CN114428054B - 一种具有黑背景的背光源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有黑背景的背光源，一背景单元，所述背景单元用于提供一黑背景；一光源单元，包括一光源、一漫反射板、一固定板，所述漫反射板及所述固定板分别固定在所述光源上方，所述背景单元用于遮挡所述光源单元；一转轴单元，所述转轴分布在所述光源单元的上下两侧，所述转轴带动所述背景单元沿一时钟方向运动；一传动装置，所述传动装置用于致动，带动所述转轴运动，所述转轴带动所述背景单元转动实现所述背光源提供的背景颜色的切换。本发明设计了一种自带黑背景的背光源，解决检测产品图像时需要另外在光源外侧设置黑背景的技术问题。

Description

一种具有黑背景的背光源

技术领域

本领域涉及视觉检测领域，尤其涉及视觉检测领域中具有黑背景的背光源。

背景技术

随着机器视觉行业的发展，视觉检测技术更多的取代人工凭借经验目测被使用，在视觉检测中主要有两个影响检测结果的因素，第一光源提供是否稳定对于图像效果检测结果至关重要，第二检测对象的背景颜色也是重要的影响因素之一。良好的背景颜色能提高图像特征对比度，优化软件检测难度。为了提高检测效率，通常会在待检测产品上下两侧均会设置取图工位，待检测对象上方设置正光源，待检测下方设置背光源，在使用背光源的时候，为了保证背光源出射的光线均匀的分布在待检测的产品上，需要在背光源与待检测产品之间设置一个乳白色透明的漫反射板，因此在使用背光源时，则导致正光源的背景只能为浅色乳白色背景，此时当检测对象为玻璃、亚克力等透明材质时，该乳白色背景颜色会使待检测对象的图像特征对比度较低，明显影响图像检测效果。

现有技术中为了提高图像的视觉检测效果，目前本领域通常采用的解决方案为：第一种是使用背光源与正光源的取图分为两个工位，也即采用位置不同的两个相机，消除背光源背景的影响；另一种是通过光源外的气缸推动一个黑背景，在正光源拍照时将黑背景推到待检测对象的下方，用来遮挡漫反射板，充当需要的背景颜色，解决背光背景不能满则需求的问题。

针对在机器视觉检测玻璃、亚克力等透明材质时，现有技术中采取的改善使用背光源造成背景颜色与检测对象对比度不高的方案中存在如下技术问题：

第一、现有视觉检测技术中产品成本高。把背光源与正光源的取图工位分开需要增加一套相机取图工位，需要占据更多的空间，同时需要多采购一套相机镜头等硬件，造成成本增加，且影响运动流程，占据空间等问题；

第二、现有视觉检测技术中装置占据空间大。设置气缸装置控制该黑背景，需要在光源与待检测对象之间设置一定的空间用于放置作为黑背景的结构，同时需要气缸运动空间充足，导致检测装置占据较大空间；

第三、现有视觉检测技术应用范围小，存在较大局限性使用适应性差，且对机构运动需要空间充足，在空间狭窄区域没法适用。光源外设置气缸推动黑背景，还会受到实际生产情况的影响，例如背光源需要镶嵌在检测对象载具中使用时，则没有空间做气缸推动运动，实现不了黑背景的使用；

第四、现有视觉检测装置结构复杂，使用器件较多，维护不便。

有鉴于此，设计一种视觉检测成本低、占据空间小、应用范围广及结构简单维护方便的一种具有黑背景的背光源，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种具有黑背景的背光源，该背光源不需要额外的器件或结构进行配合即可实现视觉检测成本低、占据空间小、应用范围广及结构简单维护方便的技术效果，具体通过以下具体的技术方案得以实现。

本发明公开了一种具有黑背景的背光源，一背景单元，所述背景单元用于提供一黑背景；一光源单元，包括一光源、一漫反射板、一固定板，所述漫反射板及所述固定板分别固定在所述光源上方，所述背景单元用于遮挡所述光源单元；一转轴单元，所述转轴分布在所述光源单元的上下两侧，所述转轴带动所述背景单元沿一时钟方向运动；一传动装置，所述传动装置用于致动，带动所述转轴转动，所述转轴带动所述背景单元运动实现所述背光源提供的背景颜色的切换。

进一步地，所述背景单元包括一吸光单元和一透光单元，所述背景单元通过所述吸光单元和所述透光单元头尾拼接形成。

更进一步地，所述吸光单元为一吸光布，当所述吸光单元转动至所述光源上方时，使漫反射板与吸光布重叠，用于遮挡漫反射板形成黑背景。

更进一步地，所述透光单元为一光线可以穿透的一透明膜，背光源工作时，所述透明膜转动至所述光源上方。

更进一步地，所述固定板分别设置在所述漫反射板上下两侧，用于固定所述漫反射板。

更进一步地，所述背光源还包括一光源外壳，所述背景单元、所述光源单元、所述转轴单元、所述传动装置被所述光源外壳所包围。

更进一步地，所述光源还包括一灯珠电路板固定板，一贴片式LED电路板，从所述光源外壳下侧依次向上设置有所述灯珠电路板固定板、所述贴片式LED电路板、一下固定板、所述漫反射板、一上固定板。

更进一步地，所述转轴分别设置在所述上固定板两端以及所述灯珠电路板固定板两端。

更进一步地，所述传动装置包括一电机、一齿轮、一传动皮带，所述传动皮带与所述转轴连接，所述电机带动所述齿轮转动，所述齿轮转动带动所述传动皮带转动从而带动所述转动转动。

本发明还提供一种具有黑背景的背光源，包括：一背景单元，所述背景单元用于提供一黑背景；一光源单元，包括一光源、一漫反射板、一固定板，所述漫反射板及所述固定板分别固定在所述光源上方，所述背景单元用于遮挡所述光源单元；其中，所述黑背景为一弹簧钢，所述弹簧钢表面进行加黑处理，所述弹簧钢成卷状，所述弹簧钢的一端设置在所述光源内部任一侧，所述弹簧钢的另一端可通过一电机转动从所述光源的一侧拉伸到另一侧，形成光源的黑色背景。所述电机可以为一外部电机。

进一步地，当不需要黑色背景时，所述弹簧钢可自行回卷。

本发明的优点在于:第一、把背光源本身具有黑背景，与正光源的取图工位不需要另外增加一套相机的取图工位，节省空间及额外相机镜头等硬件的使用，降低成本增加，取图时运动流程更流畅，仅需要运动停止一次即可完成相机取图；

第二、背光源自身带有黑背景，不需要在光源与待检测对象之间设置放置作为黑背景的空间，另外光源外不需要设置气缸，极大的节省了检测装置占据的空间；

第三、本发明中的具有黑背景的背光源应用范围广，对应用环境要求小，使用适应性强。例如可以应用于背光源需要镶嵌在检测对象载具中；

第四、本发明中的具有黑背景的背光源结构简单，使用器件少，维护方便。

本发明主要在于将黑背景与背光源结合起来，能实现在需要背光源时，不需要外围设备，光源也能提供黑背景，对于视觉检测带来更多的背景颜色提高图像效果，优化软件检测难度，相较于通过外部设计更改背景颜色有节省空间成本，对使用环境要求要求小等优势；相较于增加工位方式来说有节省空间、硬件成本的优势，更能使整体运动流程更顺畅，只需要运动停止一次即可完成相机取图。

附图说明

图1为本发明提供的具有黑背景的背光源的主视图；

图2为本发明提供的具有黑背景的背光源的俯视图；

图3为本发明提供的具有黑背景的背光源的右视图。

符号说明

1 丝杆步进电机 2 齿轮

3 传动皮带 4 上漫射板固定板

5 转轴 6 透明亚克力面板

7 高均匀漫反射板 8 下漫射板固定板

9 贴片式LED电路板 10 片式散热硅脂

11 灯珠电路板固定板 12 光源外壳

13 透明膜与吸光布

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。

在以下具体实施例的说明中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“轴向”、“径向”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。

本发明主要目的是提供可充当黑背景的背光源，具有根据实际情况可控制光源中的背景单元使光源提供的背景自动变为满足检测需要的黑背景，实现通过软件直接控制光源内部电机，不再需要使用外部机械结构即可实现上述目的，在实际检测应用中方便灵活，应用场景多，节省空间、设备成本等。

本发明主要解决在机器视觉检测玻璃、亚克力等透明材质时因使用背光源时造成背景颜色与检测对象对比不度不高而效果不佳等问题。

故本发明将黑背景与背光源结合，通过控制电机运动方案切换背光源的背景，实现同一工位上下光源不会相互影响的优点，可在使用背光源保证背景颜色与检测对象对比度高的情况下同时减少外部机械的空间要求，也无需增加过多成本。

本发明提供了一种可充当黑背景的背光源，该背光源主要包括：背景单元，包括一吸光单元和一透光单元，转轴单元，传动装置(丝杆步进电机、转轴、齿轮)，光源单元(光源电路板、固定支撑结构等)等。其中，光源工作参数可以选择使用额定电压为24V电流为1A，步进电机使用小电压电流的电机，此实施例中可以选择使用电压5.5V、电流1A的低功率电机，可通过电阻实现步进电机与光源共用供电，且不会对光源亮度产生影响。背景单元包括一吸光单元和透光单元，其中可以分别采用吸光布和透明膜实现，透明膜与吸光布组成类似传送带装置，由步进电机转动齿轮齿轮带动皮带，进而带动转轴转动使透明膜与吸光布周向运动，从而形成可切换的背景。

其中，电机镶嵌在光源中，为了满足光源的体积足够小，光源供电一般是24V，电机的额定电压是5.5V，为了简化电路结构，电机与光源同时供电，此时光源的额定电压是远远超过电机的额定电压，为了同时满足光源与步进电机之间的稳定工作，光源与步进电机之间通过电阻来分压，使用电阻分压保证光源正常稳定工作的情况下，实现步进电机在额定电压下正常工作。

当使用正光源对物体进行检测时，现有技术中背光源与待检测产品之间设置一个乳白色透明的漫反射板会影响待检测对象的图像特征对比度，此时本发明是将吸光布设置在背光源中乳白色透明的漫反射板的上方，也即乳白色透明的漫反射板与正光源(未显示)之间，可以把背光光源挡住，形成被检测物下方的黑背景。

当需要使用背光源进行检测产品图像时，可以对背景单元进行切换，将乳白色透明的漫反射板上方的吸光布切换至透明膜。在实际使用中，如需要背光源，则使用软件控制步进电机转动带动使透明膜在光源单元(或者乳白色透明漫反射板)上方，使光线可以穿透透明膜形成背光图像效果。如使用正光源需要黑背景，则软件控制电机转动，使吸光布转动到背光源发光面上方，同时控制关闭背光源，使吸光布能遮挡住背光源的乳白色漫射板，形成黑背景，完成背景切换。例如，机器视觉中使用的吸光就是纯黑色的绒布，这种布极不反光，所以可以一直保证背景为黑色。

实施例一

结合图1对本发明提供的具有黑背景的背光源进行详细的论述，但该实施例并不对本发明进行限制。背光源包含了光源外壳12，光源外壳12设置为一个具有内部空间的壳体，包括上下壳体和左右壳体，该壳体由金属材质构成，其具有保护内部结构的作用，防止内部结构因为外力造成的损坏以及灰尘等对内部元件的影响。

光源单元设置在光源外壳12的上、下壳体之间，光源单元沿着光源外壳12的下壳体依次向上设置有灯珠电路固定板11、片式散热硅脂10、贴片式LED电路板9，漫反射板7和透明亚克力面板6以及固定漫反射板的上漫射板固定板4、下漫反射固定板8。其中，灯珠电路固定板11固定在光源外壳12的左右壳体，保证固定在其上方的贴片式LED电路板9的稳定，保证贴片式LED电路板9电路连接不易出现线路接触不良的情况，另外贴片式LED电路板9可以节省背光源的空间，缩小背光源的体积。另外，在贴片式LED电路板9下方设置片式散热硅脂10，片式散热硅脂10具有两个作用，一是片式散热硅脂10增大电路板的散热，降低电路板因工作温度过高造成的降低光源寿命的问题；二是贴片式LED电路板9不直接固定在电路板固定板11上，也对贴片式LED电路板9起保护缓冲作用，防止贴片式LED电路板9因为背光源的运动导致的损坏。

漫反射板7采用高均匀漫反射板，保证背光源的光线可以均匀的透射到待观察或者待检测的产品上。上漫射板固定板4、下漫反射固定板8夹持漫反射板，上漫反射固定板4和下漫反射固定板8可以通过采用外壳做通孔螺丝来进行固定。

在光源单元的四个方位角设置了转动单元5，转动单元5用于带动背景单元运动，其中转动单元5可以采用转轴5，背景单元13围绕转轴5设置，背景单元13包围光源单元以及转轴5，转轴5也可以设置为和上漫反射固定板4齐平。其中背景单元采用吸光布和透明膜首尾拼接形成传送带形式。

转动装置用于致动，带动所述转轴5转动，所述转轴5带动所述背景单元转动实现背景颜色的切换，其中转动装置采用步进电机，在工作过程中，步进电机1工作带动齿轮2转动，通过皮带3转动使齿轮转轴5转动，转轴5转动带动吸光布与透明膜沿着顺时针或者逆时针在光源外壳内转动，靠近光源外壳12的上壳体的一侧形成背景颜色的切换，如图1中所示，光源单元发光区及漫射板被固定在上下转轴5中间，故不会在机构上存在光源里面的电路板、漫射版、平行膜等配件与电机带动黑背景运动产生干涉的现象。其中，步进电机1具有一个齿轮2，另外，为了使背景单元13转动，另外设置两个齿轮带动转轴5转动。

进一步地，结合图2和图3可以进一步的了解本发明中的技术方案。其中，图2和图3中背景单元13缠绕在转轴5的外侧，背景单元13与转轴5形成了一个环形的空腔，空腔内部设置有光源单元的各个模块。漫射板上下采用凸台夹持也即设置上漫反射固定板4和下漫反射固定板8，保证固定漫反射板的同时还能为透明膜提供支撑，保证不会出现过大形变而产生反光影响图像效果。

转动装置可以设置在光源外壳12远离转轴5的一侧，转动装置与光源单元并排设置在光源中。转动装置中采用了低功率的步进电机1，一方面，步进电机体积小，使背光源可以尽可能缩小体积；另一方面，光源工作参数可以选择使用额定电压为24V电流为1A，选择使用电压5.5V、电流1A的低功率电机，可通过电阻实现步进电机与光源共用供电，简化电路结构，且不会对光源提供的亮度产生影响。

当需要使用背光源进行检测产品图像时，可以对背景单元13进行切换，将乳白色透明的漫反射板6上方的吸光布切换至透明膜。在实际使用中，如获取检测图像是需要背光源，则使用软件控制步进电机1转动带动齿轮及转轴5使透明膜移动到光源发光区上方，使光线可以穿透透明膜形成背光图像效果。如使用正光源需要黑背景，则软件控制电机转动，使吸光布转动到背光源发光面上方，同时控制关闭背光源，使吸光布能遮挡住背光源的乳白色漫射板，形成黑背景，完成背景切换。

本发明采用上述方案，可以将光源自带黑背景，无需另外在光源外侧再设置黑背景，节省了成本以及空间。

实施例二

在不使用步进电机充当动力来源情况下，使用光源内部镶嵌气缸推动也能达到切换背景的目的，但是此时光源体积尺寸相较于实施例一需要空间增大，对于小空间检测使用时不便捷，机构安装时存在较大干涉，例如，各个机构空间上的干涉，存在因尺寸过大没有空间安装、气缸没有运动空间以及气缸运动会有撞机风险。在光源外安装推拉气缸，气缸与光源固定在一起，但是此种需要外部空间较大。

实施例三

该实施例与实施例一的不同之处在于背景单元和光源的位置，其他结构可以按照等同于实施例一中结构，因此相同结构不再重复论述，参考实施例一即可。

在光源外壳左侧外部安装电机，在光源外壳右侧内部安装卷装弹簧钢，该技术方案中，弹簧钢为背景单元，在弹簧钢表面做发黑处理，在需要黑背景时电机转动拉动将弹簧钢拉出形成黑背景，不需要时则依靠弹簧钢的弹力自行回卷状。其中，弹簧钢设置在光源单元的上侧。

本发明相较于现有技术具有如下的优势：将透明材料与黑色不反光材料结合做成类似传送带，即不会影响背光源正常工作又能提供黑背景；采用电动电机驱动，保证较小光源尺寸的同时还能提供较大的动力，避免动力不足对于切换背景速度慢的影响；在固定上，漫射板上下采用凸台夹持，保证固定的同时还能为透明膜提供支撑，保证不会出现过大形变而产生反光影响图像效果；本发明在透明、半透明材质的缺陷检测时均可适用。

如无特别说明，本文中出现的类似于“第一”、“第二”的限定语并非是指对时间顺序、数量、或者重要性的限定，而仅仅是为了将本技术方案中的一个技术特征与另一个技术特征相区分。同样地，本文中出现的类似于“一”的限定语并非是指对数量的限定，而是描述在前文中未曾出现的技术特征。同样地，本文中在数词前出现的类似于“大约”、“近似地”的修饰语通常包含本数，并且其具体的含义应当结合上下文意理解。同样地，除非是有特定的数量量词修饰的名词，否则在本文中应当视作即包含单数形式又包含复数形式，在该技术方案中即可以包括单数个该技术特征，也可以包括复数个该技术特征。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (6)

1.一种具有黑背景的背光源，其特征在于，包括：一背景单元，所述背景单元用于提供一黑背景；

一光源单元，包括一光源、一漫反射板、一固定板，所述漫反射板及所述固定板分别固定在所述光源上方，所述背景单元用于遮挡所述光源单元；

一转轴单元，所述转轴分布在所述光源单元的上下两侧，所述转轴带动所述背景单元沿一时钟方向运动，所述背景单元围绕转轴设置，所述背景单元包围光源单元以及转轴；

一传动装置，所述传动装置用于致动，带动所述转轴转动，所述转轴带动所述背景单元运动实现所述背光源提供的背景颜色的切换；所述背景单元包括一吸光单元和一透光单元，所述背景单元通过所述吸光单元和所述透光单元头尾拼接形成；当使用正光源对物体进行检测时，控制传动装置转动，使所述吸光单元转动到背光源发光面上方，同时控制关闭背光源，使所述吸光单元能遮挡住背光源的所述漫反射板，形成黑背景，完成背景切换；当使用背光源对物体进行检测时，控制传动装置转动带动透光单元在所述漫反射板的上方，使光线穿透所述透光单元形成背光图像效果；

所述背光源还包括一光源外壳，所述背景单元、所述光源单元、所述转轴单元、所述传动装置被所述光源外壳所包围；

所述光源还包括一灯珠电路板固定板，一贴片式LED电路板，从所述光源外壳下侧依次向上设置有所述灯珠电路板固定板、所述贴片式LED电路板、一下固定板、所述漫反射板、一上固定板。

2.根据权利要求1所述的具有黑背景的背光源，其特征在于，所述吸光单元为一吸光布，当所述吸光单元转动至所述光源上方时，使漫反射板与吸光布重叠，用于遮挡漫反射板形成黑背景。

3.根据权利要求1所述的具有黑背景的背光源，其特征在于，所述透光单元为一光线可以穿透的一透明膜，背光源工作时，所述透明膜转动至所述光源上方。

4.根据权利要求1所述的具有黑背景的背光源，其特征在于，所述固定板分别设置在所述漫反射板上下两侧，用于固定所述漫反射板。

5.根据权利要求4所述的具有黑背景的背光源，其特征在于，所述转轴分别设置在所述上固定板两端以及所述灯珠电路板固定板两端。

6.根据权利要求1所述的具有黑背景的背光源，其特征在于，所述传动装置包括一电机、一齿轮、一传动皮带，所述传动皮带与所述转轴连接，所述电机带动所述齿轮转动，所述齿轮转动带动所述传动皮带转动从而带动所述转轴转动。