CN208444207U - 一种智能照明检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能照明检测系统，其智能照明检测系统包括底座、位姿控制平台、支架、照明单元、主摄像单元，该照明单元包括中部光源，该中部光源包括中上部光源和中下部光源，该中上部光源位于所述支架的中上部位置，该中下部光源设于该支架的中下部位置处，所述中上部光源和\或所述中下部光源与所述位姿控制平台的联合下可模拟出多个照明方案；本实用新型通过位姿控制平台以及中上部光源、中下部光源之间的联合可以准确、快速的完成一个被测工件的多种不同照明需求，以尽可能短的时间获得准确的检测结果。

Description

一种智能照明检测系统

技术领域

本实用新型涉及照明检测领域，特别是涉及一种智能照明检测系统。

背景技术

手机背壳质量是手机整体质量的重要组成部分，随着手机造型越来越复杂，手机厚度越来越小，手机背壳上集成了更多的功能组件。在手机装配之前，要对手机背壳进行质量检测，确定各个组件位置、尺寸否合乎规格，表面是否存在缺陷，并且检测的过程要快速、准确。

对于手机背壳的表面检测系统中，照明系统的设计是一个十分关键的环节，是决定检测效果的重要因素之一，好的照明系统会极大地突出被检测表面和背景之间的差异，改善系统成像的清晰度，从而能够简化检测软件的运算，提高对物体的测量精度。照明的目的是为了能够清晰、准确地捕捉手机背壳表面的图像，设计不当的照明系统则会引发许多问题，例如：如果光照不足，图像的清晰度必然会降低；如果过度曝光，图像会丢失重要细节；如果光照不稳定，图像中会产生阴影，带来边缘信息的误检；如果光强不均匀，会导致灰度信息的失真等。

但是，由于手机造型越来越复杂，手机厚度越来越小，现有的照明检测系统不具备灵活的照明方式，满足不了这一日益复杂的检测需求，无法获得准确的检测结果；另外手机造型越来越复杂，手机厚度越来越小也导致了检测时间的增加，检测结果的无法快速的获得，检测效率低下。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本实用新型的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本实用新型目的在于提出一种智能照明检测系统及同步控制方法，以解决上述现有技术存在的由于手机造型越来越复杂、手机厚度越来越小导致照明检测的过程无法快速、准确的技术问题。

为此，本实用新型提出一种智能照明检测系统，包括：

底座；位姿控制平台，该位姿控制平台包括承载台和驱动装置，该承载台用于承载待测物体，所述驱动装置设于底座上并与所述承载台相连，该承载台在该驱动装置作用下能做六自由度的运动；支架，设于所述底座上；照明单元，该照明单元包括中部光源，该中部光源包括中上部光源和中下部光源，该中上部光源位于所述支架的中上部位置，该中下部光源设于该支架的中下部位置处，所述中上部光源和\或所述中下部光源与所述位姿控制平台的联合下可模拟出多个照明方案；主摄像单元，设于所述支架上，位于所述位姿控制平台的上方，用于拍摄放置在所述承载台上的被测工件的图像；第二摄像单元，设于所述支架上，提供对所述位姿控制平台侧视方向的拍摄。

优选地，本实用新型的智能照明检测系统还可以具有如下技术特征：

所述承载台的六自由度运动时的初始位置所在水平面位于所述中上部光源与所述中下部光源的之间。

所述承载台的六自由度运动的升降运动范围向上不超过所述中上部光源所在的水平面，向下不超过所述中下部光源所在的水平面。

所述承载台的六自由度运动的倾斜运动使得所述承载台可部分超过所述中下部光源所在的水平面和\或所述中上部光源所在的水平面。

所述中下部光源和所述位姿控制平台的联合可为所述第二摄像单元模拟高角度照明方式。

所述第二摄像单元相对设置在所述位姿控制平台两侧的所述支架上。

所述照明单元还包括顶部光源，设于所述支架上，位于所述位姿控制平台及所述中上部光源的上方；该顶部光源、所述中上部光源和所述位姿控制平台的联合可为所述主摄像单元模拟无阴影高角度照明。

所述照明单元还包括底部光源，设于所述底座上，位于所述承载台及所述中下部光源的下方。

所述中上部光源和所述中下部光源上均设有弧形背板。

所述中部光源成对地设置在所述支架上，成对的所述中部光源相对地设置在所述位姿控制平台的两侧。

本实用新型与现有技术对比的有益效果包括：

本实用新型通过位姿控制平台以及中上部光源、中下部光源之间的联合可以准确、快速的完成一个被测工件的多种不同照明需求，以尽可能短的时间获得准确的检测结果。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式的照明系统结构示意图；

图2是本实用新型具体实施方式设有第二摄像单元的照明系统结构示意图。

图3是本实用新型具体实施方式设有第二摄像单元的且有外罩的照明系统内部结构剖视图。

图4是本实用新型具体实施方式设有第二摄像单元的去除外罩后的照明系统结构剖视图。

图5是本实用新型具体实施方式位姿控制平台结构图。

图6是本实用新型具体实施方式电气控制系统工作原理框图。

图7是本实用新型具体实施方式软件控制原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

参照以下附图，将描述非限制性和非排他性的实施例，其中相同的附图标记表示相同的部件，除非另外特别说明。

如图1所示，本实施例提出了一种智能照明检测系统，包括底座12，以及设置在底座12上的位姿控制平台18，该位姿控制平台18包括承载台7和驱动装置，该承载台7用于承载待测物体，驱动装置设于底座12上并与承载台7相连，该承载台7在该驱动装置作用下能做六自由度的运动；底座12上设有支架 19；支架19上设有照明单元和主摄像单元20；该照明单元包括中部光源，该中部光源包括中上部光源2和中下部光源3，该中上部光源2位于支架19的中上部位置，该中下部光源3设于该支架19的中下部位置处，中上部光源2和\或中下部光源3与位姿控制平台18的联合下可模拟出多个照明方案；该主摄像单元 20位于位姿控制平台18的上方，用于拍摄放置在承载台7上的被测工件的图像。

本实施例的智能照明检测系统综合考虑到照明的亮度、均匀性以及快捷性等方面的要求，设置了中上部光源2和中下部光源3；在采集图像时，通过中上部光源2和中下部光源3的这种组合的智能光源系统以及位姿控制平台18的六自由度控制能够模拟多种照明方式，不仅能实现模拟一些基础的照明形式如高角度照明、低角度照明、低角度扩散照明等多种方式，还可以针对检测的内容不同，及根据不同的角度和照明方式需求，快捷设置光源的多种不同状态，通过控制光源的开关，组合出不同的光源系统。

照明方案一般包括高角度照明、低角度照明、低角度扩散照明、同轴照明、背投照明等；对于工件表面缺陷常见的有：裂纹、麻坑、划痕等。由于镀层工件表面一般很光滑，所以工件表面一般产生的是镜面反射，而工件表面出现的凹凸性的缺陷，在缺陷的区域内产生的是漫反射。对于不同的表面缺陷，需要针对其特点选择不同的照明方式。高角度照明可以理想地检测出麻坑、刀纹等缺陷，对于微小的划痕、裂纹，检测成功率不太高；低角度照明以低角度为被检测工件提供360度无反光照明，适用被检测工件的边缘检测和表面光滑物体的划痕检测，低角度照明光源可以清晰显现高角度照明光源检测不到的缺陷，尤其对于划痕、裂纹的缺陷检测成功率比较高；低角度扩散照明采用均匀漫射光低角度照射，有利于字符和缺陷检测；其他的照明方案可用于检测工件的其他照明检测需求，多角度照射，图像整体效果较柔和，适合曲面物体检测；背光照射，图像效果为黑白分明的被测物轮廓，常用于尺寸测量；同轴光照射，图像效果为明亮背景上的黑色特征，用于反光厉害的平面物体检测。

理论上，被测工件的某一特定检测需求选择性的通过某一特定的照明方案就能满足检测，但由于被测工件结构越来越复杂等原因，对检测要求也高，虽然理论上对光源的照明方案做出了上述分类，可选择性地找到对应的照明方案来完成诸如表面缺陷、尺寸、组装等的检测，实际上，被测工件的照明检测仅在某一个特定的照明方案下检测往往不能得到满意结果，所以适合的才是最好的。本实施例中，通过位姿控制平台18以及中上部光源2、中下部光源3之间的联合可以准确、快速的完成一个被测工件的多种不同照明需求，以尽可能短的时间获得准确的检测结果。

对于位于顶部的主摄像单元20而言，中上部光源2与位姿控制平台18两者之间的联合可以模拟出高角度照明和低角度照明，上述两种照明方式可仅通过位姿控制平台18的位置调节来实现，位置调节可以为旋转、上升或下降等，优选为驱动承载台7水平上升和下降，用于表面缺陷的检测；通过驱动承载台7的上升或下降，将使得中上部光源2与承载台7之间的投射角度发生改变，从而自然而然的将低角度照明慢慢地切换成高角度照明。

对于位于顶部的主摄像单元20而言，中下部光源3与位姿控制平台18两者之间的联合也能模拟出低角度照明，模拟的方式与中上部光源2类似，通过位姿控制平台18的六自由度运动的倾斜运动，使得承载台7可部分超过中下部光源 3所在的水平面，此时，主摄像单元20将对倾斜的被测工件部分在低角度照明下的部分进行拍摄；对于主摄像单元20而言，由于中下部光源3的设置，即使是在大角度的倾斜状态下，也可以实现对被测工件表面缺陷检测，可以应对被测工件越来越复杂的结构，得到准确的检测结果，由此一定程度上可以加快检测的效率；在本实施例的一些变通实施例中，倾斜运动时，承载台7的部分也可部分超过中上部光源2所在的水平面，为主摄像单元20提供倾斜状态下的低角度照明。

为了快速、准确的做出响应，承载台7的六自由度运动时的初始位置所在水平面位于所述中上部光源2与所述中下部光源3的之间，优选为两者之间的中点。

应该理解的是，中上部光源2的两种照明方式不是要求承载台7必须上升或下降至某一特定位置才进入相应的照明模式，通过一个光源进行模拟两种照明方式是没有明显的界限的，有些位置，既可以认为是高角度照明也可以是低角度照明，只要能通过位姿控制平台18的调整找到最合适的检测位置，得到最好的检测结果即可。正因为如此，对于不同类型的被测工件，在位姿调整的过程中，投射角度将时刻发生改变，可以通过不断的位姿调整找到最优的投射角度，以针对性的满足当前类型被测工件的照明检测；这与传统针对不同的照明方式需各设置一组对应类型的光源相比，不仅节约了成本，还提高了照明检测的智能化程度，使得照明检测不再拘泥于某一种单一的照明方案来实现被测工件的检测，只要能获得好的检测结果，找到最适合照明方案即可。

为了能使位姿控制平台18的位姿调整准确快速，实现智能化，通过将承载台7的六自由度运动的升降运动范围向上不超过所述中上部光源2所在的水平面，向下不超过所述中下部光源3所在的水平面，以此保证承载台7位姿调整时能时刻位于中上部光源2与中下部光源3的之间，这样，对中上部光源2而言，承载台7升降至任一位置，被检测工件都将位于一个与该位置相对应的投射角度下，有一个特定的与该投射角度对应的照明方式为主摄像头提供照明，从而保证照明检测结果的准确性和快速性。

本实施例中，如图2-4所示，还包括第二摄像单元21，设于支架19上，提供对位姿控制平台18侧视方向的拍摄，为了提高生产线上对越来越复杂的被测工件22的快速检测，加之由于中下部光源3的设置，可以设置第二摄像单元21，提高检测效率。如图3所述，装有第二摄像单元21后的照明系统内部示意图，外层套设有透明的外罩，图4为外罩去掉之后的示意图，其中包括上料机构23，用于将被测工件22上至承载台上，包括驱动被测工件22移动的丝杠螺母副，丝杠螺母副与支架连接。

多个摄像单元可以大大提高照明检测的效率，如果仅仅是一个摄像头的话，这样所有的位姿调整就只能围绕着一个摄像头做出相应的调整，不利于做出使得六自由度运动的过程路径最短的位置调整，因为检测的过程中，耗时最长的是位姿调整的过程，如果有多个摄像单元的情况下，那么位姿控制平台18可以根据多个摄像单元的各自的位置，选择最短的运动路径，完成位姿调整，从而缩短检测的过程的时间，提高检测效率。

第二摄像单元21位于支架19上，拍摄承载台7中被测工件侧视方向的图像，在位姿控制平台18的位姿调整下，主摄像单元20可以从顶部拍摄被测工件的图像，同时第二摄像单元21则可以拍摄被测工件其他方向的图像，如背面或侧面。

由于中下部光源3的设置，位姿控制平台18的六自由度运动中倾斜时，可以使得第二摄像单元21获得高角度照明形式，所以使得第二摄像单元21也能进行表面缺陷检测。

在位姿控制平台18两侧的支架19上各设置一个第二摄像单元21，使得位姿控制平台18可对比着相对于两个第二摄像单元21的位置，快速做出最短路径的调整，以寻求最优、最快速的检测结果。

本实施例中的中部光源可以实现表面缺陷检测，但不能实现同轴照明、背向照明等，因此，照明单元还设置有顶部光源1、底部光源。

顶部光源1，设于支架19上，位于位姿控制平台18及中上部光源2的上方；该顶部光源1、中上部光源2和位姿控制平台18的联合可为所述主摄像单元20 模拟无阴影高角度照明。底部光源，设于底座12上，位于所述承载台7及所述中下部光源3的下方，可为被测工件提供包括直射和散射在内的背向照明，从而实现尺寸及轮廓等的检测，另外，如图1所示，还设有背投光源4，用于提供背向照明。

至此，本实施例的光源将由上中下三部分组成，顶部光源采用高角度的照明方式，中部光源采用低角度的照明方式，底部光源采用背向照明方式。光源优选采用LED组件。

为了能获得均匀性好、鲁棒性强、亮度适中、对比度高的照明，中部光源包括设置弧形背板6，优选地，弧形背板6内壁表面附有哑光涂料，反射率小，在检测过程中避免产生反光现象，此时中上部光源2和中下部光源3均设置在弧形背板6上。同时，中部光源围绕着位姿控制平台18成对地设置在所述支架19 上，成对的所述中部光源相对地设置在所述位姿控制平台18的两侧，以提供优质的照明，本实施例中，中部光源优选为两对，包括4个中部光源，每个中部光源均包括中上部光源2和中下部光源3，其上还设有弧形背板6；在本实施例的其他变通实施例中，中部光源可以根据实际的照明检测需求设置其他数量。

位姿控制平台18优选为史都华平台(Stewart platform)，包括机械台体部分、电气控制部分和软件部分；其机械台体部分即为上述驱动装置，机械台体部分包括上台面8、上连接铰9、下连接铰10、支撑架11、底座12和电动缸13等，为史都华平台的结构为现有技术，在此不做赘述，承载台7设置在上台面上；如图 5所示，机械台体部分由电动缸13驱动，进行六个自由度运动。如图6所示，其电气控制部分由嵌入式控制器14、接口电路15、伺服驱动器16、伺服电机17 和各种电气元件组成，其主要的作用是接收上位机(远程计算机)指令数据，并将其传输给伺服驱动器16，嵌入式驱动器14将信号放大后控制伺服电机17运动，进而带动电动缸13运动，并最终使上台面8及承载台7实现各种姿态变化，其一共有6个通道，每个通道均包括伺服驱动器16、伺服电机17、电动缸13 等。其软件部分主要包括惯性器件采集处理程序、稳定算法和多轴运动控制程序。惯性器件采集处理程序主要采集陀螺、加速度计的数据，并进行数字滤波处理；稳定算法包括稳定回路的控制算法，包括前馈校正、数字闭环等。多轴运动控制程序包括六自由度运动学反解程序、路径规划程序和多轴同步运动控制算法等具体采用位置环加驱动器内部的速度环、电流环相结合的三环反馈的控制方法；如图7所示，在控制算法中采用前馈的算法，使控制效果更平稳、更精确；采用复合控制PID调节实现各项性能指标要求，由电流反馈、光电编码器反馈构成的闭环，并且引入位置、速度、加速度构成的复合控制。

由此本实施例提出了一种同步控制方法，包括：

S1：输入位姿控制平台需运动的目的位置和姿势；

S2：根据输入的位置和姿态数据，进行六自由度平台位置反解和路径规划；

S3：根据惯性器件的数据采集处理、数字闭环控制、前馈控制得到的数据对位置反解和路径规划后的数据进行调整，结合多轴同步运动控制对所述位姿控制平台的各运动关节进行同步控制。数字闭环控制为包括位置、速度、加速度构成的复合控制。

由于六自由度平台位置反解容易，且连杆长度可以精确测量，所以实际工程中一般采用分散控制方法设计平台控制器。本实用新型中的控制方法部分，在传统六自由度平台控制的姿态反向求解、单关节运动的基础之上，加入了惯性器件(陀螺、加速度计)数据采集处理、数字闭环控制算法及多轴同步运动控制算法。根据惯性器件的数据判断平台位置的准确性；数字闭环控制算法可以实现对电动缸的位置、速度、加速度的复合控制，提高响应速度和精度；多轴同步运动控制算法可以实现多个电动缸及电机同步运动，运动过程能够平滑稳定；总体上，有利于较快速度地实现六自由度平台与照明系统的同步控制。

本实用新型以手机背壳为例，示意性描述本实施例实际检测一些场景，本领域的技术人员应该明确的时，以下仅是示例性的提出有限个应用方案，实际应用并不局限于下述应用，有更多变通的可能：

对于不同型号的手机背壳，预先调整并设置最优的照明方案和手机背壳位置方案。

当手机背壳放置于承载台7之后，按照预先设置的优化方案，调整手机壳的高度及姿态，首先手机背壳内部朝向摄像头，放置于承载台7并调整至水平状态，打开顶部光源11和所有中上部光源2，其余光源关闭，形成无阴影高角度照射，垂直拍摄手机背壳内部图像，用于内部组件尺寸测量。

翻转手机壳，放置于承载台7并保持水平状态，打开部分中上部光源2，其余光源关闭，形成高角度照射，拍摄手机背壳外部图像，用于检测表面麻坑、刀纹等缺陷。

手机壳位置及姿态不变，打开背投光源4和底部光源5，其余光源关闭，形成背向照明，用于检测手机背壳外形。

调整控制承载台7的姿态，根据预先设定优化方案面对摄像头形成一定侧向角度，打开部分中上部光源2，形成低角度照射，拍摄手机背壳外部图像，用于检测划痕、裂纹等缺陷。

对于大多数手机背壳及类似精密结构零部件，都可以按照类似步骤进行检测，对于不同的检测需求，可利用六自由度位姿控制平台18的灵活性和各个光源的独立性进行有针对性的调整。

本实用新型的有益效果在于：

(1)对比度高。使需要被观察的特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的对比度，从而易于特征的区分。

(2)亮度适中。减少图像噪声，保持图像景深，避免亮度失真，便于捕捉特征信息。

(3)均匀性好：根据检测对象不同类型特征，设计不同方向上亮度均匀的照明光源，以便检测出更多种类的特征信息。

(4)鲁棒性强：光源对工件的位置敏感度最小，当检测对象放置在光源照明区域的不同位置或不同角度时，摄像头采集的图像不会发生太大的变化，有利于对图像的特征提取。

(5)照明方式灵活：通过上中下三部分光源的不同组合，可以实现高角度、低角度、同轴方式、背向等多种照明方式。

(6)检测结果准确、快速；结合上述5点特征，保证了检测结果的准确性，进而提高了检测的速度，缩短了检测的时间，提高了检测效率。

本领域技术人员将认识到，对以上描述做出众多变通是可能的，所以实施例仅是用来描述一个或多个特定实施方式。

尽管已经描述和叙述了被看作本实用新型的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其作出各种改变和替换，而不会脱离本实用新型的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本实用新型的教义，而不会脱离在此描述的本实用新型中心概念。所以，本实用新型不受限于在此披露的特定实施例，但本实用新型可能还包括属于本实用新型范围的所有实施例及其等同物。

Claims (10)

1.一种智能照明检测系统，其特征在于，包括：

底座；

位姿控制平台，该位姿控制平台包括承载台和驱动装置，该承载台用于承载待测物体，所述驱动装置设于底座上并与所述承载台相连，该承载台在该驱动装置作用下能做六自由度的运动；

支架，设于所述底座上；

照明单元，该照明单元包括中部光源，该中部光源包括中上部光源和中下部光源，该中上部光源位于所述支架的中上部位置，该中下部光源设于该支架的中下部位置处，所述中上部光源和\或所述中下部光源与所述位姿控制平台的联合下可模拟出多个照明方案；

主摄像单元，设于所述支架上，位于所述位姿控制平台的上方，用于拍摄放置在所述承载台上的被测工件的图像；

第二摄像单元，设于所述支架上，提供对所述位姿控制平台侧视方向的拍摄。

2.如权利要求1所述的智能照明检测系统，其特征在于：所述承载台的六自由度运动时的初始位置所在水平面位于所述中上部光源与所述中下部光源的之间。

3.如权利要求1所述的智能照明检测系统，其特征在于：所述承载台的六自由度运动的升降运动范围向上不超过所述中上部光源所在的水平面，向下不超过所述中下部光源所在的水平面。

4.如权利要求1所述的智能照明检测系统，其特征在于：所述承载台的六自由度运动的倾斜运动使得所述承载台可部分超过所述中下部光源所在的水平面和\或所述中上部光源所在的水平面。

5.如权利要求1所述的智能照明检测系统，其特征在于：所述中下部光源和所述位姿控制平台的联合可为所述第二摄像单元模拟高角度照明方式。

6.如权利要求5所述的智能照明检测系统，其特征在于：所述第二摄像单元相对设置在所述位姿控制平台两侧的所述支架上。

7.如权利要求1所述的智能照明检测系统，其特征在于：所述照明单元还包括顶部光源，设于所述支架上，位于所述位姿控制平台及所述中上部光源的上方；该顶部光源、所述中上部光源和所述位姿控制平台的联合可为所述主摄像单元模拟无阴影高角度照明。

8.如权利要求1所述的智能照明检测系统，其特征在于：所述照明单元还包括底部光源，设于所述底座上，位于所述承载台及所述中下部光源的下方。

9.如权利要求1所述的智能照明检测系统，其特征在于：所述中上部光源和所述中下部光源上均设有弧形背板。

10.如权利要求1所述的智能照明检测系统，其特征在于：所述中部光源成对地设置在所述支架上，成对的所述中部光源相对地设置在所述位姿控制平台的两侧。