CN110501343B - 光源装置、表面缺陷检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光源装置、表面缺陷检测方法和装置。该光源装置包括：底板，设有出光口；球壳，为半球状轮廓，扣于所述底板，并与所述底板合围成半球形腔体；所述球壳上与所述出光口相对的位置设有观察窗；所述球壳的内壁涂有漫反射涂层；光源，设于所述底板上的预定位置，用于提供光照；所述光照被漫反射涂层进行漫反射后自所述出光口向腔体外出射，形成均匀的照射光；反射‑透射镜，设于所述腔体内，并遮挡在出光口和观察窗之间，用于使反射‑透射镜两侧的光线在射向所述反射‑透射镜时，一部分光线穿透、另一部分光线反射。上述光源装置、表面缺陷检测装置及方法可以避免在进行缺陷检测时看到相机的像，且物体表面的划痕和背景也可以被区分。

Description

光源装置、表面缺陷检测方法和装置

技术领域

本发明涉及机器视觉光源技术领域，特别是涉及一种光源装置、表面缺陷检测方法和装置。

背景技术

在机器视觉应用的场景中，检测领域，尤其是缺陷检测一直是一个研究的难点。其中，针对光滑镜面反射物体的检测则为难点中的难点，主要困难集中在打光上。机器视觉的实际应用流程中，打光是操作的第一个步骤，也是极为关键的一个步骤，往往决定了后续处理算法的复杂程度和整个方案的成败。

目前，加工水平越来越精湛，更多的产品拥有了光滑的表面和流线型的造型，对于光滑镜面反射表面检测的需求量也日益增加。因此研究光滑镜面物体缺陷检测的打光问题是非常有意义且有挑战性的方向。传统的打光光源一般包括同轴光光源和球积分光源。

同轴光光线平直一致，且不会在物体表面留下相机的像，但同时也不容易将划痕和背景区分；球积分光源通过圆顶内部漫反射涂层形成亮度均匀的打光效果，但是顶部为相机开的窗口会在光滑镜面反射的被测物表面留下相机的像。

发明内容

基于此，有必要针对传统光源提供光照时，使得缺陷检测要么不容易将划痕和背景区分，要么留下相机的像的问题，提供一种光源装置、表面缺陷检测方法和装置。

一种光源装置，包括：

底板，设有出光口；

球壳，为半球状轮廓，扣于所述底板，并与所述底板合围成半球形腔体；所述球壳上与所述出光口相对的位置设有观察窗；所述球壳的内壁涂有漫反射涂层；

光源，设于所述底板上的预定位置，用于提供光照；所述光照被漫反射涂层进行漫反射后自所述出光口向腔体外出射，形成均匀的照射光；

反射-透射镜，设于所述腔体内，并遮挡在出光口和观察窗之间，用于使反射-透射镜两侧的光线在射向所述反射-透射镜时，一部分光线穿透、另一部分光线反射。

在其中一个实施例中，所述反射-透射镜上设有增透膜。

在其中一个实施例中，所述观察窗的形状和大小可调节。

在其中一个实施例中，所述光源的亮度可调节。

在其中一个实施例中，所述反射-透射镜的角度和方位的至少之一可调节。

在其中一个实施例中，所述反射-透射镜所在平面与所述底板所在平面所成的角度为30～60度。

一种表面缺陷检测装置，包括：

打光光源，采用上述的光源装置，用于提供均匀照射光为被检测对象打光；

检测台，用于放置所述被检测对象；

检测仪，设于所述光源装置的观察窗处，用于透过所述观察窗检测所述被检测对象的表面缺陷。

在其中一个实施例中，所述检测仪包括CCD相机。

在其中一个实施例中，还包括控制模块，用于调节所述观察窗大小、光源亮度、反射-透射镜的角度和方位的至少之一。

在其中一个实施例中，所述检测仪表面涂有吸光材料。

一种表面缺陷检测方法，基于上述的表面缺陷检测装置，包括：

将被检测对象置于检测台；

开启光源；

观察并调整被检测对象的位置、观察窗的大小的至少之一，使被检测对象可被充分观察；

调节所述光源亮度、反射-透射镜的角度和方位的至少之一，使被检测对象满足可被检测标准；

通过检测仪对被检测对象的表面缺陷进行检测。

在其中一个实施例中，还包括，将所述表面缺陷检测装置置于暗室中。

上述光源装置，通过在出光口和观察窗之间设置反射-透射镜，使反射-透射镜两侧的光线在射向所述反射-透射镜时，一部分光线可以穿透、另一部分光线可以反射。观察窗一侧的光线只有部分穿透并到达出光口一侧，并且再由出光口一侧的物体反射到反射-透射镜时，该光线会再次减少，因此观察窗一侧接收到的来自观察者自身影像将大大减少，可以避免在进行缺陷检测时，类似于看到相机的像的问题。而该光源装置提供均匀的照射光，使得物体表面的划痕和背景也可以被区分。

附图说明

图1为一实施例的光源装置的纵向剖面图；

图2a和图2b为底板的俯视图；

图3为球壳的立体图；

图4为一种示例性的光源结构图；

图5为减弱观察者成像的原理图；

图6为一实施例的的表面缺陷检测装置结构图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方法或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

针对传统光源提供光照时，使得缺陷检测要么不容易将划痕和背景区分，要么留下相机的像的问题，提供一种光源装置、表面缺陷检测方法和装置。

如图1所示，一种光源装置10可以包括底板100、球壳200、光源300、反射-透射镜400。

底板100设有出光口102。球壳200为半球状轮廓，扣于所述底板100，并与所述底板100合围成半球形腔体。所述球壳200上与所述出光口102相对的位置设有观察窗202；所述球壳200的内壁涂有漫反射涂层(图未标示)。光源300设于所述底板100上的预定位置，用于提供光照；所述光照被漫反射涂层进行漫反射后自所述出光口102向腔体外出射，形成均匀的照射光。反射-透射镜400设于所述腔体内，并遮挡在出光口102和观察窗202之间，用于使反射-透射镜400两侧的光线在射向所述反射-透射镜400时，一部分光线穿透、另一部分光线反射。

上述光源装置，通过在出光口和观察窗之间设置反射-透射镜，使反射-透射镜两侧的光线在射向所述反射-透射镜时，一部分光线可以穿透、另一部分光线可以反射。观察窗一侧的光线只有部分穿透并到达出光口一侧，并且再由出光口一侧的物体反射到反射-透射镜时，该光线会再次减少，因此观察窗一侧接收到的来自观察者自身影像将大大减少，可以避免在进行缺陷检测时，类似于看到相机的像的问题。而该光源装置提供均匀的照射光，使得物体表面的划痕和背景也可以被区分。

底板100，也可以称为底座，可以用于承托球壳200。对应于球壳200的形状，底板100可以设置为圆形。如图2a～2b所示，是底板100的俯视图。图2a所示的底板100为圆形，其中央位置设有出光口102。同时环绕所述出光口102可以设置环形的凹槽104。凹槽104可以用来接入球壳200的边缘，使球壳200扣于底板100。凹槽104内也还可以放置光源300的部分结构，例如LED光源的驱动板等。另外，底板100上还可以设置固定孔106，用于通过螺钉等将底板100固定在其他装置上。

图2a所示的出光口102显示为圆形，但其形状不限于此。在一个实施例中，出光口102的形状和大小均设置为可调节。例如，在底板100中设置可开合的夹层，实现出光口102的形状和大小的调节。如图2b所示，底板100的形状也可以是方形。因此，底板100的形状不限于所举示例。

如图3所示，球壳200包括大致为半球形的主壳体201，以图示方位为参考，主壳体201的顶部设置观察窗202。观察窗202可以是简单地以去掉主壳体201顶部的一部分来得到，也还可以设置可开合的结构来达到可调节形状和大小的目的。以主壳体201边沿形成的圆形所在平面为延伸面，边沿向外延伸形成边缘部204。该边缘部204可以嵌入前述的底板100的凹槽104中，从而球壳200与底板100合围成半球形的腔体。

球壳200的内壁形成良好的球面，通常要求它相对于理想球面的偏差应不大于内径的0.2％。内壁上涂以理想的漫反射材料，也就是漫反射系数接近于1的材料。常用的材料是氧化镁或硫酸钡，将它和胶质粘合剂混合均匀后，喷涂在内壁上。氧化镁涂层在可见光谱范围内的光谱反射比都在99％以上，这样，光源300的光经过内壁涂层多次反射，在内壁上形成均匀照度。

光源300设置在腔体内，在预设的位置提供初始光照射，然后在球壳200的内壁经过多次漫反射，形成均匀照射光。如图4所示，为一种示例性的光源结构。该光源结构包括环形的驱动板302，以及设于所述驱动板302上并与驱动电路连接的LED灯珠304。环形的驱动板302可以置于前述的底板100的凹槽104中，从而整体上形成一个紧凑的结构。LED灯珠304的排列可以根据需要来设置。在本实施例中，环形的驱动板302上只有一半区域设有LED灯珠304。在一个实施例中，如图1所示，反射-透射镜400以倾斜方式设置在腔体中，且一端抵住底板100的凹槽104。在这种结构中，光源300的LED灯珠304则主要设置在反射-透射镜400面向出光口的一侧。而反射-透射镜400背向出光口102的一侧。因为光源300主要提供反射-透射镜400面向出光口的一侧的照明，另一侧则应避免提供光照。

在其他实施例中，光源300的结构也可以参照本实施例的结构进行变换，只要其功能满足提供初始光照射并配合漫反射涂层形成均匀照度即可。环形的驱动板302上也可以全部设置LED灯珠304，只要控制部分亮起同样能够达到只设置部分LED灯珠304的效果。

在其中一个实施例中，所述光源300的亮度可调节。出光口102所出射的光线照射的对象，其要从观察窗202所观察到，应该要能够到达一定的亮度。由于反射-透射镜400的存在，该对象反射的光线穿过反射-透射镜时，会有所减弱，所以会需要增强光源300的亮度。将光源300设置为可调节亮度，可以满足不同对象的不同亮度的光照需求。

反射-透射镜400设置在出光口102和观察窗202之间。其作用是使出光口102一侧或观察窗202一侧的光线，在穿过反射-透射镜400时，一部分反射而另一部分透射。这样光线在穿过反射-透射镜400时强度会削弱。

如图5所示，由观察窗202一侧入射的光线L1初始强度为3，经过反射-透射镜400后的光线L2强度为2，光线L2照射到物体上后被反射的光线L3的强度假设为2，其再透过反射-透射镜400后的光线L4的强度为1。由此可知，观察窗202一侧的光线由被观察物体反射回的光线强度已被2次减弱。因此观察者在被观察物体上看到自己的影像会非常黯淡。与此同时，被观察物体由于被从出光口102出射的光线照亮，两相对比之下，观察者将只会看到被观察物体，而忽略自己的影像。

图5所示的反射-透射镜400被设置为倾斜状态，所以入射光L1会有部分被反射进入腔体，而且很难再次被完整反射回观察窗202(该光线反射过程在图示中省略)。也会避免反射-透射镜400反射观察者的影像。因此，反射-透射镜400一般设置为与所述底板所在平面所成的角度为30～60度。较优的是45度。

进一步地，反射-透射镜400可以在腔体内完全延伸，以至于将腔体划分为2个相互隔离的部分。使得从出光口102一侧来看，反射-透射镜400完全挡住观察窗202。这样具有光照的一部分腔体的光线将只能以透过反射-透射镜400的方式进入另一部分腔体，从而减少光线的干扰。

在其中一个实施例中，所述反射-透射镜400上设有增透膜(图未标示)。该增透膜同样可以使被照射对象穿过反射-透射镜400的光线增加，从而更容易被观察。需要说明的是，即使增加增透膜，但并不改变部分反射、部分透射这一基础。从而避免观察窗202一侧光线到达被照射对象反射而被观察到，即可以避免类似于看到相机的像的问题(观察窗202的位置通常设置相机进行观察)。

在其中一个实施例中，所述反射-透射镜400的角度和方位的至少之一可调节。其中方位的调节包括可以围绕凹槽104周向旋转。该旋转调节同时可以起到增减光源亮度的作用。角度的调节是指反射-透射镜400与所述底板所在平面所成的角度的调节。

基于上述光源装置，可以提供一种表面缺陷检测装置。如图6所示，该表面缺陷检测装置可以包括打光光源10、检测台20、检测仪30。打光光源10采用上述的光源装置，用于提供均匀照射光为被检测对象40打光。检测台20用于放置所述被检测对象40。检测仪30设于所述光源装置的观察窗202处，用于透过所述观察窗202检测所述被检测对象40的表面缺陷。所述检测仪30可以包括CCD相机。在其中一个实施例中，所述检测仪30表面涂有吸光材料。吸光材料可以进一步减少检测仪30的反射光线，从而使其影像更加不容易被观察到。

在其中一个实施例中，该表面缺陷检测装置还可以包括控制模块50，用于调节所述观察窗大小、光源亮度、反射-透射镜的角度和方位的至少之一。从而更好地检测被检测对象。由于其打光均匀、且不会反射检测仪30的像，该表面缺陷检测装置非常适合于检测具有光滑表面的物体的表面缺陷。

基于上述的表面缺陷检测装置，还可以提供一种表面缺陷检测方法。该方法包括：

将被检测对象置于检测台。该被检测对象可以是具有光滑表面的物体。

开启光源。对于在环形驱动板302上全部设置LED灯珠304的光源300，应该是开启部分光源，即只开启部分位于出光口102一侧的LED灯珠304。

观察并调整被检测对象的位置、观察窗的大小的至少之一，使被检测对象可被充分观察。不同的被检测对象，观察窗的大小可能不一样。

调节所述光源亮度、反射-透射镜的角度和方位的至少之一，使被检测对象满足可被检测标准。可被检测的标准例如使划痕和背景的对比度达到最佳。

通过检测仪对被检测对象的表面缺陷进行检测。

在其中一个实施例中，还包括，将所述表面缺陷检测装置置于暗室中。置于暗室中时，检测仪30的反光将大大减少，也能进一步减少其像被具有光滑表面的物体反射，从而影响检测。

上述光源装置、表面缺陷检测装置及方法，通过在出光口和观察窗之间设置反射-透射镜，使反射-透射镜两侧的光线在射向所述反射-透射镜时，一部分光线可以穿透、另一部分光线可以反射。观察窗一侧的光线只有部分穿透并到达出光口一侧，并且再由出光口一侧的物体反射到反射-透射镜时，该光线会再次减少，因此观察窗一侧接收到的来自观察者自身影像将大大减少，可以避免在进行缺陷检测时，类似于看到相机的像的问题。而该光源装置提供均匀的照射光，使得物体表面的划痕和背景也可以被区分。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种光源装置，其特征在于，包括：

底板，设有出光口；

球壳，为半球状轮廓，扣于所述底板，并与所述底板合围成半球形腔体；所述球壳上与所述出光口相对的位置设有观察窗；所述球壳的内壁涂有漫反射涂层；

光源，设于所述底板上的预定位置，用于提供光照；所述光照被漫反射涂层进行漫反射后自所述出光口向腔体外出射，形成均匀的照射光；

反射-透射镜，设于所述腔体内，并遮挡在出光口和观察窗之间，用于使反射-透射镜两侧的光线在射向所述反射-透射镜时，一部分光线穿透、另一部分光线反射，光线在穿过反射-透射镜时强度会削弱。

2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述反射-透射镜上设有增透膜。

3.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述观察窗的形状和大小可调节。

4.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述光源的亮度可调节。

5.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述反射-透射镜的角度和方位的至少之一可调节。

6.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述反射-透射镜所在平面与所述底板所在平面所成的角度为30～60度。

7.一种表面缺陷检测装置，包括：

打光光源，采用权利要求1～6任一项所述的光源装置，用于提供均匀照射光为被检测对象打光；

检测台，用于放置所述被检测对象；

检测仪，设于所述光源装置的观察窗处，用于透过所述观察窗检测所述被检测对象的表面缺陷。

8.根据权利要求7所述的表面缺陷检测装置，其特征在于，所述检测仪包括CCD相机。

9.根据权利要求7所述的表面缺陷检测装置，其特征在于，还包括控制模块，用于调节所述观察窗大小、光源亮度、反射-透射镜的角度和方位的至少之一。

10.根据权利要求7所述的表面缺陷检测装置，其特征在于，所述检测仪表面涂有吸光材料。

11.一种表面缺陷检测方法，基于权利要求7～10任一项所述的表面缺陷检测装置，包括：

将被检测对象置于检测台；

开启光源；

观察并调整被检测对象的位置、观察窗的大小的至少之一，使被检测对象可被充分观察；

调节所述光源亮度、反射-透射镜的角度和方位的至少之一，使被检测对象满足可被检测标准；

通过检测仪对被检测对象的表面缺陷进行检测。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括，将所述表面缺陷检测装置置于暗室中。

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