CN216351638U - 电可控偏振光源系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种电可控偏振光源系统。本实用新型能够实现自适应地根据当前被测物表面的光线反射情况调整自身系统结构,从而灵活适应不同的被测物,提高机器视觉系统检测效率。上述电可控偏振光源系统包括:环形光源、液晶片组和偏振控制单元;其中,环形光源和液晶片组依次排布于摄像头与被测物之间;所述液晶片组包括环形液晶片和圆形液晶片;所述环形液晶片,用于在所述偏振控制单元的控制下引导所述环形光源发出的光线照射至所述被测物;所述圆形液晶片,用于在所述偏振控制单元的控制下将所述被测物反射的光线引导至所述摄像头。

Description

电可控偏振光源系统
技术领域
本实用新型涉及光学技术领域,特别是涉及一种电可控偏振光源系统。
背景技术
在工业器件检测过程中,需要通过机器视觉对流水线上的制成品实施自动检测。机器视觉的主要过程是通过工业摄像头在流水线上方获取制成品的图像,根据当前图像与样本图像的对比获得检测结果。但在具体应用过程中发现,由于被检工件表面上的喷漆、镀膜、玻璃覆盖层、包装膜或其他反光材质的影响,工业摄像头无法顺利采集到符合检测标准的工件图像。例如受环境光线的影响导致获取的图像的对比度较低或关键细节特征无法完整呈现,进而导致机器视觉检测系统中误检、误判的现象时有发生,使得检测结果不稳定、精度低,甚至是输出错误的检测结果。
为了解决由于反光带来的检测结果不准的问题,目前普遍利用光的偏振特性改进机器视觉系统。例如,目前普遍使用的偏振片是利用人工方法制成的薄膜,是用特殊方法使选择性吸收很强的微粒晶体在透明胶层中作有规则排列而制成的,它允许透过某一矢量振动方向的光(此方向称为偏振化方向),而吸收与其垂直振动的光,即具有二向性.因此自然光通过偏振片后,透射光基本上成为平面偏振光。通过调节两个偏振片的相对方向可以过滤掉某些强反光,提高机器视觉系统的检测准确率。
然而,上述方法由于得到的偏振光的偏振方向固定,其使用场景具有局限性,需要现场人工调试偏振方向以适应不同的检测内容,因此工序复杂,使得机器视觉系统检测效率不够高。
实用新型内容
基于此,有必要针对目前的机器视觉系统偏振方向无法灵活调整的问题,提供一种电可控偏振光源系统。
一种电可控偏振光源系统,包括:环形光源、液晶片组和偏振控制单元;其中,
所述环形光源和所述液晶片组依次排布于摄像头与被测物之间;
所述液晶片组包括环形液晶片和圆形液晶片;所述环形液晶片,用于在所述偏振控制单元的控制下引导所述环形光源发出的光线照射至所述被测物;所述圆形液晶片,用于在所述偏振控制单元的控制下将所述被测物反射的光线引导至所述摄像头。
上述电可控偏振光源系统,通过偏振控制单元改变液晶片组中的环形液晶片与圆形液晶片之间的位置、角度,能够实现自适应地根据当前被测物表面的光线反射情况调整自身系统结构,从而灵活适应不同的被测物,提高机器视觉系统检测效率。
在其中一个实施例中,所述摄像头位于所述被测物上方。
在其中一个实施例中,所述偏振控制单元通过接口电路分别与所述环形液晶片和所述圆形液晶片相连,用于分别控制所述环形液晶片中的液晶阵列和所述圆形液晶片中的液晶阵列的排列方式。
上述实施例,通过偏振控制单元控制液晶排列方式,利用液晶的偏振电控特性,借助机器视觉技术,通过软件算法实现光源偏振自动化。
在其中一个实施例中,所述环形光源的尺寸与所述环形液晶片的尺寸相同。
在其中一个实施例中,所述圆形液晶片的尺寸与所述环形液晶片的内环尺寸匹配。
在其中一个实施例中,所述圆形液晶片与所述环形液晶片的圆心同轴设置。
上述实施例,通过环形液晶片与圆形液晶片的圆心同轴设置,能够保证环形液晶片与圆形液晶片在改变位置(包括与被测物之间距离和自身偏转角度)的同时,保证被测物表面的反射光能够通过圆形偏振片到达光学摄像头。
在其中一个实施例中,所述圆形液晶片与所述环形液晶片的圆心重合。
在其中一个实施例中,所述环形光源为位姿可调的环形光源。
在其中一个实施例中,所述环形液晶片为位姿可调的环形液晶片。
在其中一个实施例中,所述圆形液晶片为位姿可调的圆形液晶片。
附图说明
图1为一个实施例中电可控偏振光源系统的结构示意图;
图2为另一实施例中液晶片组的位置关系示意图;
图3为又一实施例中液晶片组的位置关系示意图;
图4为一实施例中环形光源的位置关系示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及具体实施方式,对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用以解释本实用新型,并不限定本实用新型的保护范围。
在一个实施例中,提供了一种电可控偏振光源系统,该系统的结构示意图如图1所示。该电可控偏振光源系统包括:环形光源102、液晶片组103和偏振控制单元104;还包括一光学摄像头101,其中,所述环形光,102和所述液晶片组103依次排布于摄像头101与被测物之间;上述液晶片组103包括环形液晶片1031和圆形液晶片1032;所述环形液晶片1031,用于在所述偏振控制单元的控制下引导所述环形光源发出的光线照射至所述被测物;所述圆形液晶片1032,用于在所述偏振控制单元的控制下将所述被测物反射的光线引导至所述摄像头。
具体地,摄像头位于被测物上方,以保证能够获取被测物表面图像。环形光源是机器视觉领域中常用的光源,顾名思义,就是一圈光,通常由LED或荧光灯点亮,一般来说,它们有12英寸、14英寸和18英寸的尺寸,但本文对环形光源的尺寸不作限制。在实际应用过程中,可将光学摄像头的镜片中心置于该环形光源的光圈中心,该环形光源可由灯座和支柱支撑,且光圈可沿灯座支柱上下移动,以调整与光学摄像头或与被测物表面之间的距离。环形光源能够使得摄像头位于光圈中心,这样就可以得到无阴影的光线环境。并且环形光源能够为被测物提供多个角度的照射,能突出物体的三维信息,有效解决对角照射阴影问题。
液晶是以液体形式存在的晶体,具有液体的流动性,有具有类似晶体的各向异相性。大多数液晶的分子为细长的棒状结构。由于是液态,因此液晶很容易受外界条件影响而产生变化,在不同的电压驱动下,液晶的排列方式可以发生变化,从而表现出不同的物理光学特性,例如可以变得规则排列或不规则排列,也可以变得透明或者不透明。
液晶片是将液晶材料夹在两个玻璃基片之间,并对四周进行密封处理后构造的液晶片。通常还需要对基片的内表面进行适当地处理,以便影响液晶分子的排列。为了对液晶施加电场,通常还需要在两个玻璃基片的内侧镀上一层透明电极。当施加电压时,液晶分子长轴方向会旋转不同的角度,液晶片中包括多层液晶分子,相邻层分子的取向逐渐转动一个角度,从而形成一种被称为扭曲向列的排列方式,这种扭曲角度是人为可控的,扭曲排列的液晶会使入射的线偏振光的偏振方向顺着分子的扭曲方向旋转,改变入射光的偏振方向。
上述液晶片组包括环形液晶片和圆形液晶片,其中环形液晶片的尺寸与上述环形光源的尺寸相同,且位于环形光源与被测物之间,以保证环形光源发出的光线能够通过环形液晶片后再照射到被测物表面,由于环形液晶片中包含一定排列方式的液晶晶体,环形光源发出的光线经过环形液晶片后改变了偏振态,得到了第一偏振光,这样可以滤除不需要的偏振光。第一偏振光照射到被测物表面后经过被测物反射后得到反射光,反射光的偏振态与上述第一偏振光的偏振态相同,因此镜面反射不会改变光的偏振方向。反射光再经过圆形液晶片后得到了第二偏振光,第二偏振光到达光学摄像头后成像,能够消除影响成像质量的光线,获得更佳的成像质量,呈现被测物表面更多的细节特征。其中,偏振控制单元通过内置的数字电路分别驱动上述环形液晶片和圆形液晶片中的液晶排列方式,可根据实际需要自适应地调整液晶排列方式,实现灵活控制。
上述实施例,通过液晶片组的组合,能够实现任意角度的偏振光组合,达到更加灵活的被测物反光的消光方案,从而获得更佳的图像质量,与人工调整偏振方向相比,能够提高机器视觉系统的检测效率。
在一实施例中,上述偏振控制单元通过接口电路分别与所述环形液晶片和所述圆形液晶片相连,用于分别控制所述环形液晶片中的液晶阵列和所述圆形液晶片中的液晶阵列的排列方式。通常可以利用液晶的电光特性
具体地,偏振控制单元中具有芯片和数字电路,能够通过机器视觉算法,为液晶晶体添加电压信号,以驱动液晶改变角度,进而改变液晶片的偏振方向。
可选地,偏振控制单元还通过电路连接环形液晶片和圆形液晶片的机械控制装置,通过机械控制装置改变环形液晶片与圆形液晶片的偏转角度、距离(指的是离被测物表面的距离)。
上述实施例,通过偏振控制单元控制液晶排列方式,利用液晶的偏振电控特性,借助机器视觉技术,通过软件算法实现光源偏振自动化。
在一实施例中,上述环形光源的尺寸与所述环形液晶片的尺寸相同,用于保证环形光源的出射光线能够全部通过环形液晶片改变偏振方向。
在一实施例中,上述圆形液晶片的尺寸与上述环形液晶片的内环尺寸匹配。
具体地,圆形液晶片的尺寸可以与环形液晶片的尺寸相同,以保证被测物反射光全部被圆形液晶片改变偏振方向后进入光学摄像头成像。
在一实施例中,上述圆形液晶片与环形液晶片的圆心同轴设置。如图2所示,图2展示了另一实施例中液晶片组的位置关系示意图,其中,圆形液晶片与环形液晶片的圆心同轴设置,圆形液晶片与环形液晶片可沿支柱上下移动,用于改变自身与被物侧之间的距离,或者改变自身与光学摄像头之间的距离。环形液晶片所在平面与圆形液晶片所在平面平行时,可以不在同一个平面上。
在一实施例中,上述圆形液晶片与环形液晶片的圆心重合。如图3所示,图3为又一实施例中液晶片组的位置关系示意图,其中,圆形液晶片与环形液晶片的圆心重合,也就是说,当环形液晶片所在平面与圆形液晶片所在平面平行时,二者所在平面是共面的,这样可以保证二者同时沿支柱移动。
上述实施例,通过将圆形液晶片与环形液晶片的圆心重合设置,保证二者可同步移动,有利于同步改变二者与被测物表面之间的距离。
在一实施例中,如图4所示,图4展示了环形光源的位置关系示意图;其中,环形光源为位姿可调的环形光源。
其中,位姿是指位置和姿态,位置在本申请中指环形光源与被测物之间的距离,姿态是指环形光源的偏转角,即环形光源所在平面与水平面之间的夹角。
具体地,环形光源的位姿可调,在图4中,环形光源通过一可旋转质点连接在支柱上,支柱设置于底座上。环形光源可沿支柱上下移动,以此来改变自身与被测物之间的距离。另外,环形光源的姿态也可自适应地改变,例如当需要检测一个多面体的不同面时,可通过软件算法控制环形光源改变姿态,即改变环形光源所在平面与水平面之间的夹角,以此来照亮一个多面体的不同面,以供机器视觉自动检测。在本实施例中,可通过一光源位姿控制装置控制环形电源的位姿。该光源位姿控制装置可根据当前环境的亮度等状况来自动控制环形光源的位姿。
上述实施例,通过设置位姿可调的环形光源,能够适应不同几何结构的被测物,同时能够自适应地调整环形光源与被测物之间的位置关系,提高机器视觉检测的检测效率。
在一实施例中,上述环形液晶片为位姿可调的环形液晶片。
具体地,环形液晶片的姿态也可自适应地改变,例如一个被测物不能水平地放置于检测台上时,需要通过调整环形液晶片的位姿来适应被测物,可通过软件算法控制环形液晶片改变姿态,即改变环形液晶片所在平面与水平面之间的夹角,以此来适应一个被测物的待检测表面,以供机器视觉自动检测。在本实施例中,可通过一液晶片位姿控制装置控制环形电源的位姿。该液晶片位姿控制装置可根据当前环境的亮度、被测物的方位等状态信息来自动控制环形液晶片的位姿。
上述实施例,通过设置位姿可调的环形液晶片的位姿,能够自适应地调整自身与被测物之间的相对位置关系,提高整个机器视觉检测系统的适用范围,从而提高检测灵活性。
在一实施例中,上述圆形液晶片为位姿可调的圆形液晶片。
具体地,圆形液晶片的姿态也可自适应地改变,例如一个被测物不能水平地放置于检测台上时,需要通过调整圆形液晶片的位姿来适应被测物,可通过软件算法控制圆形液晶片改变姿态,即改变圆形液晶片所在平面与水平面之间的夹角,以此来适应一个被测物的待检测表面,以供机器视觉自动检测。在本实施例中,可通过一液晶片位姿控制装置控制圆形液晶片的位姿。该液晶片位姿控制装置可根据当前环境的亮度、被测物的方位等状态信息来自动控制圆形液晶片的位姿。
可选地,该圆形液晶片和环形液晶片可同步调整。
上述实施例,通过设置位姿可调的圆形液晶片的位姿,能够自适应地调整自身与被测物之间的相对位置关系,提高整个机器视觉检测系统的适用范围,从而提高检测灵活性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本实用新型的保护范围。因此,本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电可控偏振光源系统,其特征在于,包括:环形光源、液晶片组和偏振控制单元;其中,
所述环形光源和所述液晶片组依次排布于摄像头与被测物之间;
所述液晶片组包括环形液晶片和圆形液晶片;所述环形液晶片,用于在所述偏振控制单元的控制下引导所述环形光源发出的光线照射至所述被测物;所述圆形液晶片,用于在所述偏振控制单元的控制下将所述被测物反射的光线引导至所述摄像头。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述摄像头位于所述被测物上方。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述偏振控制单元通过接口电路分别与所述环形液晶片和所述圆形液晶片相连,用于分别控制所述环形液晶片中的液晶阵列和所述圆形液晶片中的液晶阵列的排列方式。
4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述环形光源的尺寸与所述环形液晶片的尺寸相同。
5.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述圆形液晶片的尺寸与所述环形液晶片的内环尺寸匹配。
6.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述圆形液晶片与所述环形液晶片的圆心同轴设置。
7.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述圆形液晶片与所述环形液晶片的圆心重合。
8.根据权利要求1至7任一项所述的系统,其特征在于,所述环形光源为位姿可调的环形光源。
9.根据权利要求1至7任一项所述的系统,其特征在于,所述环形液晶片为位姿可调的环形液晶片。
10.根据权利要求1至7任一项所述的系统,其特征在于,所述圆形液晶片为位姿可调的圆形液晶片。
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