CN214749731U - 一种具备多种光路高速切换的分时线扫光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具备多种光路高速切换的分时线扫光源，其包括外壳、电路控制模块、发光模块和漫射板；所述外壳为一端具有开口的壳体结构，所述电路控制模块和发光模块均依次装设在开口的内部，所述漫射板对开口遮盖；所述发光模块的状态包括：全熄灭、竖状条纹光I、竖状条纹光II、横状条纹光I、横状条纹光II、横状条纹光III、竖状条纹光循环、横状条纹光循环和全循环；本实用新型主要解决对于打光复杂的视觉检测的场合中所存在结构占用空间大、硬件成本高、检测效率低和检测质量较差的问题，采用本光源可以将产品细微的缺陷检测出来，同时大幅节约硬件成本，大幅减少检测时间，还大幅缩小检测机构的体积。

Description

一种具备多种光路高速切换的分时线扫光源

技术领域

本实用新型涉及机器视觉瑕疵检测的光源领域，特别是涉及一种具备多种光路高速切换的分时线扫光源。

背景技术

现有技术中机器视觉系统在检测产品缺陷时，一个工位需要配置一台工业相机与对应的光源组合去进行产品缺陷的检测，在一些需要做多种检测的项目中，工序会增加变得复杂而繁琐，对应的机器因为需要组装多种光源与多种相机体积会变得更加的庞大，对于机器的成本与检测时间上的成本会相应的增加，另外现有的机器视觉照明光源比较单一，不能自由组合去切换检测的位置，对于一些细微的划痕或许检测不到，会导致带有瑕疵缺陷的产品流出到外面的市场。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供了一种具备多种光路高速切换的分时线扫光源，其主要解决对于打光复杂的视觉检测的场合中所存在结构占用空间大、硬件成本高、检测效率低和检测质量较差的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种具备多种光路高速切换的分时线扫光源，其包括外壳、电路控制模块、发光模块和漫射板；所述外壳为一端具有开口的壳体结构，所述电路控制模块和发光模块均依次装设在开口的内部，所述漫射板对所述开口进行遮盖，所述发光模块发出的灯光经过漫射板后散发到外界；所述电路控制模块控制发光模块的发光状态，所述发光模块的发光状态包括九种：全熄灭、竖状条纹光I、竖状条纹光II、横状条纹光I、横状条纹光II、横状条纹光III、竖状条纹光循环、横状条纹光循环以及全循环；所述竖状条纹光循环为竖状条纹光I和竖状条纹光II的循环切换；所述横状条纹光循环为横状条纹光I、横状条纹光II和横状条纹光III依次循环切换；所述全循环为竖状条纹光I、竖状条纹光II、横状条纹光I、横状条纹光II和横状条纹光III依次循环切换。

优选的，其还包括设置在外壳上且与电路控制模块通电连接的电源接口。

优选的，其还包括设置在外壳上且与外部电脑通讯连接的第一通讯接口。

优选的，其还包括设置在外壳上且与外部传感器通讯连接的第二通讯接口。

优选的，所述外壳的内部固定连接着安装板，所述发光模块固定在安装板上。

优选的，所述外壳由底板和围设在底板四周的若干块侧板所围成；所述电路控制模块固定在底板的内壁上，所述漫射板装设在若干块侧板的顶部且分别与若干块侧板固定连接，所述安装板固定在侧板的内壁上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本技术方案的光源的核心创新点在于：电路控制模块控制发光模块拥有九种发光状态，通过本光源和线扫相机的相互配合，可以逐行采集到待检测物体在多种曝光状态下的图像信息，进而可以将得出的图像的像素进行自由组合，便于将产品细微的缺陷检测出来，同时，采用本技术方案的光源，减少了繁琐的多工位检测工序，即待检测物体无需在多工位上进行移动，大幅节约了很多硬件成本，大幅减少检测时间，进而还大幅度缩小检测机构的空间体积。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的一种具备多种光路高速切换的分时线扫光源的结构示意图；

图2是本实用新型提供的一种具备多种光路高速切换的分时线扫光源的内部结构示意图；

图3是本实用新型提供的一种具备多种光路高速切换的分时线扫光源对待检测物体的每一行发出的竖状条纹光I的发光示意图；

图4是本实用新型提供的一种具备多种光路高速切换的分时线扫光源对待检测物体的每一行发出的竖状条纹光II的发光示意图；

图5是本实用新型提供的一种具备多种光路高速切换的分时线扫光源对待检测物体的每一行发出的横状条纹光I的发光示意图；

图6是本实用新型提供的一种具备多种光路高速切换的分时线扫光源对待检测物体的每一行发出的横状条纹光II的发光示意图；

图7是本实用新型提供的一种具备多种光路高速切换的分时线扫光源对待检测物体的每一行发出的横状条纹光III的发光示意图；

图8是本实用新型提供的一种具备多种光路高速切换的分时线扫光源和线扫相机共同配合采集完成的最终效果图的像素放大示意图；

图9是根据最终效果图拆分出来的第一张图像(竖条纹I)；

图10是根据最终效果图拆分出来的第二张图像(竖条纹II)；

图11是根据最终效果图拆分出来的第三张图像(横条纹I)；

图12是根据最终效果图拆分出来的第四张图像(横条纹II)；

图13是根据最终效果图拆分出来的第五张图像(横条纹III)；

图14是图9进行均匀化处理后的效果图；

图15是图10进行均匀化处理后的效果图；

图16是图11进行均匀化处理后的效果图；

图17是图13进行均匀化处理后的效果图；

图18是将图14和图15进行差分算法处理后的效果图；

图19是将图16和图17进行差分算法处理后的效果图；

图20是将图18经过预处理和斑点分析工具后检测出纵向凹凸不平缺陷的示意图；

图21是将图19经过预处理和斑点分析工具后检测出横向凹凸不平缺陷的示意图；

图22是将图9和图10在亮场环境下进行平均值运算后再用斑点分析工具检测出脏污缺陷的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1和图2，本实用新型提供了一种具备多种光路高速切换的分时线扫光源，其包括外壳1、电路控制模块2、发光模块3、漫射板4、电源接口5、第一通讯接口6、第二通讯接口7和安装板8。

其中外壳1为一端具有开口11的壳体结构，外壳1由底板11和围设在底板11四周的若干块侧板12所围成，电路控制模块2固定在底板11的内壁上，漫射板4装设在若干块侧板12的顶部且分别与若干块侧板12固定连接，漫射板4用于对开口11进行遮盖，安装板8固定在侧板12的内壁上。发光模块3固定在安装板8上，发光模块3发出的灯光经过漫射板4后散发到外界。电源接口5设置在外壳1上且与电路控制模块2通电连接，第一通讯接口6设置在外壳1上且与外部电脑通讯连接，第二通讯接口7设置在外壳1上且与外部传感器通讯连接。

其中电路控制模块2控制发光模块3的发光状态，发光模块3的发光状态包括九种：全熄灭、竖状条纹光I(如图3所示)、竖状条纹光II(如图4所示)、横状条纹光I(如图5所示)、横状条纹光II(如图6所示)、横状条纹光III(如图7所示)、竖状条纹光循环、横状条纹光循环以及全循环。竖状条纹光循环为竖状条纹光I和竖状条纹光II的循环切换，采用竖状条纹光循环时，可以检测到所有纵向布置的凹凸不平(如折痕、压痕或凹坑等等)。横状条纹光循环为横状条纹光I、横状条纹光II和横状条纹光III依次循环切换，采用横状条纹光循环时，可以检测到所有横向布置的凹凸不平(如折痕、压痕或凹坑等等)。所述全循环为竖状条纹光I、竖状条纹光II、横状条纹光I、横状条纹光II和横状条纹光III依次循环切换，采用全循环时，可以检测到所有的凹凸不平(如折痕、压痕或凹坑等等)。打光检测凹凸不平瑕疵的原理在于：在产品表面产生镜面反射，从而压痕折痕划伤等凹凸不平的缺陷在条纹光斑亮暗交界处效果明显。这里需要说明的是，竖状条纹光I、竖状条纹光II、横状条纹光I、横状条纹光II和横状条纹光III均包括至少一条亮条纹111，而亮条纹111的数量是由待检测物体上凹凸不平瑕疵的密集程度来决定的，以下通过一个案例来具体描述本光源的使用过程：

以待检测物体的表面既具有横向凹凸不平的瑕疵缺陷又具有纵向凹凸不平的瑕疵缺陷还具有脏污缺陷为例，而且待检测物体的表面是具有反光特性的。以上所说的凹凸不平瑕疵缺陷包括折痕、压痕或凹坑等等。具体步骤如下：

S1、打光和采集图像：先布置好线扫相机和本光源，采用本光源对待检测物体逐行进行5次曝光，并用线扫相机逐行采集待检测物体每次曝光时的图像信息，以此获得一张待检测物体具有N行像素且拉伸了五倍的最终效果图(请参考图8)。

其中本光源对待检测物体逐行曝光的具体细节为：请参考图3-图7，本光源对待检测物体的每一行通过高速切换发出五组条纹光路11(即本光源的发光处于全循环状态)。具体而言，其中图3展示出的竖状条纹光I中每条的亮条纹111和图4展示出的竖状条纹光II中每条的亮条纹111的长度方向都相同，都指向纵向凹凸不平瑕疵的长度方向。这里需要说明的是，每一组条纹光路11中亮条纹111的数量是由待检测物体上凹凸不平瑕疵的密集程度来决定的，因为本实施例中待检测物体上纵向凹凸不平的瑕疵比较密集，所以图3所示的竖状条纹光I和图4所示的竖状条纹光II发光的亮条纹111都比较多。其中图5展示出的横状条纹光I中每条的亮条纹111、图6展示出的横状条纹光II中每条的亮条纹111和图7展示出的横状条纹光III中每条的亮条纹111的长度方向都相同，都指向横向凹凸不平的瑕疵缺陷的长度方向，而由于待检测物体上横向凹凸不平的瑕疵没有过于密集，所以图5所示的横状条纹光I、图6所示的横状条纹光II和图7所示的横状条纹光III发光的亮条纹111都只有一条。此处需要强调的是，图6所示的横状条纹光II起到同轴光的作用，其目的一方面是为后续检测脏污缺陷提供一个亮场的环境，另一方面便于调试本光源和线扫相机之间的相对位置，确保安装位置准确。所以，对于后续检测出凹凸不平的瑕疵来说，作为同轴光的横状条纹光II中发光的亮条纹111的长度方向是不限制的，但是作为同轴光的横状条纹光II发光的长度方向最好布置在横向凹凸不平缺陷分布较少的方向上(即与图5所示的横状条纹光I和图7所示的横状条纹光III发光的长度方向相同)，若横状条纹光II光的长度方向布置在分布较为密集的纵向凹凸不平瑕疵的长度方向上，在后续检测时可能会导致漏掉部分纵向凹凸不平的瑕疵没有检测出来。

S2、将步骤S1中的最终效果图拆分成五张图像：将待检测物体每一行曝光出同种条纹光路11的每一行像素依次抽取出来，通过图片合成得到K张图像。

具体而言，从图8所示的最终效果图中的第1行像素开始、每隔4行抽取出下一行(即第6行、第11行、......、第1+5N*行)的像素，进而依次合成图9所示的第一张图像；从图8所示的最终效果图中的第2行像素开始，每隔4行抽取出下一行(即第7行、第12行、......、第2+5N*行)的像素，进而依次合成图10所示的第二张图像；从图8所示的最终效果图中的第3行像素开始，每隔4行抽取出下一行(即第8行、第13行、......、第3+5N*行)的像素，进而依次合成图11所示的第三张图像；从图8所示的最终效果图中的第4行像素开始，每隔4行抽取出下一行(即第9行、第14行、......、第4+5N*行)的像素，进而依次合成图12所示的第四张图像；从图8所示的最终效果图中的第5行像素开始，每隔4行抽取出下一行(即第10行、第15行、......、第5+5N*行)的像素，进而依次合成图13所示的第五张图像。此时相当于得到了待检测物体整体被5组条纹光路11依次曝光的五张图像，即通过本步骤S2的方法，图9所示的图像相当于由图3所示的竖状条纹光I对待检测物体整体进行打光拍摄而获得，图10所示的图像相当于由图4所示的竖状条纹光II对待检测物体整体进行打光拍摄而获得，图11所示的图像相当于由图5所示的横状条纹光I对待检测物体整体进行打光拍摄而获得，图12所示的图像相当于由图6所示的横状条纹光II对待检测物体整体进行打光拍摄而获得，图13所示的图像相当于由图7所示的横状条纹光III对待检测物体整体进行打光拍摄而获得。之所以不用面阵相机对待检测物体的整体直接拍五次，是因为面阵相机拍照的响应速度太慢了，面阵相机的响应速度无法跟上本技术方案光源的切换速度。

S3、瑕疵检测：将步骤S2得出五张图像中抽取出两对亮条纹111长度方向一致的图像组，即抽取出图9所示的竖状条纹光I和图10所示的竖状条纹光II作为第一对图像组，抽取出图11所示横状条纹光I和图13所示的横状条纹光III作为第二对图像组。为了便于说明，把图9所示的第一张图像命名为“竖条纹I”，把图10所示的第二张图像命名为“竖条纹II”，把图11所示的第三张图像命名为“横条纹I”，把图13所示的第五张图像命名为“横条纹IIII”。

基于暗场的环境下，分别对“竖条纹I”、“竖条纹II”、“横条纹I”和“横条纹III”进行均匀化处理，如图14所示为“竖条纹I”均匀化处理后的效果图I，如图15所示为“竖条纹II”均匀化处理后的效果图II，如图16所示为“横条纹I”均匀化处理后的效果图III，如图17所示为“横条纹III”均匀化处理后的效果图IV，紧着接将“效果图I”和“效果图II”进行差分算法处理，得到如图18所示的“效果图V”，将“效果图III”和“效果图IV”进行差分算法处理，得到如图19所示的“效果图VI”，进而对“效果图V”和“效果图VI”分别进行预处理(例如依次使用亮度调节、膨胀、腐蚀和图像增强的算法工具)后，将凹凸不平的瑕疵缺陷明细地呈现出来，最后分别用斑点分析工具，设定检测缺陷的面积等参数，可以检测到凹凸不平的位置及大小，如图20所示为“效果图V”经过预处理和斑点分析工具后检测出纵向凹凸不平的缺陷的示意图，如图21所示为“效果图VI”经过预处理和斑点分析工具后检测出横向凹凸不平的缺陷的示意图。

另外，本实施例还需要对待检测物体进行脏污检测：将亮条纹111长度方向一致的图像组“竖条纹I”(图9所示)和“竖条纹II”(图10所示)抽取出来，基于亮场的环境下，将该对图像组中的两张图像进行平均值的图像运算，再用斑点分析工具，设定检测缺陷的面积等参数，将待检测物体中的脏污瑕疵显示出来，如图22所示为检测出来的脏污瑕疵。当然，选用“横条纹I”和“横条纹III”并进行平均值的图像运算，再用斑点分析工具，也是可以将脏污瑕疵检测出来的。

至此，表面反光的物体上所有横向凹凸不平的瑕疵缺陷、所有纵向凹凸不平的瑕疵缺陷以及所有脏污缺陷都被检测出来，本技术方案的光源的核心创新点在于：电路控制模块控制发光模块拥有九种发光状态，通过本光源和线扫相机的相互配合，可以逐行采集到待检测物体在多种曝光状态下的图像信息，进而可以将得出的图像的像素进行自由组合，便于将产品细微的缺陷检测出来，同时，采用本技术方案的光源，减少了繁琐的多工位检测工序，即待检测物体无需在多工位上进行移动，大幅节约了很多硬件成本，大幅减少检测时间，进而还大幅度缩小检测机构的空间体积。

另外，在步骤S1中本光源对待检测物体逐行可以只进行四次曝光，原因是待检测物体的表面没有脏污缺陷，因此此时对物体进行曝光时可以省去图6所示的横状条纹光II。其次，在步骤S1中本光源对待检测物体逐行也可以只进行三次曝光，原因是待检测物体的表面除了有脏污缺陷外，还有纵向设置的凹凸不平的缺陷或横向设置的凹凸不平的缺陷中的其中一种，例如，物体表面只有横向设置的凹凸不平的缺陷和脏污缺陷，没有纵向设置的凹凸不平的缺陷，因此此时对物体进行曝光时可以省去图3所示的竖状条纹光I和图4所示的竖状条纹光II。当然，在步骤S1中本光源对待检测物体也可以逐行只进行两次曝光，原因是待检测物体的表面只有纵向设置的凹凸不平的缺陷或只有横向设置的凹凸不平的缺陷，没有脏污缺陷，例如，物体表面只有纵向设置的凹凸不平的缺陷，因此此时对物体进行曝光时可以省去图5所示的横状条纹光I、图6所示的横状条纹光II和图7所示的横状条纹光III。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具备多种光路高速切换的分时线扫光源，其特征在于，其包括外壳(1)、电路控制模块(2)、发光模块(3)和漫射板(4)；

所述外壳(1)为一端具有开口(11)的壳体结构，所述电路控制模块(2)和发光模块(3)均依次装设在开口(11)的内部，所述漫射板(4)对所述开口(11)进行遮盖，所述发光模块(3)发出的灯光经过漫射板(4)后散发到外界；

所述电路控制模块(2)控制发光模块(3)的发光状态，所述发光模块(3)的发光状态包括九种：全熄灭、竖状条纹光I、竖状条纹光II、横状条纹光I、横状条纹光II、横状条纹光III、竖状条纹光循环、横状条纹光循环以及全循环；

所述竖状条纹光循环为竖状条纹光I和竖状条纹光II的循环切换；

所述横状条纹光循环为横状条纹光I、横状条纹光II和横状条纹光III依次循环切换；

所述全循环为竖状条纹光I、竖状条纹光II、横状条纹光I、横状条纹光II和横状条纹光III依次循环切换。

2.根据权利要求1所述的一种具备多种光路高速切换的分时线扫光源，其特征在于，其还包括设置在外壳(1)上且与电路控制模块(2)通电连接的电源接口(5)。

3.根据权利要求1所述的一种具备多种光路高速切换的分时线扫光源，其特征在于，其还包括设置在外壳(1)上且与外部电脑通讯连接的第一通讯接口(6)。

4.根据权利要求1所述的一种具备多种光路高速切换的分时线扫光源，其特征在于，其还包括设置在外壳(1)上且与外部传感器通讯连接的第二通讯接口(7)。

5.根据权利要求1所述的一种具备多种光路高速切换的分时线扫光源，其特征在于，所述外壳(1)的内部固定连接着安装板(8)，所述发光模块(3)固定在安装板(8)上。

6.根据权利要求5所述的一种具备多种光路高速切换的分时线扫光源，其特征在于，所述外壳(1)由底板(11)和围设在底板(11)四周的若干块侧板(12)所围成；

所述电路控制模块(2)固定在底板(11)的内壁上，所述漫射板(4)装设在若干块侧板(12)的顶部且分别与若干块侧板(12)固定连接，所述安装板(8)固定在侧板(12)的内壁上。

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