CN115696013A - 机器视觉检测用环形光纤光源及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器视觉技术领域，具体而言涉及机器视觉检测用环形光纤光源及其控制系统，其中的光源包括环形光源和导光束，所述导光面板具有第一发光面、第二发光面和第三发光面，所述光源壳体内具有多组呈中心对称分布的单元显示区，每个所述单元显示区内均设置有多组沿周向有序排列的光纤阵列，所述单元显示区内的每个所述光纤阵列导光角度不同，且所述光纤阵列导光角度在0°～±90°范围；通过设置在周向上具有更多的可独立控制亮度、光照角度显示区的环形光源，并配合光源控制系统，有针对性的对工件表面的反光情况进行适应性调整，使工件表面呈现低反光、低落差的照明环境，容易使CCD镜头获得清晰的图像，降低后续图像处理的难度。

Description

机器视觉检测用环形光纤光源及其控制系统

技术领域

本发明涉及机器视觉技术领域，具体而言涉及机器视觉检测用环形光纤光源及控制系统。

背景技术

在机器视觉系统中，光源的主要功能是以合适的方式将光线投射到待测物体上，突出待测特征部分对比度，在大批量重复性工业生产过程中，用机器视觉检测方法可以大大提高生产的效率和自动化程度，同时，好的光源能够改善整个系统的分辨率，减轻后续图像处理的压力。

目前在机器视觉检测中，经常会用到环形光源，机器视觉环形光源是与CCD镜头同轴安放的，可减少阴影、提高对比度，但目前的光源提供的光照角度以及强度通常是一致的，调节也仅仅是统一，其对于一些表面高反光、凹凸落差大的工件，CCD镜头录入的图像信息会表现出高反差的亮面和暗面，不仅增大后续图像处理的难度，也难以形成较为理想的图像。

发明内容

本发明第一方面提出一种技术方案，一种机器视觉检测用环形光纤光源，包括：

环形光源，包括光源壳体以及固定设置在所述光源壳体内侧的光纤限位板，所述光纤限位板上开设有绕所述光源壳体轴线呈中心对称分布的插孔，且所述光纤限位板的外表面贴附固定有导光面板；

导光束，设置在所述光源壳体内，所述导光束的第一端均匀插接排布在所述插孔内，第二端集束贯穿至所述光源壳体的外侧，并光耦合连接光纤束耦合接头；

其中，所述导光面板的顶部具有距所述光源壳体轴一定间距且平行该轴的第一发光面、位于所述导光面板底部的垂直于所述光源壳体轴向分布的第二发光面以及介于所述第一发光面和第二发光面之间的第三发光面，所述第二发光面的内径大于所述第一发光面的直径；

所述光源壳体内具有多组绕所述光源壳体轴呈中心对称分布的单元显示区，每个所述单元显示区内均设置有多组沿周向有序排列的光纤阵列，所述光纤阵列包括沿光源壳体轴向方向分布的单列或多列光纤导光束，所述单元显示区内的每个所述光纤阵列导光角度不同，且所述光纤阵列导光角度在0°～±90°范围。

优选的，定义所述单元显示区的数量为N，所述光纤阵列的数量为M，所述N大于6、M大于3。

优选的，当所述N6大于且小于36、所述M大于3且小于12时，每个所述光纤阵列内的光纤导光角度平行或交叉。

优选的，当所述N大于等于36、所述M大于等于12时，每个所述光纤阵列内的光纤导光角度平行。

优选的，所述第一发光面包括第一显示区，所述第二发光面包括第六显示区，所述第三发光面包括平面、曲面或平面及曲面的结合。

优选的，所述第三发光面包括首尾顺次平滑连接的第二显示区、第三显示区和第四显示区，所述第二显示区和第四显示区被设置为与第一显示区、第六显示区连接的圆弧面，所述第三显示区被设置为连接所述第二显示区和第四显示区的面，所述第三显示区的倾斜角度被设置为45°±25°。

优选的，所述第二显示区和第四显示区被设置为内凹或外凸的圆弧面。

优选的，所述第三显示区被设置为圆台弧面或多棱平面。

优选的，所述第四显示区与第六显示区之间设有第五显示区，所述第五显示区垂直于所述第六显示区。

本发明第二方面提出一种技术方案，一种机器视觉检测用光源的控制系统，应用上述机器视觉检测用光源，包括：

多个发光体，输出端通过多个分支光纤与所述光纤束耦合接头实现光耦合；

多个功率芯片，被设置与多个所述发光体一一对应的电连接，用于所述发光体输入电能的转换；

总控制芯片，包括用于调节所述功率芯片通断的区域开关模块以及用于调节所述功率芯片输出功率大小的强度调节模块。

与现有技术相比，本发明的光源控制系统的显著优点在于通过设置在周向上具有更多的可独立控制亮度、光照角度显示区的环形光源，并配合光源控制系统，有针对性的对工件表面的反光情况进行适应性调整，使工件表面呈现低反光、低落差的照明环境，容易使CCD镜头获得清晰的图像，降低后续图像处理的难度。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明实施例所示机器视觉检测用环形光纤光源的结构示意图；

图2是本发明实施例所示机器视觉检测用光源控制系统的示意图；

图3是图1中A-A向的剖视结构示意图；

图4是图3中单侧截面的放大结构示意图；

图5是图4中所示机器视觉检测用光源光线处于水平状态的结构示意图；

图6是图4中所示机器视觉检测用光源光线处于倾斜状态的结构示意图；

图7是图4中所示机器视觉检测用光源光线处于竖直状态的结构示意图；

图8是图4中所示机器视觉检测用光源中第三显示区实施例2的结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

针对目前环形光源不能针对所在环形一周的位置、角度及光照强度进行调整，导致针对一些表面高光、凹凸情况复杂的工件照明时，存在明显的明暗区域，无法提供低落差照明环境，从而导致CCD相机无法获得清晰图像。

【机器视觉检测用光源】

本发明第一方面提出一种技术方案，一种机器视觉检测用环形光纤光源，旨在解决现有环形光源光照强度、角度单一的问题，能够根据反光情况进行适应性调整，使工件表面反光特征落差小，易于CCD相机获取清晰图像，该光源主要包括环形光源1和导光束2。

结合图3所示，环形光源1包括光源壳体11以及固定设置在光源壳体11内侧的光纤限位板12，光纤限位板12上开设有绕光源壳体11轴线呈中心对称分布的插孔，且光纤限位板12的外表面贴附固定有导光面板13。

结合图2所示，进一步的，导光束2设置在光源壳体11内，导光束2的第一端均匀插接排布在插孔内，第二端集束贯穿至光源壳体11的外侧，并光耦合连接光纤束耦合接头21。

具体的，光源壳体11采用金属或塑料制成的薄壁环形壳体，其内侧为开放侧，光纤限位板12采用强度较高的不锈钢或铝合金材质制成，表面具有密集分布的插孔，用于安装导光束2，并对导光束2的位置及角度进行限制，光纤限位板12固定设置在光源壳体11的开放侧，并与光源壳体11一起形成中空的环形外壳，导光面板13采用亚克力板材制成，贴附在光纤限位板12的外表面，用于均化和导光。

导光面板

结合图3所示，导光面板13的顶部具有距光源壳体11轴一定间距且平行该轴的第一发光面、位于导光面板13底部的垂直于光源壳体11轴向分布的第二发光面以及介于第一发光面和第二发光面之间的第三发光面，第二发光面的内径大于第一发光面的直径。

其中第一发光面、第二发光面和第三发光面均能发光，令处于环形光源1内侧的工件均能够光源辐照，并且光源的面具有多向发射源，以适应工件表面复杂的凹凸面。

进一步的，光源壳体11内具有多组绕光源壳体11轴呈中心对称分布的单元显示区101，每个单元显示区101内均设置有多组沿周向有序排列的光纤阵列，光纤阵列包括沿光源壳体11轴向方向分布的单列或多列光纤导光束，单元显示区101内的每个光纤阵列导光角度不同，且光纤阵列导光角度在0～±90°范围。

具体的，定义单元显示区101的数量为N，光纤阵列的数量为M，N大于6、M大于3，其中第一发光面、第二发光面和第三发光面均能发出以光源壳体11轴向为基准的介于0～±90°的光线，使光源壳体11的内侧至少具有六个可独立调节的单元显示区101，并且每个单元显示区101内也至少具有三种以上的照射角度(如图5-图7所示)。

如此，环形光源1具有更灵活的发光方式，其能够根据工件顶面复杂形状调整局部的发光强度以及发光角度，以使工件表面反射的光线落差更小，令CCD相机能够获得相对清晰的图像，降低后续图像处理的难度，有利于呈现高清晰的图像。

在可选的实施例中，当N大于6且小于36、M大于3且小于12时，每个光纤阵列内的光纤导光角度平行或交叉，即光源壳体11在周向上具有6～36个单元显示区101，单元显示区101内可独立调节光照强度，且单元显示区101内具有3～12个辐照不同角度的光纤阵列。

例如，当N＝12，M＝7时，光源壳体11在周向上具有12个单元显示区101，每个单元显示区101占π/6(30°)，每个单元显示区101内具有均匀分布的六个光纤阵列，由于光纤阵列导光角度在0～±90°范围，在光纤阵列平行分布状态下，即六个光纤阵列在沿周向方向顺次的辐照角度为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°，在光纤阵列非平行分布状态下，光纤阵列的辐照角度为0°～90°，如此，每个单元显示区101至少能够提供单独的0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°的辐照角度或多角度混合的辐照方式，每个单元显示区101可单独调节亮度，可以应对反光度低结构相对简单工件。

例如，当N＝24，M＝9时，光源壳体11在周向上具有24个单元显示区101，每个单元显示区101占π/12(15°)，每个单元显示区101内具有均匀分布的八个光纤阵列，由于光纤阵列导光角度在0～±90°范围，即八个光纤阵列在沿周向方向顺次的辐照角度为0°、11.25°、22.5°、33.75°、45°、56.25°、67.5°、78.75°、90°，在光纤阵列非平行分布状态下，光纤阵列的辐照角度为0°～90°，如此，每个单元显示区101至少能够提供单独的0°、11.25°、22.5°、33.75°、45°、56.25°、67.5°、78.75°、90°的辐照角度或多角度混合的辐照方式，每个单元显示区101可单独调节亮度，可以应对反光中等，结构相对复杂的工件。

在优选的实施例中，当N大于等于36、M大于等于12时，每个光纤阵列内的光纤导光角度平行。

例如，当N＝36，M＝13时，每个单元显示区101占π/18(10°)，每个单元显示区101内具有均匀分布的十二个光纤阵列，由于光纤阵列导光角度在0～±90°范围，即十二个光纤阵列在沿周向方向顺次的辐照角度为0°、7.5°、15°、22.5°、30°、37.5°、45°、52.5°、60°、67.5°、75°、82.5°、90，如此，每个单元显示区101至少能够提供单独的0°、7.5°、15°、22.5°、30°、37.5°、45°、52.5°、60°、67.5°、75°、82.5°、90的辐照角度或多角度混合的辐照方式，每个单元显示区101可单独调节亮度，能够通过多分区调整光照强度和角度，为整个工件表面提供落差小的照明效果，以此应对反光度高，结构比较复杂的工件。

进一步的，结合图4所示，第一发光面包括第一显示区131，第二发光面包括第六显示区136，第三发光面包括平面、曲面或平面及曲面的结合。

具体的，第三发光面包括首尾顺次平滑连接的第二显示区132、第三显示区133和第四显示区134，第二显示区132和第四显示区134被设置为与第一显示区131、第六显示区136连接的圆弧面，第三显示区133被设置为连接第二显示区132和第四显示区134的面，第三显示区133的倾斜角度被设置为45°±25°。

在优选的实施例中，第二显示区132和第四显示区134被设置为内凹或外凸的圆弧面，令第三发光面的表面特征相对复杂，能够获得多角度的光照条件，以应对表面复杂的工件。

实施例1

如图4所示，第三显示区133被设置为圆台弧面，圆台弧面为平直的斜面，制作相对简单，但辐照角度单一。

实施例2

如图8所示，第三显示区133被设置为多棱平面，能够使光纤阵列发光位置相对更复杂，光照角度也更多。

可选的实施例中，第四显示区134与第六显示区136之间设有第五显示区135，第五显示区135垂直于第六显示区136，以适应工件需要辐照范围较高的情况。

结合以上实施例，环形光源1在周向上具有更多的可独立控制亮度、光照角度的显示区，能够在环部工件周围的多个周向点位提供多辐照角度的光照，以应对复杂表面情况的工件，使工件表面呈现低反光、低落差的照明环境，容易使CCD镜头获得清晰的图像，降低后续图像处理的难度。

【机器视觉检测用光源的控制系统】

本发明第二方面提出一种技术方案，一种机器视觉检测用光源的控制系统，应用上述机器视觉检测用光源，包括发光体4、功率芯片5和总控制芯片6。

其中，发光体4设置为多个(即M×N个)，其输出端通过多个分支光纤3与光纤束耦合接头21实现光耦合，发光体4采用发光二极管，能提供红、黄、蓝、白色，每个发光体4对应一列光纤阵列，并提供光源。

进一步的，功率芯片5设置为多个(即M×N个)，功率芯片5被设置与多个发光体4一一对应的电连接，用于发光体4输入电能的转换，使每个发光体4能够被独立控制亮度。

具体的，总控制芯片6包括用于调节功率芯片5通断的区域开关模块61以及用于调节功率芯片5输出功率大小的强度调节模块62，利用区域开关模块61控制功率芯片5的开断，控制单元显示区101内多个不同辐照角度的光纤阵列同时工作、混合工作、单独工作或是全部关断，利用强度调节模块62控制单元显示区101内多个不同辐照角度的光纤阵列的光照强度。

如此，在使用时，首先对工件表面进行检阅，令单元显示区101的每个光纤阵列以一定次序(顺时针)亮起一次，使多个单元显示区101依次亮起，同时，CCD相机记录工件表面的反光情况，并经过图像处理后，并记录每个区域内最佳显示的辐照角度，然后再针对反光度高的区域降低亮度，亮度低的增加亮度，最终在每个单元显示区101以合适的角度和合适的亮度输出光线，令整体图像呈现较为清晰。

结合以上实施例，通过设置在周向上具有更多的可独立控制亮度、光照角度显示区的环形光源1，并配合光源控制系统，有针对性的对工件表面的反光情况进行适应性调整，使工件表面呈现低反光、低落差的照明环境，容易使CCD镜头获得清晰的图像，降低后续图像处理的难度。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种机器视觉检测用环形光纤光源，其特征在于，包括：

环形光源(1)，包括光源壳体(11)以及固定设置在所述光源壳体(11)内侧的光纤限位板(12)，所述光纤限位板(12)上开设有绕所述光源壳体(11)轴线呈中心对称分布的插孔，且所述光纤限位板(12)的外表面贴附固定有导光面板(13)；

导光束(2)，设置在所述光源壳体(11)内，所述导光束(2)的第一端均匀插接排布在所述插孔内，第二端集束贯穿至所述光源壳体(11)的外侧，并光耦合连接光纤束耦合接头(21)；

其中，所述导光面板(13)的顶部具有距所述光源壳体(11)轴一定间距且平行该轴的第一发光面、位于所述导光面板(13)底部的垂直于所述光源壳体(11)轴向分布的第二发光面以及介于所述第一发光面和第二发光面之间的第三发光面，所述第二发光面的内径大于所述第一发光面的直径；

所述光源壳体(11)内具有多组绕所述光源壳体(11)轴呈中心对称分布的单元显示区(101)，每个所述单元显示区(101)内均设置有多组沿周向有序排列的光纤阵列，所述光纤阵列包括沿光源壳体(11)轴向方向分布的多列光纤导光束，所述单元显示区(101)内的每个所述光纤阵列导光角度不同，且所述光纤阵列导光角度在0°～±90°范围。

2.根据权利要求1所述的机器视觉检测用环形光纤光源，其特征在于，定义所述单元显示区(101)的数量为N，所述光纤阵列的数量为M，所述N大于6、M大于3。

3.根据权利要求2所述的机器视觉检测用环形光纤光源，其特征在于，当所述N大于6且小于36、所述M大于3且小于12时，每个所述光纤阵列内的光纤导光角度平行或交叉。

4.根据权利要求2所述的机器视觉检测用环形光纤光源，其特征在于，当所述N大于等于36、所述M大于等于12时，每个所述光纤阵列内的光纤导光角度平行。

5.根据权利要求1-4中的任意一项所述的机器视觉检测用环形光纤光源，其特征在于，所述第一发光面包括第一显示区(131)，所述第二发光面包括第六显示区(136)，所述第三发光面包括平面、曲面或平面及曲面的结合。

6.根据权利要求5所述的机器视觉检测用环形光纤光源，其特征在于，所述第三发光面包括首尾顺次平滑连接的第二显示区(132)、第三显示区(133)和第四显示区(134)，所述第二显示区(132)和第四显示区(134)被设置为与第一显示区(131)、第六显示区(136)连接的圆弧面，所述第三显示区(133)被设置为连接所述第二显示区(132)和第四显示区(134)的面，所述第三显示区(133)的倾斜角度被设置为45°±25°。

7.根据权利要求6所述的机器视觉检测用环形光纤光源，其特征在于，所述第二显示区(132)和第四显示区(134)被设置为内凹或外凸的圆弧面。

8.根据权利要求6所述的机器视觉检测用环形光纤光源，其特征在于，所述第三显示区(133)被设置为圆台弧面或多棱平面。

9.根据权利要求6所述的机器视觉检测用环形光纤光源，其特征在于，所述第四显示区(134)与第六显示区(136)之间设有第五显示区(135)，所述第五显示区(135)垂直于所述第六显示区(136)。

10.一种机器视觉检测用光源的控制系统，其特征在于，应用如权利要求1所述的机器视觉检测用光源，包括：

多个发光体(4)，输出端通过多个分支光纤(3)与光纤束耦合接头(21)实现光耦合；

多个功率芯片(5)，且被设置与多个所述发光体(4)一一对应的电连接，用于所述发光体(4)输入电能的转换；

总控制芯片(6)，包括用于调节所述功率芯片(5)通断的区域开关模块(61)以及用于调节所述功率芯片(5)输出功率大小的强度调节模块(62)。

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