CN203010417U - 一种用于光学检测的四轴光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于光学检测的四轴光源，在O-XYZ空间直角坐标系内，该四轴光源包括灯箱体、发光体、Z轴直线运动调节体、Y轴直线运动调节体、X轴转角调节体以及Z轴转角调节体；Y轴直线运动调节体安装于Z轴直线运动调节体上，并能够相对于Z轴直线运动调节体在Z轴方向上来回移动；X轴转角调节体分别安装于Y轴直线运动调节体上，并能够相对于Y轴直线运动调节体在Y轴方向上来回移动；灯箱体安装于X轴转角调节体，并能够相对于X轴转角调节体绕X轴方向转动；Z轴转角调节体安装在灯箱体内，并能够相对于灯箱体绕Z轴方向转动，发光体安装在Z轴转角调节体上。本实用新型的优点在于：可用于复杂3D曲面检测。

Description

一种用于光学检测的四轴光源

技术领域

本实用新型属于光学测量技术应用技术领域，可以应用于OMM（OpticalCoordinate Measuring Machine）和AOI（Automated optical inspection）自动光学检测设备作为测量光源，尤其是一种用于光学检测的四轴光源，可应用于复杂曲面的检测。

背景技术

近年来国内人力成本不断提高，自动化和机器人技术不断普及，而自动化生产技术和机器人应用使得生产速度大幅提升，为了保证高精密产品品质和提高检测效率，就必须导入自动光学检测机器替代人工视觉检测，以此提高检测速度、可靠度、准确度和检测品质。因此随着国内自动化进程加快，AOI检测设备的装备率会越来越高，国内AOI检测设备潜在机会和未来发展空间相当巨大，AOI技术的普及必将成为以后工业的发展趋势。

自动化光学检测系统可以分成光学图像系统、机台结构和控制系统，在三者之中光学图像系统为核心技术。CCD（Charge-coupled Device）镜头是光学图像系统中的眼睛，而光学系统中的光源会直接决定CCD镜头所捕捉的图像(Image Acquisition)效果和检测的成功率，提升图像系统检测的速度和节约成本，乃至决定整个光学图像系统的成败。目前光学检测仪器常用光源有Laser光源、LED（Light Emitting Diode）光源、金属灯泡光源、Fluorescent荧光灯和Halogen卤素灯，其中LED光源功效、寿命和品质均很好，因此为最普遍的光源设计的选择。目前光源结构设计有同轴光、组合式投射光、面光源、线光源、低角度光、反射式扩散光和根据待测件特殊结构设计的光源结构。近年来智能手机、平板电脑装置热销，消费者对产品的外形美观要求不断提高，随着高水平工业设计元素的融入和产品设计者对用户的体验越来越重视，就使得对制造产品零件精密程度和产品检测技术水平的要求不断提升。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种用于复杂3D曲面检测的四轴光源机构。

为解决该技术问题，本实用新型采用了如下技术手段，提供一种用于光学检测的四轴光源，在O-XYZ空间直角坐标系内，该四轴光源包括至少两个灯箱体、至少两个发光体、Z轴直线运动调节体、至少两个Y轴直线运动调节体、至少两个X轴转角调节体以及至少两个Z轴转角调节体；所述至少两个Y轴直线运动调节体安装于所述Z轴直线运动调节体上，并能够相对于所述Z轴直线运动调节体在Z轴方向上来回移动；所述至少两个X轴转角调节体分别安装于所述至少两个Y轴直线运动调节体上，并能够相对于所述至少两个Y轴直线运动调节体在Y轴方向上来回移动；所述至少两个灯箱体分别安装于所述至少两个X轴转角调节体，并能够相对于该至少两个X轴转角调节体绕X轴方向转动；至少两个Z轴转角调节体分别安装在该至少两个灯箱体内，并能够相对于所述至少两个灯箱体绕Z轴方向转动，该至少两个发光体分别固定在该至少两个Z轴转角调节体上。

优选地，每一Z轴转角调节体包括供对应的发光体安装于其上的灯架，该灯架可绕Z轴方向转动地安装在对应的灯箱体内；该对应的灯箱体上开设有弧形导向槽，该灯架设有与该弧形导向槽相配合的导向柱。

优选地，每一X轴转角调节体包括转角调节板、转轴、两个连接螺栓以及一个导向螺栓；所述转角调节板上开设有弧形键槽、转轴通孔以及两个定位螺孔；转轴的一端安装于所述转轴通孔中，另一端安装于对应灯箱体上，而将该对应灯箱体可绕X轴方向转动地安装于该转角调节板；所述两个连接螺栓的一端螺接于该两个定位螺孔中，另一端可移动地连接于该Y轴直线运动调节体中；所述导向螺栓的一端固定于对应灯箱体上，另一端伸入到所述弧形键槽中。

优选地，所述两个连接螺栓的另一端设置有螺母，以使得所述转角调节板相对于对应Y轴直线运动调节体固定；该导向螺栓的该另一端设置有螺母，以使得对应灯箱体相对于该转角调节板固定。

优选地，该Y轴直线运动调节体包括键槽直杆，该键槽直杆上开设有沿Y轴方向延伸的条形槽，该键槽直杆的一端与该Z轴直线运动调节体活动连接，该转角调节板可移动地设置于该条形槽内，而能使该转角调节板沿该条形槽移动以调节该X轴转角调节体在Y轴方向上的位移。

优选地，该Z轴直线运动调节体包括导轨连接板，该导轨连接板开设有沿Z轴方向延伸的至少一条条形键槽孔，该键槽直杆的另一端可移动地设置在该条形键槽孔内，而能使该键槽直杆沿该条形键槽孔移动，以调节该Y轴直线运动调节体在Z轴方向上的位移。

优选地，该四轴光源还包括滑动机构，该Z轴直线运动调节体可沿Z轴方向来回移动地安装于该滑动机构上。

优选地，该滑动机构包括导轨基座、导轨、直线运动气缸以及气缸连接板，该导轨及该直线运动气缸的缸体端固定于该导轨基座上；该导轨沿着Z轴方向延伸该Z轴直线运动调节体可移动地安装在该导轨上，该直线运动气缸的杆端通过该气缸连接板与该Z轴直线运动调节体相连。

优选地，该滑动机构包括两个导轨限位块以及两个调节螺杆，该两个导轨限位块分别设置于所述导轨基座的上下两端，该两个调节螺杆分别沿纵向螺接于该两个导轨限位块中，以限定该Z轴直线运动调节体相对于所述导轨基座在Z轴方向上的行程。

优选地，所述Y轴直线运动调节体、X轴转角调节体、Z轴转角调节体以及灯箱体的数量为至少三个。

本实用新型的有益效果：与相关技术相比，本实用新型通过设置Z轴直线运动调节体、Y轴直线运动调节体、X轴转角调节体以及Z轴转角调节体，使得光线能够更佳地照射被检测物。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施方式提供的用于光学检测的四轴光源的立体示意图。

图2为图1中的转角调节板的结构示意图。

图3为图1中四轴光源的另一视角的立体示意图。

图4为图1中四轴光源的又一视角的立体示意图。

图5为本实用新型多角度测量应用示意图。

图6为待测曲面示意图。

图7为普通OMM光源实验图像。

图8为本光源实验结果图像。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请一并参阅图1、图2、图3、及图4，其为本实用新型较佳实施方式提供的用于光学检测的四轴光源的立体示意图，该四轴光源可安装在需要光源的外部设备上，方便实用。

在O-XYZ空间直角坐标系内，该四轴光源包括若干个发光体1、若干个灯箱体2、若干个Z轴转角调节体3、若干个X轴转角调节体4、若干个Y轴直线运动调节体5、Z轴直线运动调节体6以及滑动机构7。该若干个Y轴直线运动调节体5分别安装于该若干个Z轴直线运动调节体6上，并能够相对于该若干个Z轴直线运动调节体6在Z轴方向上来回移动。该若干个X轴转角调节体4分别安装于该若干个Y轴直线运动调节体5上，并能够相对于该若干个Y轴直线运动调节体5在Y轴方向上来回移动。该若干个灯箱体2分别安装于该若干个X轴转角调节体4，并能够相对于该若干个X轴转角调节体4绕X轴方向转动。该若干个Z轴转角调节体3分别安装在该若干个灯箱体2内，并能够相对于该若干个灯箱体2绕Z轴方向转动，该若干个发光体1分别安装在该若干个Z轴转角调节体上。

发光体1在本实施方式中为LED灯，而且数量不止一个，当然，在其他实施方式中，也可以为其它发光的灯源。发光体1上配置有LED聚光镜10，提高光的利用率。

灯箱体2的数量可以为多个，每个灯箱体2内安装的发光体1可以为多个。优选地，灯箱体2的数量为三个或三个以上，每个灯箱体2中的发光体1的数量为两个，以实现更佳的照明要求。灯箱体2的顶壁与底壁上均开设有与发光体1数量相对应的弧形导向槽20，该灯箱体2的两个相对的侧壁均开设有安装孔21。

该Z轴转角调节体3包括与发光体1数量相对应的灯架31，灯架31用于安装发光体1。聚光镜10固定在该灯架31上，该灯架31可绕Z轴方向转动地安装在该灯箱体2内，以实现调节光源Z轴转角的目的。该灯架31设有分别延伸在两个该弧形导向槽20内的两个导向柱，该灯架31能受该弧形导引槽20的导引进行转动。在本实施方式中，导向柱采用螺丝实现，螺丝穿过弧形导向槽20以与该灯架31螺接。该发光体1可绕Z轴方向转动的角度范围可由弧形导向槽20决定，在本实施方式中，该角度范围为0-180度。

每一X轴转角调节体4包括转角调节板40、转轴41、两个连接螺栓（未图示）以及一个导向螺栓（未图示）。转角调节板40通过该两个连接螺栓与该Y轴直线运动调节体5活动连接，该转角调节板40上开设有弧形键槽401、转轴通孔403以及两个定位螺孔402（本实施方式中的数量为两个）。转轴41的一端可转动地安装于转轴通孔403中，另一端固定在对应灯箱体2的侧壁上，而将该对应的灯箱体2可绕X轴方向转动地安装于该转角调节板40，以实现调节光源的X轴转角的目的。两个连接螺栓的一端螺接于该两个定位螺孔402中，另一端可移动地连接于该Y轴直线运动调节体5中。该两个连接螺栓的该另一端可套设螺母，锁紧螺母时，可以实现转角调节板40相对于该Y轴直线运动调节体5固定。该导向螺栓的一端固定于对应灯箱体2的侧壁上，另一端伸入到弧形键槽401中，弧形键槽401可限制灯箱体2的旋转幅度。该导向螺栓的该另一端可设置螺母，该螺母锁紧时，可使得灯箱体2相对于转角调节板40固定。

X轴转角调节体4调节该灯箱体2的X轴转角时，只需松动该导向螺栓的另一端的螺母，使该灯箱体2与该转角调节板40相对活动，灯箱体2可以绕着转轴通孔403实现220度的转角旋转。可以理解地，通过改变转角调节板40的安装方式，可以实现灯箱体2的360度全范围的旋转，适应各种不同曲面或组合件对检测光源设计需求，此设计结构简单，精巧实用，并且工作稳定可靠。拧紧螺丝使该灯箱体2与该转角调节板40相对固定。

Y轴直线运动调节体5在一些实施例中可包括键槽直杆，该键槽直杆上开设有沿Y轴方向延伸的条形槽52。该键槽直杆的一端与该Z轴直线运动调节体6活动连接，该转角调节板40通过两个螺丝可拆卸固定在该条形槽52内，而能使该转角调节板40沿该条形槽52移动，以调节光源在Y轴方向上的直线位移。Y轴直线运动调节体5在调解时，松开螺丝，调好方位之后，拧紧螺丝。

该Z轴直线运动调节体6在一些实施例中可为导轨连接板，该导轨连接板开设有沿Z轴方向延伸的两条形键槽孔61。该Y轴直线运动调节体5的另一端通过两个螺丝可拆卸固定在该条形键槽孔61内，而能使该键槽直杆沿该条形键槽孔61移动，以调节光源在Z轴方向上的直线位移。该Z轴直线运动调节体6在调解时，松开螺丝，调好方位之后，拧紧螺丝。

该滑动机构7包括双滑块导轨70、导轨基座71、直线运动气缸72、气缸连接板73、导轨限位块74、两个调节杆75、浮动接头76。两个调节杆75相对安装在该导轨基座71上，该双滑块导轨70与该导轨基座71螺纹连接，导轨连接板紧固在双滑块导轨70上，导轨基座71与直线运动气缸72螺纹连接，直线运动气缸72与浮动接头76螺纹连接，浮动接头76和气缸连接板73的阶梯槽间隙配合。气缸连接板73可通过至少一个内六角螺丝连接于该Z轴直线运动调节体6，在直线运动气缸72驱动下，该Z轴直线运动调节体6能够相对于导轨基座71在Z轴方向上来回移动，以调节光源在Z轴方向上的直线位移。导轨限位块74与导轨基座71螺纹连接，导轨限位块74上设计有螺纹使调节杆75，实现Z轴方向上的行程调节。

在一些实施例中，浮动接头66设计成简易的工字型，环绕圆周对称切掉外圈一部分，结构简单，安装方便。该调节杆75上安装缓冲垫77，缓冲垫77材质采用优力胶，可以起到缓冲作用，可将PU优力胶套入内六角螺丝头部，使用简单方便。

本实用新型的用于光学检测的四轴光源可应用于AOI自动检测机器上，也可以作为OMM二坐标测量仪器或者三坐标检测仪器的光源，用于光学检测的四轴光源的底座上有四个安装用沉头孔，可以作为独立的整体安装到机器设备上。用于光学检测的四轴光源成本低，重复精度高，使用稳定方便。

本实用新型的用于光学检测的四轴光源的应用实施案例，如下。

如图5及图6所示，待测曲面100上开有方形通孔，孔内装配金属件200，测量金属件200与曲面100之间的缝隙，金属件200和曲面100边缘均有R角，测量点位为10个点，(实际运用可以根据情况需求增减Y轴直线运动调节体数量，适应不同曲面和检测项目需求)分别在曲面上4个不同法线面上取点测量，其中4、5、9、10角度十分接近，简化设计，本设计将4、5、9、10角度视为1个法线面，故只需要提供3不同法线面上取点测量光源即可（如实际运用中4、5、9、10设计角度相差较大，可以增加一组光源）。技术难点：曲面上不同角度法线面上取点，根据测量环境需求，需要提供3个以上空间位置和角度的测量高强度光源方保证光线顺利进入CCD镜头300。金属件200和曲面100边缘的R角则要求找缝隙的时候光源把R角照亮，如果R角未被照亮，CCD镜头300便会认为缝隙包括R角的尺寸，造成尺寸测量偏大，实际采用OMM光源便出现以上错误。根据需求设计3个角度光源1，并且空间位置可以调节，有效解决以上难点，达到去除干扰，找到真实图像的目的。如图7及图8是OMM自带光源和本设计光源实验效果对比图。图7中普通OMM光源实验图像，不易分辨，图8中本光源实验结果图像，黑白分明。

再次参见图1～4，本实用新型的导轨基座71安装有侧板78，从而便于安装到四周运动平台上，首先根据相机的焦距，调节Z轴行程调节杆（即调节杆75），使得光源气缸下压运动后能使得下发光体1在最低安装位置时候水平可照到待测物体表面的位置，锁紧内六角螺丝即可。将光源气缸向下到最低位置，然后根据实测物体的形状，分别调节上、中、下3组光源，调节上光源的1对LED支架上螺丝，使得LED光线照射到待测物体的对称位置，使得待测物在光源强光照射范围内，锁紧螺丝，紧固连接。再根据待测面表面弧度，调转角调节板40上内六角螺丝，使得角度对准待测位置的时候，进入相机的光强度接近于最大值，视图像的效果而定，此时光源发射光所处在的角度与相机入射光关于弧面法线方向对称，锁紧螺丝即可。此时可以通过调节键槽直杆和导轨连接板上的内六角螺丝实现光源照光位置的调节，使得上光源照亮6、7、8位置，并实现光源均匀照射的效果。

同理，通过对中光源的调节实现对4、5、9、10点的均匀照射，通过对下光源的调节实现对1、2、3点的均匀照射，下光源是采用键槽直杆进行安装，其它均与上光源安装一致，当相机拍到的图像光线较强，且图像清晰即可锁紧螺丝，此时光源发射光所处在的角度与相机入射光关于两弧面法线方向对称，满足光源系统设计时对LED光的角度需求。

完成上述步骤后，上光源主要起到照射6、7、8点的作用，下光源起到照射1、2、3点的作用，中光源起到照射4、5、9、10点的作用，此时各个角度的主要入射光分别经过3D曲面的10个位置反射回去，反射光线主要部分均进入CCD镜头中，图像清晰准确。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于光学检测的四轴光源，包括至少两个灯箱体以及至少两个发光体，其特征在于，在O-XYZ空间直角坐标系内，该四轴光源还包括Z轴直线运动调节体、至少两个Y轴直线运动调节体、至少两个X轴转角调节体以及至少两个Z轴转角调节体；所述至少两个Y轴直线运动调节体安装于所述Z轴直线运动调节体上，并能够相对于所述Z轴直线运动调节体在Z轴方向上来回移动；所述至少两个X轴转角调节体分别安装于所述至少两个Y轴直线运动调节体上，并能够相对于所述至少两个Y轴直线运动调节体在Y轴方向上来回移动；所述至少两个灯箱体分别安装于所述至少两个X轴转角调节体，并能够相对于该至少两个X轴转角调节体绕X轴方向转动；至少两个Z轴转角调节体分别安装在该至少两个灯箱体内，并能够相对于所述至少两个灯箱体绕Z轴方向转动，该至少两个发光体分别安装在该至少两个Z轴转角调节体上。

2.根据权利要求1所述的用于光学检测的四轴光源，其特征在于，每一Z轴转角调节体包括供对应的发光体安装于其上的灯架，该灯架可绕Z轴方向转动地安装在对应的灯箱体内；该对应的灯箱体上开设有弧形导向槽，该灯架设有与该弧形导向槽相配合的导向柱。

3.根据权利要求1所述的用于光学检测的四轴光源，其特征在于，每一X轴转角调节体包括转角调节板、转轴、两个连接螺栓以及一个导向螺栓；所述转角调节板上开设有弧形键槽、转轴通孔以及两个定位螺孔；转轴的一端安装于所述转轴通孔中，另一端安装于对应灯箱体上，而将该对应灯箱体可绕X轴方向转动地安装于该转角调节板；所述两个连接螺栓的一端螺接于该两个定位螺孔中，另一端可移动地连接于该Y轴直线运动调节体中；所述导向螺栓的一端固定于对应灯箱体上，另一端伸入到所述弧形键槽中。

4.根据权利要求3所述的用于光学检测的四轴光源，其特征在于，所述两个连接螺栓的另一端设置有螺母，以使得所述转角调节板相对于对应Y轴直线运动调节体固定；该导向螺栓的该另一端设置有螺母，以使得对应灯箱体相对于该转角调节板固定。

5.根据权利要求3或4所述的用于光学检测的四轴光源，其特征在于，该Y轴直线运动调节体包括键槽直杆，该键槽直杆上开设有沿Y轴方向延伸的条形槽，该键槽直杆的一端与该Z轴直线运动调节体活动连接，该转角调节板可移动地设置于该条形槽内，而能使该转角调节板沿该条形槽移动以调节该X轴转角调节体在Y轴方向上的位移。

6.根据权利要求5所述的用于光学检测的四轴光源，其特征在于，该Z轴直线运动调节体包括导轨连接板，该导轨连接板开设有沿Z轴方向延伸的至少一条条形键槽孔，该键槽直杆的另一端可移动地设置在该条形键槽孔内，而能使该键槽直杆沿该条形键槽孔移动，以调节该Y轴直线运动调节体在Z轴方向上的位移。

7.根据权利要求6所述的用于光学检测的四轴光源，其特征在于，该四轴光源还包括滑动机构，该Z轴直线运动调节体可沿Z轴方向来回移动地安装于该滑动机构上。

8.根据权利要求7所述的用于光学检测的四轴光源，其特征在于，该滑动机构包括导轨基座、导轨、直线运动气缸以及气缸连接板，该导轨及该直线运动气缸的缸体端固定于该导轨基座上；该导轨沿着Z轴方向延伸该Z轴直线运动调节体可移动地安装在该导轨上，该直线运动气缸的杆端通过该气缸连接板与该Z轴直线运动调节体相连。

9.根据权利要求8所述的用于光学检测的四轴光源，其特征在于，该滑动机构包括两个导轨限位块以及两个调节螺杆，该两个导轨限位块分别设置于所述导轨基座的上下两端，该两个调节螺杆分别沿纵向螺接于该两个导轨限位块中，以限定该Z轴直线运动调节体相对于所述导轨基座在Z轴方向上的行程。

10.根据权利要求1-4任一项所述的用于光学检测的四轴光源，其特征在于，所述Y轴直线运动调节体、X轴转角调节体、Z轴转角调节体以及灯箱体的数量为至少三个。

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