述活动座上的上反光板，所述活动座的一侧铰接在所述固定座的一侧上，所述活动座与一侧相对的另一侧采用卡扣扣在所述固定座与一侧相对的另一侧上，所述上、下反光板的反光面朝向所述条形光源，所述上、下反光板围绕在所述待检测元件的外围并且与所述待检测元件之间无漏光间隙。

2.如权利要求1所述的分离反光式元件背光成像方法，其特征在于，所述分离式反光元件围绕在所述待检测元件的外围。

3.如权利要求2所述的分离反光式元件背光成像方法，其特征在于，所述分离式反光元件由围绕在所述待检测元件的外围的至少两块分离式反光元件组成。

4.如权利要求1所述的分离反光式元件背光成像方法，其特征在于，所述条形光源配置在所述分离式反光元件的反光面与所述相机之间且位于所述待检测元件的外围。

5.如权利要求1所述的分离反光式元件背光成像方法，其特征在于，所述待检测元件为长轴状元件或长管状零件。

6.实现权利要求1至5任一项权利要求所述的分离反光式元件背光成像方法的装置，其特征在于，包括:

一底座，

一通过相机微调机构安装在所述底座上的相机；

一通过镜头支撑机构安装在所述底座上的远心镜头，所述远心镜头的光线输出端与所述相机镜头连接；

安装在所述底座上的分离式反光元件，所述分离式反光元件包括固定式反光元件和活动式反光元件，所述活动式反光元件的一侧铰接在所述固定式反光元件的一侧上，所述活动式反光元件与一侧相对的另一侧采用卡扣扣在所述固定式反光元件与一侧相对的另一侧上，所述固定式反光元件固定安装在所述底座上，其中，待检测元件穿过所述固定式反光元件和活动式反光元件并被所述固定式反光元件和活动式反光元件卡住；

通过条形光源安装机构安装在所述底座上的条形光源，所述条形光源位于所述远心镜头与所述分离式反光元件之间；

安装在所述底座上的待检测元件支撑机构；

其中，所述固定式反光元件包括一固定安装在所述底座上的固定座和一固定在所述固定座上的下反光板，所述活动式反光元件包括一活动座和一固定在所述活动座上的上反光板，所述活动座的一侧铰接在所述固定座的一侧上，所述活动座与一侧相对的另一侧采用卡扣扣在所述固定座与一侧相对的另一侧上，所述上、下反光板的反光面朝向所述条形光源，所述上、下反光板围绕在所述待检测元件的外围并且与所述待检测元件之间无漏光间隙。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述相机微调机构为一四自由度微调机构。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述四自由度微调机构包括一支架、安装在所述支架上的水平旋转微调机构、安装在所述水平旋转微调机构上的俯仰角度微调机构、安装在所述俯仰角度微调机构上的水平移动微调模块、安装在所述水平移动微调模块上的相机高度微调机构，所述相机安装在所述相机高度微调机构上，所述水平旋转微调机构带动俯仰角度微调机构、所述水平移动微调模块、所述相机高度微调机构以及相机进行水平旋转，所述俯仰角度微调机构带动所述水平移动微调模块、所述相机高度微调机构以及相机进行俯仰，所述水平移动微调模块带动所述相机高度微调机构以及相机进行水平移动，所述相机高度微调机构带动相机进行升降。

9.如权利要求6至8任一项所述的装置，其特征在于，所述上、下反光板均采用弹性高反光性材料制备而成。

10.如权利要求6至8任一项所述的装置，其特征在于，所述条形光源为两块，分设在所述待检测元件轴线方向的两侧，两块条形光源之间留有上下料通道，每一条形光源所发出的条形光垂以45°的入射角照射在所述上、下反光板的反光面上。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述条形光源安装机构包括一条形光源升降气缸和安装在所述条形光源升降气缸的活塞轴上的条形光源安装板，两块条形光源的下端分别固定在所述条形光源安装板的两端，所述条形光源升降气缸固定在所述底座上。

12.如权利要求6至8任一项所述的装置，其特征在于，所述待检测元件支撑机构包括一安装在所述底座上的待检测元件升降气缸和安装在所述待检测元件升降气缸中的活塞轴上的待检测元件安放支架。

13.如权利要求6至8任一项所述的装置，其特征在于，还包括一用以夹持并驱动所述待检测元件回转的待检测元件夹持回转机构，所述待检测元件夹持回转机构安装在所述底座上并位于所述底座与安装有相机的那一侧相对的一侧上，所述待检测元件位于所述待检测元件夹持回转机构与所述远心镜头之间。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述待检测元件夹持回转机构包括分度回转机构和安装在所述分度回转机构上的夹指气缸以及安装在所述夹指气缸上并由所述夹指气缸驱动的一对夹指头，所述夹指气缸由所述分度回转机构驱动围绕所述待检测元件的轴线回转，所述分度回转机构安装在所述底座上。

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