CN211505261U - 基于近场均匀照明纸病检测的可调节式检测光源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于近场均匀照明纸病检测的可调节式检测光源装置，包括设于被检测纸张下方的支撑横杆，沿支撑横杆的杆长分别设有滑轨和齿条，滑轨上滑动连接有多个灯座，各灯座上均设有一LED灯，各灯座上还分别固定有一步进电机，各步进电机的输出轴上均轴连接一齿轮，各齿轮均与齿条相啮合，各灯座的右侧壁上均设置一用于测量该灯座和其右侧相邻灯座之间间距的测距模块；各LED灯还分别与一输出电压可变的供电模块电连接，各供电模块分别与供电电源电连接并与控制器信号连接；控制器还与各步进电机、测距模块以及触摸设置屏信号连接。本实用新型能够根据检测需要方便的调节各LED灯的功率以及LED灯的间距。

Description

基于近场均匀照明纸病检测的可调节式检测光源装置

技术领域

本实用新型涉及工业生产中的纸张质量检测设备领域，具体涉及一种基于近场均匀照明纸病检测的可调节式检测光源装置。

背景技术

纸病是指在纸张的生产过程中，由于生产工艺造成的纸张上出现的缺陷或瑕疵，这些缺陷会影响纸张的质量。纸病检测的主要作用是提前发现纸病的存在并进行标记，以便在纸张复卷时及时将有纸病的区域去除。

使用光源优化的纸病检测技术(如基于近场均匀照明的纸病检测方法、基于菌群算法的纸病检测方法等)均以被检测纸病图像灰度的均匀度为优化目标，在拟合LED点光源照度分布函数的基础上，利用菌群算法对光源系统参数进行寻优运算，并根据寻优结果对光源系统进行结构优化，同时对各LED点光源进行功率控制。由于在纸病检测系统中存在线性LED光源照射效果不均匀且功率控制电路需要根据图像灰度值进行改变的问题，而检测光源的各LED灯珠的位置不是灵活可调的，且灯珠自身功率也是不变的，因此需多次动态调节LED灯珠的位置和电源功率，操作繁琐。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术中存在的问题，提供一种基于近场均匀照明纸病检测的可调节式检测光源装置，能够根据检测需要方便的调节各LED灯的功率以及LED灯的间距。

本实用新型的技术方案是：基于近场均匀照明纸病检测的可调节式检测光源装置，包括设于被检测纸张下方的支撑横杆，沿所述支撑横杆的杆长分别设有滑轨和齿条，滑轨上滑动连接有多个灯座，各灯座上均设有一用于纸病检测照明的LED灯，各灯座上还分别固定有一步进电机，各步进电机的输出轴上均轴连接一齿轮，各齿轮均与所述齿条相啮合，各灯座的右侧壁上均设置一用于测量该灯座和其右侧相邻灯座之间间距的测距模块；各LED灯分别与一输出电压可变的供电模块电连接，各供电模块分别与供电电源电连接并与控制器信号连接，通过所述控制器控制各电源模块向对应的LED灯的供电电压，从而改变加载在对应LED灯上的电压值；控制器还与各步进电机、测距模块以及触摸设置屏信号连接。

上述测距模块是红外线测距模块或位移传感器。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的检测光源装置能够配合基于近场均匀照明的纸病检测方法更方便更智能的实现对各LED灯的功率以及LED灯间距的调节。

附图说明

图1是本实用新型的详细电系统连接框图；

图2为本实用新型应用于整个近场均匀照明的纸病检测系统的结构示意图；

图3是整个近场均匀照明的纸病检测系统的电系统连接框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

参见图1、图2以及图3，本实用新型应用于近场均匀照明的纸病检测系统，整个纸病检测系统包括设于被检测纸张10上方的CCD相机11，CCD相机11与升降机构3连接，升降机构3用于调节CCD相机到检测纸面的高度h，升降机构3固定于架体1上，CCD相机11具体通过连接架17与升降机构3连接，被检测纸张10通过纸张传送机构在检测的过程中向前移动；本实用新型的主体设于被检测纸张10的下方，本实用新型的结构包括：设于被检测纸张10下方的支撑横杆2，沿支撑横杆2的杆长分别设有滑轨13和齿条4，滑轨13上滑动连接有多个灯座6，各灯座6上均设有一用于纸病检测照明的LED灯5，各灯座6上还分别固定有一步进电机8，各步进电机8的输出轴上均轴连接一齿轮9，各齿轮9均与所述齿条4相啮合，各灯座6的右侧壁上均设置一用于测量该灯座6和其右侧相邻灯座6之间间距的测距模块7，测距模块7是红外线测距模块或位移传感器；各LED灯5分别与一输出电压可变的供电模块电连接，各供电模块分别与供电电源15电连接并与控制器14信号连接，通过所述控制器14控制各电源模块向对应的LED灯5的供电电压，从而改变加载在对应LED灯5上的电压值；控制器14还与各步进电机8、测距模块7以及触摸设置屏18信号连接。

本实用新型对LED灯的间距及功率的调整工作过程为：控制器14根据向触摸设置屏18所输入的灯珠间距d的数值，控制中间LED灯5-0右侧的右一LED灯5-1、右二LED灯5-2直至右n LED灯5-n各自所在的灯座6上的步进电机8依次进行转动，从而依次调整中间LED灯5-0及其右侧各LED灯5之间的间距，使各相邻LED灯5之间的间距等于所输入的灯珠间距d，其中中间LED灯5-0在整个调整的过程中位置保持不变，在调整过程中，各LED灯5所在的灯座6上的测距模块7用于实时检测其与右侧相邻的LED灯5之间的间距，当该间距数据等于所输入的灯珠间距d时，所述控制器14控制该右侧相邻的LED灯5所在的灯座6上的步进电机8停止转动(上述字母n为LED灯的总数量减去1后再除以2)，从而使得该右侧相邻的LED灯5停止移动；在调整过程中，控制器14也同时依次控制中间LED灯5-0左侧的左一LED灯5-1’、左二LED灯5-2’直至左n LED灯5-n’各自所在的灯座6上的步进电机8进行转动，从而依次调整中间LED灯5-0及其左侧各LED灯5之间的间距，使各相邻LED灯5之间的间距等于所输入的灯珠间距d，在该调整过程中，中间LED灯5-0左侧的各LED灯5所在的灯座6上的测距模块7用于实时检测其与右侧相邻的LED灯5之间的间距，当该间距数据等于所输入的灯珠间距d时，控制器14控制该LED灯5所在的灯座6上的步进电机8停止转动，从而使得该LED灯5停止移动；上述LED灯位置调整过程即：保持中间LED灯5-0的位置不变，以中间LED灯5-0为中心，依次调整逐渐远离中间LED灯5-0的各LED灯的间距，最终使各LED灯之间的间距符合所需的灯珠间距d。

在LED灯功率调整方面，控制器14根据向触摸设置屏18所输入的对应于各LED灯5的实际总功率Wn，分别控制对应于各LED灯的电源模块的输出电压，从而达到对各LED灯所施加电压的变化，实现调节各LED灯的功率的目的，使得各LED灯5的功率最终满足相应的实际总功率Wn，其中各电源模块的总供电通过供电电源提供。控制器可采用型号为STC89C51的单片机。

本实用新型提供的基于近场均匀照明纸病检测的可调节式检测光源装置能够应用于使用光源优化的纸病检测技术，例如能够应用于基于近场均匀照明的纸病检测方法、基于菌群算法的纸病检测方法等，方便的实现检测中所需的多次调整光源的操作。

在纸病检测中，纸张做为二次光源，属于漫反射，并非所有灯珠发出的光线都垂直于相机,中间位置的灯珠发出的光线大部分垂直进入相机，其余位置的灯珠发出的光线只有一部分通过漫反射以不同角度进入相机。纸病检测中采用CCD相机作为图像的获取设备，只能被动的接收光源射来的光线，由于被检测面横向上跨度较大，射向CCD相机的光线会出现从中间向两端依次递减的情况，进而会导致图像出现中间亮两端暗的灰度不均匀现象。均匀的二次光源主要从线阵相机的正下方，垂直于检测面向上发射光线，中间位置的灯珠射向相机的光通量明显比第n个灯珠光线漫反射到相机方向的光通量要强。为了解决这个问题，本实用新型中所提及的基于近场均匀照明的纸病检测方法通过增加远端方向灯珠的功率来实现远端光通量的增加，并根据其余位置灯珠的光线进入相机的光通量，调整其余位置的灯珠功率，以使其通过光线漫反射进入相机的光通量增大，最终达到纸张两端的灰度值和纸张中间的灰度值接近，提高相机所拍纸张图像的灰度均匀度，最终提高纸张的成像质量，使纸病的检测更加准确。

本实用新型中所提及的基于近场均匀照明的纸病检测方法，包括如下步骤：

1)根据斯派罗法则，计算灯珠间距

其中z为灯珠到被检测纸张的垂直距离，m是一个与发光区域和封装透镜的曲率中心之间的距离有关系的值，为给定值，此处m取值为1；

2)根据公式计算第n个灯珠垂直于被检测纸面的方向与该灯珠指向相机的方向之间的夹角α，该夹角α即为检测光线从被检测纸面经过漫反射到相机的光线夹角；

α＝90°-artg(h/(n*d))

该式中，h为相机到检测纸面的高度；第n个灯珠为以中间位置灯珠为起始点，依次远离中间位置灯珠的灯珠编号，例如中间位置灯珠左右两侧与其相邻的灯珠的编号n均为1，中间位置灯珠左右两侧的与其间隔一个灯珠的灯珠的编号n均为2，依次类推，与中间位置灯珠距离越远的灯珠标号越大，且中间位置灯珠左右两侧灯珠的编号是对称的；

3)根据实验证明，图像灰度均匀度的变化与灯珠的光通量有直接关系，灯珠的光通量又与灯珠功率有直接关系；中间位置灯珠的功率W与第n个灯珠漫反射到相机方向的功率越接近，中间位置的灯珠射向相机的光通量和第n个灯珠漫反射到相机方向的光通量越接近，与中间位置灯珠对应的纸张图像灰度值和第n个灯珠位置对应的纸张图像灰度值的关系越接近。第n个位置的灯珠功率越大，其光通量越大，其通过漫反射到相机方向的光通量越大，其灰度值越大。第n个灯珠处射向相机的光线为Wn*cos(α)，又因为α＝90°-artg(h/(n*d))，第n个灯珠的总功率为经验公式：

式中W表示灯珠的额定功率，也即中间位置的灯珠功率，Wn表示第n个灯珠的实际总功率，t为权重系数。当前实验环境下，若纸张到相机的距离为h＝65cm，将高度h带入公式，可得W1…W10的值。其中第n个灯珠需要增加的功率为

第n个灯珠光线漫反射到相机的功率为W。

4)调升各灯珠的实际总功率使其满足步骤3)中所计算出的Wn值，从而在各灯珠满足实际总功率为Wn值的条件下进行纸病检测。

上述公式中的权重系数t的确定方法包括以下步骤：

a、首先从区间[1.000，0.001]中，从大至小依次选取若干值作为初始t值，然后通过上述公式计算在各初始t值下各个灯珠的功率Wn；

b、在步骤a的各初始t值下，调整各灯珠的实际功率，使各灯珠的实际功率等于各初始t值时计算的对应的Wn值，再对纸张进行各初始t值下灰度均匀度的测试；

c、灰度均匀度测试：首先以图像的列为单位，将该列像素的灰度值相加求和，然后除以该列总的像素数量，得到该列的灰度平均值；分别对每列进行计算得到各个列的灰度平均值；然后在各个列的灰度平均值中，选出最大灰度平均值和最小灰度平均值，用最小灰度平均值除以最大灰度平均值，即可得灰度均匀度的百分比，该百分比越大，灰度均匀度效果越好(纸张图像的灰度均匀度只会接近1)；

d、对各不同的t值下的灰度均匀度测试后(即权值1.000到0.001区间内对应于各t值的灰度均匀度)，选出灰度均匀度最大值对应的初始t值，则将该初始t值作为最终的用于(2)式中的权重系数t值，后续对各灯珠的Wn值进行调整时，该权重系数t值作为常数将保持不变，当更换灯珠类型时，需按上述步骤重新确定权重系数t值。

上述选取t规律就是通过试验进行，即从1.000开始，到0.001结束，实际上可以从1.00开始到0.01结束即可，实验发现，通常t为0.07-0.08的时候，灰度均匀度大于95％，所以主要从0.07-0.08的区间进行特别选取进行试验(在该区间对t值的选取可增加一定的选取密度)。

本实用新型能够配合上述基于近场均匀照明的纸病检测方法更方便更智能的实现对各LED灯的功率以及LED灯间距的调节控制。

以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.基于近场均匀照明纸病检测的可调节式检测光源装置，包括设于被检测纸张（10）下方的支撑横杆（2），其特征在于，沿所述支撑横杆（2）的杆长分别设有滑轨（13）和齿条（4），滑轨（13）上滑动连接有多个灯座（6），各灯座（6）上均设有一用于纸病检测照明的LED灯（5），各灯座（6）上还分别固定有一步进电机（8），各步进电机（8）的输出轴上均轴连接一齿轮（9），各齿轮（9）均与所述齿条（4）相啮合，各灯座（6）的右侧壁上均设置一用于测量该灯座（6）和其右侧相邻灯座（6）之间间距的测距模块（7）；各LED灯（5）分别与一输出电压可变的供电模块电连接，各供电模块分别与供电电源（15）电连接并与控制器（14）信号连接，通过所述控制器（14）控制各电源模块向对应的LED灯（5）的供电电压，从而改变加载在对应LED灯（5）上的电压值；控制器（14）还与各步进电机（8）、测距模块（7）以及触摸设置屏（18）信号连接。

2.如权利要求1所述的基于近场均匀照明纸病检测的可调节式检测光源装置，其特征在于，所述测距模块（7）是红外线测距模块或位移传感器。

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