CN114047191B - 一种用于机器视觉检测微小直径球体表面瑕疵的照明光源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于机器视觉检测微小直径球体表面瑕疵的照明光源，包括内部设有镜面腔体的壳体以及固定安装在壳体内的光源组件；所述光源组件包括设于镜面腔体内的PMMA白管组件以及同轴设于PMMA白管组件外并分别固定安装在镜面腔体顶部和底部的上COB环形光源和下COB环形光源；所述PMMA白管组件的底端和顶端分别设有位于壳体的底部和顶部的球体固定孔以及正对球体固定孔的检测孔；所述壳体上还设有电源模块，所述上COB环形光源和下COB环形光源均与电源模块电连接。本发明大大缩小了检测体积，同时大幅度提高被照明球体表面亮度，从而提高球体表面瑕疵检出精度。

Description

一种用于机器视觉检测微小直径球体表面瑕疵的照明光源

技术领域

本发明涉及基于机器视觉的球体表面瑕疵检测技术领域，尤其涉及一种用于机器视觉检测微小直径球体表面瑕疵的照明光源。

背景技术

滚珠轴承是应用及其广泛的通用机械产品，其中滚珠为球体，其需求量极大，而其表面质量直接影响轴承质量。目前轴承所用滚珠大多选用钢球，相较于钢球，氮化硅陶瓷轴承球具有热膨胀系数小，摩擦系数小、无油自润滑、转数高、寿命长、绝缘等特性，在未来一段时间里必将在航空、航天等领域有广泛的应用前景。然而由于陶瓷材料的脆性，在陶瓷球制造和加工的各个阶段都有可能产生表面缺陷，处于表面和次表面的缺陷能显著降低陶瓷球的疲劳寿命。因此在生产过程中对陶瓷球的表面质量检测十分重要。

目前大多数厂家都是采用人工目检方式对球体表面进行检测，即利用显微镜，借助环境光拨动球体从而观察球体表面情况，当发现有缺陷瑕疵球后，人工剔选出来。这种利用人眼检测的方式有以下两个缺点：一、钢球或陶瓷球等抛光球体，表面高亮高反光，容易刺激眼睛，因而人的眼睛在显微镜下观察极易疲劳；二、通过人工手动拨动的方式检测，无法保证观察到的待测球体的表面为全部表面，因此准确性难以保证。

随着科学技术的发展，基于机器视觉的球体表面瑕疵检测系统越来越多的应用于工业检测中，利用机器代替人眼来做测量和判断，为了对球体进行全部扫描，因此需要对球体进行球面展开的装置。现有的自动化机器视觉检测系统通常由球面展开装置和显微图像检测装置两部分构成。目前针对小直径高亮高反光球体表面瑕疵视觉检测装置多使用圆顶光源，但圆顶光源直径往往大于100mm，且均匀照明功率较低，因此在视觉检测配合显微镜头进行拍摄时，采样图像亮度不高，从而导致球体表面瑕疵检出率较低。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足之处而提出一种用于机器视觉检测微小直径球体表面瑕疵的照明光源，可配套专业的视觉显微镜头进行球体瑕疵检测，大大缩小了检测体积，同时大幅度提高被照明球体表面亮度，从而提高球体表面瑕疵检出精度。

实现本发明目的技术方案是：

一种用于机器视觉检测微小直径球体表面瑕疵的照明光源，包括内部设有镜面腔体的壳体以及固定安装在壳体内的光源组件；所述光源组件包括设于镜面腔体内的PMMA白管组件以及同轴设于PMMA白管组件外并分别固定安装在镜面腔体顶部和底部的上COB环形光源和下COB环形光源；所述PMMA白管组件的底端和顶端分别设有位于壳体的底部和顶部的球体固定孔以及正对球体固定孔的检测孔；所述壳体上还设有电源模块，所述上COB环形光源和下COB环形光源均与电源模块电连接。

进一步地，所述壳体上设有环绕上COB环形光源和下COB环形光源的水冷散热结构。

进一步地，所述壳体包括可拆卸固定连接的上壳体和下壳体，所述上壳体的两侧对称设有安装部，所述安装部上设有用于固定连接上壳体和下壳体的紧固件。

进一步地，所述水冷散热结构包括分别设于上壳体和下壳体并相互连通的第一水冷通道和第二水冷通道以及设于上壳体的进水口和出水口。

进一步地，所述PMMA白管组件与壳体之间设有密封组件，所述PMMA白管组件包括固定相连的上PMMA白管和下PMMA白管以及密封设于两者之间的光学窗口。

进一步地，所述上PMMA白管的顶部外周设有第一环形凸部，所述检测孔的内圈设有与第一环形凸部相适配的并相互垂直的第一环形限位台和第二环形限位台，所述上PMMA白管的底部外周设有第二环形凸部，所述上壳体的底部设有与所述第二环形凸部相适配的第一环形凹槽；所述下PMMA白管的顶部外周设有第三环形凸部，所述下壳体的顶部设有与第三环形凸部相适配的第二环形凹槽，所述下PMMA白管的底部外周设有第四环形凸部，所述下壳体的底部设有与第四环形凸部相适配并相互垂直的第三环形限位台和第四环形限位台。

进一步地，所述密封组件包括均设有两个的第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈，两个所述第一密封圈分别位于第一环形凸部与第一环形限位台之间以及第四环形凸部与第四环形限位台之间，两个所述第二密封圈和第三密封圈依次同轴设于第二环形凸部与第一环形凹槽之间以及第三环形凸部与第二环形凹槽之间。

进一步地，所述镜面腔体的顶部和底部均设有第三环形凹槽，所述上COB环形光源和下COB环形光源分别安装在第三环形凹槽内。

进一步地，所述电源模块采用设于壳体内的可充电电池或固定安装在壳体侧边的航空插头。

采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：

(1)本发明通过在带镜面腔体的壳体内上下设置COB光源，由于COB光源是高功率集成面光源，会将整个镜面腔体照亮，处于镜面腔体内PMMA白管会被镜面腔体的反色光照亮，形成白色均匀发光管，此时放置在壳体底部的球体固定孔的被测球体表面会反射PMMA白管表面亮度，从而完成球体表面照明过程，通过顶部预留的检测孔，适配光学显微镜头即可进行机器视觉球体表面瑕疵检测。本发明通过配合视觉显微镜头、工业相机及相应传动结构，能够满足球体进行全方位照明检测需求，适用于检测直径大于3mm的球体表面照明光源，相较于传统照明光源，照明功率高，采样图像亮度高，可大大提高球体表面亮度和瑕疵对比度，提高了高亮高反光球体表面瑕疵检出成功率，解决了目前视觉检测结果误差大等缺点。整套光源系统结构设计简洁，克服了传统圆顶光源体积较大的缺点，缩小了小直径球体视觉照明光源的体积，直径约为25mm，并且操作过程简易。

(2)本发明在壳体上设有水冷散热结构，有效解决了由于COB光源功率较强，而导致的整体结构温度过高的问题，保证光源能够长期稳定工作。

(3)本发明壳体设为上下可拆卸结构，并通过紧固件实现固定连接，拆装方便，便于生产组装和后期使用维修。

(4)本发明水冷散热结构包括分别设于上下壳体的第一水冷通道和第二水冷通道，并设有进水口和出水口连接外部水管，结构简洁，散热效果好。

(5)本发明PMMA白管组件与壳体之间设有密封组件，从而实现在液体中检测球体表面瑕疵的功能，由于在酒精中检测可减少球体表面附着物，大大降低误判率，而常规的圆顶光源照明无法实现，本发明可有效解决这一难题，并且在上PMMA白管和下PMMA白管之间密封设置光学窗口，在保证能够清淅检测球体表面的同时，确保液体不会通过检测孔进入到上PMMA白管内，保证本发明光源的整体密封。

(6)本发明的上PMMA白管和下PMMA白管通过设置环形凸台、环形凹槽和环形限位台，无需使用螺钉等紧固件即可实现与壳体的匹配安装，拆装方便，并且整体性好，简化生产工序。

(7)本发明的密封组件采用多个安装于PMMA白管组件与壳体之间的密封圈，即可实现优异的密封效果，满足在液体中检测球体表面瑕疵的需求，制造成本低。

(8)本发明通过在镜面腔体的顶部和底部均设置第二环形凹槽，为COB环形光源提供安装空间，装配方便。

(9)本发明的电源模块采用可充电电池或航插插头，满足不同的使用环境需求，适用范围广。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的内部结构示意图；

图3为本发明的主视图；

图4为本发明的仰视图；

图5为图3的A-A面剖视图；

图6为图3的B-B面剖视图；

图7为图4的C-C面剖视图。

附图中的标号为：

壳体1、壳体1-1、安装部1-1-1、第一环形限位台1-1-2、第二环形限位台1-1-3、第一环形凹槽1-1-4、第三环形凹槽1-1-5、下壳体1-2、第二环形凹槽1-2-1、第三环形限位台1-2-2、第四环形限位台1-2-3、紧固件1-3；

PMMA白管组件2、上PMMA白管2-1、第一环形凸部2-1-1、第二环形凸部2-1-2、下PMMA白管2-2、第三环形凸部2-2-1、第四环形凸部2-2-2、光学窗口2-3；

上COB环形光源3；

下COB环形光源4；

球体固定孔5；

检测孔6；

水冷散热结构7、第一水冷通道7-1、第二水冷通道7-2、进水口7-3、出水口7-4；

密封组件8、第一密封圈8-1、第二密封圈8-2、第三密封圈8-3；

航空插头9。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

(实施例1)

如图1至图7所示的用于机器视觉检测微小直径球体表面瑕疵的照明光源，包括壳体1和光源组件，壳体1的内部设有镜面腔体，光源组件固定安装在壳体1内并位于镜面腔体的中央。光源组件包括PMMA白管组件2、上COB环形光源3和下COB环形光源4，PMMA白管组件2设于镜面腔体的中央且两端分别延伸至壳体1的顶部和底部，上COB环形光源3和下COB环形光源4同轴设于PMMA白管组件2外并分别固定安装在镜面腔体的顶部和底部。PMMA白管组件2的底端和顶端分别设有位于壳体1的底部和顶部的球体固定孔5以及正对球体固定孔5的检测孔6。壳体1上还设有电源模块，上COB环形光源3和下COB环形光源4均与电源模块电连接。

由于COB光源是高功率集成面光源，会将整个镜面腔体照亮，处于镜面腔体内PMMA白管组件2会被镜面腔体的反色光照亮，形成白色均匀发光管，此时放置在球体固定孔5的被测球体表面会反射PMMA白管组件2表面的亮度，从而完成球体表面照明过程，通过顶部预留的检测孔6，适配光学显微镜头即可进行机器视觉球体表面瑕疵检测。此外，相较于传统照明光源，照明功率高，采样图像亮度高，可大大提高球体表面亮度和瑕疵对比度，提高了高亮高反光球体表面瑕疵检出成功率。

具体地，壳体1包括上壳体1-1和下壳体1-2，上壳体1-1的两侧对称设有安装部1-1-1，安装部1-1-1上设有用于固定连接上壳体1-1和下壳体1-2的紧固件1-3，本实施例的紧固件1-3采用沉头螺钉，保证表面平整，外形美观，从而实现上壳体1-1和下壳体1-2地可拆卸固定连接，拆装方便，便于生产组装和后期使用维修。

由于COB光源功率较强，会导致照明光源的整体结构温度过高，因此，本实施例的壳体1上设有环绕上COB环形光源3和下COB环形光源4的水冷散热结构7。水冷散热结构7包括分别设于上壳体1-1和下壳体1-2并相互连通的第一水冷通道7-1和第二水冷通道7-2以及设于上壳体1-1的进水口7-3和出水口7-4。第一水冷通道7-1包括两条相互平行并围绕上COB环形光源3的第一通路以及两条分别与第一通路垂直连通并向下延伸的第二通路和第三通路，两个第一通路的前端端分别与进水口7-3和出水口7-4相连接。第二水冷通道7-2包括环绕下COB环形光源4的U型通路，第二通路和第三通路分别连通U型通路的两端，从而形成一个整体的水冷通道，无需增加复杂的散热结构即可起到很好的散热的作用，结构简洁，散热效果好，保证光源能够长期稳定工作。为了方便加工形成水冷通道，在壳体1表面形成多个加工孔，在实际使用时采用堵头等进行封堵。

由于在酒精中检测可减少球体表面附着物，大大降低误判率，为了满足在液体中检测球体表面瑕疵的需求，本实施例的PMMA白管组件2与壳体1之间设有密封组件8。具体地，PMMA白管组件2包括固定相连的上PMMA白管2-1和下PMMA白管2-2以及密封设于两者之间的光学窗口2-3，通过设置光学窗口2-3，在保证能够清淅检测球体表面的同时，确保液体不会通过检测孔6进入到上PMMA白管2-1内，保证光源的整体密封。上PMMA白管2-1的顶部外周设有第一环形凸部2-1-1，检测孔6的内圈设有与第一环形凸部2-1-1相适配的并相互垂直的第一环形限位台1-1-2和第二环形限位台1-1-3；上PMMA白管2-1的底部外周设有第二环形凸部2-1-2，上壳体1-1的底部设有与第二环形凸部2-1-2相适配的第一环形凹槽1-1-4。下PMMA白管2-2的顶部外周设有第三环形凸部2-2-1，下壳体1-2的顶部设有与第三环形凸部2-2-1相适配的第二环形凹槽1-2-1；下PMMA白管2-2的底部外周设有第四环形凸部2-2-2，下壳体1-2的底部设有与第四环形凸部2-2-2相适配并相互垂直的第三环形限位台1-2-2和第四环形限位台1-2-3。通过设置多个环形凸台、环形凹槽和环形限位台，无需使用螺钉等紧固件即可实现PMMA白管组件2与壳体1的匹配安装，拆装方便，并且整体性好，简化生产工序。

密封组件8包括均设有两个的第一密封圈8-1、第二密封圈8-2和第三密封圈8-3，两个第一密封圈8-1分别位于第一环形凸部2-1-1与第一环形限位台1-1-2之间以及第四环形凸部2-2-2与第四环形限位台1-2-3之间，两个第二密封圈8-2和第三密封圈8-3依次同轴设于第二环形凸部2-1-2与第一环形凹槽1-1-4之间以及第三环形凸部2-2-1与第二环形凹槽1-2-1之间。通过采用多个安装于PMMA白管组件2与壳体1之间的密封圈，即可实现优异的密封效果，从而实现在液体中检测球体表面瑕疵的功能，制造成本低。

为了便于安装COB环形光源，本实施例的镜面腔体的顶部和底部均设有第三环形凹槽1-1-5，上COB环形光源3和下COB环形光源4分别安装在环形凹槽1-1-5内。为COB环形光源提供安装空间，装配方便。

为了简化结构，本实施例的电源模块采用固定安装在壳体1后侧边的航空插头9。

本实施例通过配合视觉显微镜头、工业相机及相应传动结构，能够满足球体进行全方位照明检测需求，适用于检测直径大于3mm的球体表面照明光源，相较于传统照明光源，可大大提高球体表面亮度和瑕疵对比度，提高了高亮高反光球体表面瑕疵检出成功率，解决了目前视觉检测结果误差大等缺点。整套光源系统结构设计简洁，克服了传统圆顶光源体积较大的缺点，相较于圆顶光源尺寸外径达到100mm，本实施例尺寸外径约为25mm，缩小了小直径球体视觉照明光源的体积，并且操作过程简易。同时本实施例照明光源采用密封结构，从而实现液体中测量检测球体表面瑕疵的功能，应用范围更广。

(实施例2)

本实施例的结构与实施例1类似，区别在于电源模块6采用设于壳体内的可充电电池，使用更加方便。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于机器视觉检测微小直径球体表面瑕疵的照明光源，其特征在于：包括内部设有镜面腔体的壳体(1)以及固定安装在壳体(1)内的光源组件；所述光源组件包括设于镜面腔体内的PMMA白管组件(2)以及同轴设于PMMA白管组件(2)外并分别固定安装在镜面腔体顶部和底部的上COB环形光源(3)和下COB环形光源(4)；所述PMMA白管组件(2)的底端和顶端分别设有位于壳体的底部和顶部的球体固定孔(5)以及正对球体固定孔(5)的检测孔(6)；所述壳体(1)上还设有电源模块，所述上COB环形光源和下COB环形光源均与电源模块电连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于机器视觉检测微小直径球体表面瑕疵的照明光源，其特征在于：所述壳体(1)上设有环绕上COB环形光源(3)和下COB环形光源(4)的水冷散热结构(7)。

3.根据权利要求2所述的一种用于机器视觉检测微小直径球体表面瑕疵的照明光源，其特征在于：所述壳体(1)包括可拆卸固定连接的上壳体(1-1)和下壳体(1-2)，所述上壳体(1-1)的两侧对称设有安装部(1-1-1)，所述安装部(1-1-1)上设有用于固定连接上壳体(1-1)和下壳体(1-2)的紧固件(1-3)。

4.根据权利要求3所述的一种用于机器视觉检测微小直径球体表面瑕疵的照明光源，其特征在于：所述水冷散热结构(7)包括分别设于上壳体(1-1)和下壳体(1-2)并相互连通的第一水冷通道(7-1)和第二水冷通道(7-2)以及设于上壳体(1-1)的进水口(7-3)和出水口(7-4)。

5.根据权利要求3所述的一种用于机器视觉检测微小直径球体表面瑕疵的照明光源，其特征在于：所述PMMA白管组件(2)与壳体(1)之间设有密封组件(8)，所述PMMA白管组件(2)包括固定相连的上PMMA白管(2-1)和下PMMA白管(2-2)以及密封设于两者之间的光学窗口(2-3)。

6.根据权利要求5所述的一种用于机器视觉检测微小直径球体表面瑕疵的照明光源，其特征在于：所述上PMMA白管(2-1)的顶部外周设有第一环形凸部(2-1-1)，所述检测孔(6)的内圈设有与第一环形凸部(2-1-1)相适配的并相互垂直的第一环形限位台(1-1-2)和第二环形限位台(1-1-3)，所述上PMMA白管(2-1)的底部外周设有第二环形凸部(2-1-2)，所述上壳体(1-1)的底部设有与所述第二环形凸部(2-1-2)相适配的第一环形凹槽(1-1-4)；所述下PMMA白管(2-2)的顶部外周设有第三环形凸部(2-2-1)，所述下壳体(1-2)的顶部设有与第三环形凸部(2-2-1)相适配的第二环形凹槽(1-2-1)，所述下PMMA白管(2-2)的底部外周设有第四环形凸部(2-2-2)，所述下壳体(1-2)的底部设有与第四环形凸部(2-2-2)相适配并相互垂直的第三环形限位台(1-2-2)和第四环形限位台(1-2-3)。

7.根据权利要求6所述的一种用于机器视觉检测微小直径球体表面瑕疵的照明光源，其特征在于：所述密封组件(8)包括均设有两个的第一密封圈(8-1)、第二密封圈(8-2)和第三密封圈(8-3)，两个所述第一密封圈(8-1)分别位于第一环形凸部(2-1-1)与第一环形限位台(1-1-2)之间以及第四环形凸部(2-2-2)与第四环形限位台(1-2-3)之间，两个所述第二密封圈(8-2)和第三密封圈(8-3)依次同轴设于第二环形凸部(2-1-2)与第一环形凹槽(1-1-4)之间以及第三环形凸部(2-2-1)与第二环形凹槽(1-2-1)之间。

8.根据权利要求1所述的一种用于机器视觉检测微小直径球体表面瑕疵的照明光源，其特征在于：所述镜面腔体的顶部和底部均设有第三环形凹槽(1-1-5)，所述上COB环形光源(3)和下COB环形光源(4)分别安装在第三环形凹槽(1-1-5)内。

9.根据权利要求1所述的一种用于机器视觉检测微小直径球体表面瑕疵的照明光源，其特征在于：所述电源模块采用设于壳体(1)内的可充电电池或固定安装在壳体(1)侧边的航空插头(9)。