CN110418072A - 一种工业相机补光控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种工业相机补光控制方法及系统，所述系统包括：控制电路模块，所述控制电路模块用于对整机进行控制；电流校正/采集模块，该模块与所述控制电路模块连接；热敏电阻电压放大模块，该模块与所述控制电路模块连接；灯组模块，该模块与所述控制电路模块连接。本发明还提供一种使用上述系统的工业相机补光控制方法，本发明提供的一种工业相机补光控制方法及系统通过对发光模块曝光瞬间产生的电流进行高速采集，反馈到控制模块，经过运算对发光模块进行快速实时调节，达到对单次快速曝光和持续曝光强度的精确控制，同时本发明增加了对电流采样电阻的温度补偿与校正和对灯组的光强温漂补偿。这使得高频率短时间发光强度更加稳定。

Description

一种工业相机补光控制方法及系统

技术领域

本发明属于工业自动检测技术领域，具体涉及一种工业相机补光控制方法及系统。

背景技术

在工业视觉检测领域，光照条件对检测系统成像质量有很大影响，直接影响到系统检测精度、识别效率、工作可靠性，当外界光线不足时会使用补光灯进行补光处理。补光灯的补光强度可通过控制模块进行控制，针对不同场景提供不同的补光强度，从而保证图像画面亮度适中且均一稳定。

中国专利文献CN202385364U公开了一种工业相机智能补光控制器，如图1-2所示，其特征在于：一种工业相机智能补光控制器，其特征在于包括：对整机进行控制的单片机系统；光强检测电路，该电路的输出端接单片机系统，光强检测电路用于检测环境光强，通过AD转换采集光强所对应的电压，利用非线性拟合方法建立光强和电压的模型，实现光强的准确检测，输出到单片机系统；定时控制电路电路，该电路的输出端接单片机系统；用于与外接计算机进行通信的串口通讯电路，该电路与单片机系统相连；用于指示系统中电流的电源指示电路，该电路的输出端接单片机系统；编程接口电路，该电路与单片机系统相连；端口驱动电路，该电路的输入端接单片机系统；功率驱动电路，该电路的输入端接端口驱动电路。上述工业相机智能补光控制器的有益效果是提供了一种自动调光、自动调节补光强度、易于集成、检测质量高的工业相机智能补光控制器。

现有技术存在的问题是：

1.没有考虑在补光灯长时间工作工程中由于灯丝电阻随温度的变化对灯组光强产生的影响，导致灯组的亮度不能维持稳定。

2.现有技术的驱动电路采用三极管驱动负载，功耗较大且接线复杂。

发明内容

为解决现有的一种工业相机补光控制系统存在的上述难题，本发明提出了一种工业相机补光控制方法及系统，所述工业相机补光控制系统是一种闭环控制系统，通过对发光模块曝光瞬间产生的电流进行高速采集，反馈到控制模块，控制模块经过运算对发光模块进行快速实时调节，达到对单次快速曝光和持续曝光强度的精确控制。

本发明提供的技术方案是，提供一种工业相机补光控制系统，所述工业相机补光控制系统，包括：

控制电路模块，所述控制电路模块用于对整机进行控制；

电流校正/采集模块，该模块与所述控制电路模块连接；

热敏电阻电压放大模块，该模块与所述控制电路模块连接；

灯组模块，该模块与所述控制电路模块连接。

进一步地，所述控制电路模块包含微控制器MCU、数模转换模块DAC、模数转换模块ADC、模拟开关U3、电源-VCC、电源Vss、电源Vdd、运算放大器AR1、电阻R1、MOS管Q1、电阻R6、电容C1，微控制器MCU分别与数模转换模块DAC的输入端、模数转换模块ADC的输出端以及模拟开关U3的控制端连接，所述数模转换模块DAC的输出端连接有模拟开关U3的1脚，模拟开关U3的2脚与电源-VCC连接，所述模拟开关U3的输出端与运算放大器AR1的正向输入端3脚连接，运算放大器的输出端6脚连接有电阻R1，运算放大器AR1的4脚接电源VCC，7脚接电源Vdd，电阻R1的另一端连接mos管Q1的栅极1脚，所述模数转换模块ADC的输入端连接有电阻R6和电容C1，电容C1的另一端接地。

进一步地，所述电流校正/采集模块包含电容C2、电阻R9、运算放大器AR4、电阻R11、电阻R10、电阻R2，模数转换模块ADC的另一输入端连接有电容C2和电阻R9，电容C2的另一端接地，电阻R9的另一端连接有电阻R11和运算放大器AR4的输出端6脚，电阻R11的另一端连接有运算放大器AR4的负向输入端2脚和电阻R10，电阻R10的另一端接地，运算放大器AR4的正向输入端3脚连接有电阻R2、mos管的集电极3脚、源极、漏极2脚和运算放大器AR1的负向输入端2脚，电阻R2的另一端接地。

进一步地，所述灯组模块包含至少一个补光灯、电源VCC，所述补光灯依次与电源连接形成灯组，所述灯组另一端与mos管的漏极连接。

进一步地，所述热敏电阻电压放大模块包含热敏电阻RT1、电源VCC/2、电源VREF、电阻R8、运算放大器AR2、电阻R5、运算放大器AR3、电阻R4、电阻R7、电阻R3，热敏电阻RT1布置在灯组附近，使其可采集所述灯组温度信息，热敏电阻的一端接电源VCC/2另一端连接有电阻R8和运算放大器AR2的正向输入端3脚，电阻R8的另一端接地，运算放大器的负相输入端2脚与其自身的输出端6脚和电阻R5连接，电阻R5的另一端与电阻R3和运算放大器AR3的负向输入端2脚连接，电阻R3的另一端与运算放大器AR3的输出端6脚和电阻R6连接，运算放大器AR3的正向输入端3脚与电阻R4和电阻R7连接，电阻R7的另一端接地，电阻R4的另一端接电源VREF。

进一步地，所述灯组的灯采用相同规格的LED灯。

本发明提出的一种基于上述工业相机补光控制系统的工业相机补光控制方法，包括：

(1)通过微控制器MCU设置V4＝0，使模拟开关U3的触点接到2脚，使V2＝-VCC，V7＝Vss，使流过灯组的电流为0，灯组不亮；

(2)通过微控制器MCU设置V4＝1，使模拟开关U3的触点接到1脚，并控制数模转换器DAC设置V1；

(3)通过微控制器MCU控制V4的高电平时间来控制灯组点亮时间，通过控制V4的高低电平周期来调节灯组点亮频率；

(4)随着灯组的长时间工作，此时经过式1计算所得的电流I1已经不等于流过电阻R2的真实电流，电流校正/采集模块2对V3电压进行实时采集，微控制器MCU将根据采集数据的漂移对V1作出相应的微调，从而纠正电阻R2温漂导致补光灯亮度的漂移。

(5)利用热敏电阻电压放大模块4对灯组温度实时采集，微控制器MCU将采集的温度信息经过处理得出灯组亮度的衰减信息，最后对V1进行修正实现灯组亮度的稳定。

本发明的创新点及有益效果是：

(1)本发明提出了一种闭环控制系统，通过对发光模块曝光瞬间产生的电流进行高速采集，反馈到控制模块，控制模块经过运算对发光模块进行快速实时调节，达到对单次快速曝光和持续曝光强度的精确控制。

(2)本发明里的补光系统利用模拟开关器件与高速运算放大器来驱动MOSFET的高速开关。补光灯组的点亮时间可降到1ms以内。同时，点亮时间的缩短意味着相同灯组可通过的瞬时电流的上限值增加，光强上限随之增加。

(3)本发明通过精确控制灯组电流来实现对灯光强度的精确控制。同时本发明增加了对电流采样电阻的温度补偿与校正和对灯组的光强温漂补偿。这使得高频率短时间发光强度更加稳定。

(4)本发明相比于现有技术，提高了工业相机抓取物体图片的一致性，具有接线更简单、功耗低、灯组的亮度维持更稳定的优点。

附图说明

图1是现有技术中一种工业相机智能补光控制器的原理框图。

图2是现有技术的一种工业相机智能补光控制器的电气原理图。

图3是本发明提供的工业相机补光控制系统的原理框图。

图4是本发明提供的工业相机补光控制系统的电气原理图。

图5是本发明提供的补光灯发光二极管光通量随温度变化曲线图。

图6是本发明提供的补光灯发光二极管所发蓝光的光通量随温度变化曲线图。

附图中标记的具体含义如下：

1-控制电路模块，2-电流校正/采集模块，3-灯组模块，4-热敏电阻电压放大模块。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：

如图3-6所示，本实施例提供的工业相机补光控制系统，包括:控制电路模块1，所述控制电路模块用于对整机进行控制；电流校正/采集模块2，该模块与所述控制电路模块连接；热敏电阻电压放大模块4，该模块与所述控制电路模块1连接；灯组模块3，该模块与所述控制电路模块1连接。

所述控制电路模块1包含微控制器MCU、数模转换模块DAC、模数转换模块ADC、模拟开关U3、电源-VCC、电源Vss、电源Vdd、运算放大器AR1、电阻R1、MOS管Q1、电阻R6、电容C1，微控制器MCU分别与数模转换模块DAC的输入端、模数转换模块ADC的输出端以及模拟开关U3的控制端连接，所述数模转换模块DAC的输出端连接有模拟开关U3的1脚，模拟开关U3的2脚与电源-VCC连接，所述模拟开关U3的输出端与运算放大器AR1的正向输入端3脚连接，运算放大器的输出端6脚连接有电阻R1，运算放大器AR1的4脚接电源VCC，7脚接电源Vdd电阻R1的另一端连接mos管Q1的栅极1脚，所述模数转换模块ADC的输入端连接有电阻R6和电容C1，电容C1的另一端接地。

所述电流校正/采集模块2包含电容C2、电阻R9、运算放大器AR4、电阻R11、电阻R10、电阻R2，模数转换模块ADC的另一输入端连接有电容C2和电阻R9，电容C2的另一端接地，电阻R9的另一端连接有电阻R11和运算放大器AR4的输出端6脚，电阻R11的另一端连接有运算放大器AR4的负向输入端2脚和电阻R10，电阻R10的另一端接地，运算放大器AR4的正向输入端3脚连接有电阻R2、mos管的集电极3脚、源极、漏极2脚和运算放大器AR1的负向输入端2脚，电阻R2的另一端接地。

所述灯组模块3包含至少一个补光灯、电源VCC，所述补光灯依次与电源连接形成灯组，所述灯组另一端与mos管的漏极连接，所述灯组的灯采用相同规格的LED灯。

所述热敏电阻电压放大模块4包含热敏电阻RT1、电源VCC/2、电源VREF、电阻R8、运算放大器AR2、电阻R5、运算放大器AR3、电阻R4、电阻R7、电阻R3，热敏电阻RT1布置在灯组附近，使其可采集所述灯组温度信息，热敏电阻的一端接电源VCC/2另一端连接有电阻R8和运算放大器AR2的正向输入端3脚，电阻R8的另一端接地，运算放大器的负相输入端2脚与其自身的输出端6脚和电阻R5连接，电阻R5的另一端与电阻R3和运算放大器AR3的负向输入端2脚连接，电阻R3的另一端与运算放大器AR3的输出端6脚和电阻R6连接，运算放大器AR3的正向输入端3脚与电阻R4和电阻R7连接，电阻R7的另一端接地，电阻R4的另一端接电源VREF。

本发明提供的基于上述工业相机补光控制系统的工业相机补光控制方法：

1.通过微控制器MCU设置V4＝0，使模拟开关U3的触点接到2脚，使V2＝-VCC，V7＝Vss，使流过灯组的电流为0，灯组不亮。

2.通过微控制器MCU设置V4＝1，使模拟开关U3的触点接到1脚，并控制数模转换器DAC设置V1，由电路布置可知，V1与灯组工作的瞬时电流关系为V1＝V3＝R2×I1(式1)，I1为通过R2的瞬时电流。

3.通过微控制器MCU控制V4的高电平时间来控制灯组点亮时间，通过控制V4的高低电平周期来调节灯组点亮频率，本系统支持灯组点亮时间<1ms的亮度精确控制，以及可达到的点亮频率为>1KHZ。

4.随着灯组的长时间工作，电阻R2阻值会随着温度的增加而改变，此时经过式1计算所得的电流I1已经不等于流过电阻R2的真实电流，进而导致灯组的亮度不能维持稳定。

5.电流校正/采集模块2对V3电压进行实时采集，微控制器MCU将根据采集数据的漂移对V1作出相应的微调，从而纠正电阻R2温漂导致补光灯亮度的漂移。同时电流校正/采集模块2还可监测灯的工作状态，如：灯组是否正常工作，灯组电流是否超出预设范围等。

6.由于灯组温度的变化也会导致灯组亮度的变化，利用热敏电阻电压放大模块4对灯组温度实时采集，微控制器MCU将采集的温度信息经过处理得出灯组亮度的衰减信息，最后对V1进行修正实现灯组亮度的稳定。微控制器MCU对灯组的温度实时采集实现对灯组的超温保护。

Claims (7)

1.一种工业相机补光控制系统，其特征在于，包括：

控制电路模块，所述控制电路模块用于对整机进行控制；

电流校正/采集模块，该模块与所述控制电路模块连接；

热敏电阻电压放大模块，该模块与所述控制电路模块连接；

灯组模块，该模块与所述控制电路模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种工业相机补光控制系统，其特征在于，所述控制电路模块包含微控制器MCU、数模转换模块DAC、模数转换模块ADC、模拟开关U3、电源-VCC、电源Vss、电源Vdd、运算放大器AR1、电阻R1、MOS管Q1、电阻R6、电容C1，微控制器MCU分别与数模转换模块DAC的输入端、模数转换模块ADC的输出端以及模拟开关U3的控制端连接，所述数模转换模块DAC的输出端连接有模拟开关U3的1脚，模拟开关U3的2脚与电源-VCC连接，所述模拟开关U3的输出端与运算放大器AR1的正向输入端3脚连接，运算放大器的输出端6脚连接有电阻R1，运算放大器AR1的4脚接电源VCC，7脚接电源Vdd，电阻R1的另一端连接mos管Q1的栅极1脚，所述模数转换模块ADC的输入端连接有电阻R6和电容C1，电容C1的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的一种工业相机补光控制系统，其特征在于，所述电流校正/采集模块包含电容C2、电阻R9、运算放大器AR4、电阻R11、电阻R10、电阻R2，模数转换模块ADC的另一输入端连接有电容C2和电阻R9，电容C2的另一端接地，电阻R9的另一端连接有电阻R11和运算放大器AR4的输出端6脚，电阻R11的另一端连接有运算放大器AR4的负向输入端2脚和电阻R10，电阻R10的另一端接地，运算放大器AR4的正向输入端3脚连接有电阻R2、mos管的集电极3脚、源极、漏极2脚和运算放大器AR1的负向输入端2脚，电阻R2的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的一种工业相机补光控制系统，其特征在于，所述灯组模块包含至少一个补光灯、电源VCC，所述补光灯依次与电源连接形成灯组，所述灯组另一端与mos管的漏极连接。

5.根据权利要求4所述的一种工业相机补光控制系统，其特征在于，所述热敏电阻电压放大模块包含热敏电阻RT1、电源VCC/2、电源VREF、电阻R8、运算放大器AR2、电阻R5、运算放大器AR3、电阻R4、电阻R7、电阻R3，热敏电阻RT1布置在灯组附近，使其可采集所述灯组温度信息，热敏电阻的一端接电源VCC/2另一端连接有电阻R8和运算放大器AR2的正向输入端3脚，电阻R8的另一端接地，运算放大器的负相输入端2脚与其自身的输出端6脚和电阻R5连接，电阻R5的另一端与电阻R3和运算放大器AR3的负向输入端2脚连接，电阻R3的另一端与运算放大器AR3的输出端6脚和电阻R6连接，运算放大器AR3的正向输入端3脚与电阻R4和电阻R7连接，电阻R7的另一端接地，电阻R4的另一端接电源VREF。

6.根据权利要求4所述的一种工业相机补光控制系统，其特征在于，所述灯组的灯采用相同规格的LED灯。

7.一种工业相机补光控制方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-6任一所述的工业相机补光控制系统，所述方法包括：

(1)通过微控制器MCU设置V4＝0，使模拟开关U3的触点接到2脚，使V2＝-VCC，V7＝Vss，使流过灯组的电流为0，灯组不亮；

(2)通过微控制器MCU设置V4＝1，使模拟开关U3的触点接到1脚，并控制数模转换器DAC设置V1；

(3)通过微控制器MCU控制V4的高电平时间来控制灯组点亮时间，通过控制V4的高低电平周期来调节灯组点亮频率；

(4)随着灯组的长时间工作，此时经过式1计算所得的电流I1已经不等于流过电阻R2的真实电流，电流校正/采集模块2对V3电压进行实时采集，微控制器MCU将根据采集数据的漂移对V1作出相应的微调，从而纠正电阻R2温漂导致补光灯亮度的漂移。

(5)利用热敏电阻电压放大模块4对灯组温度实时采集，微控制器MCU将采集的温度信息经过处理得出灯组亮度的衰减信息，最后对V1进行修正实现灯组亮度的稳定。