一種光斑形狀可控的機器視覺光源裝置及其實現方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光斑形狀可控的機器視覺光源裝置及其實現方法，裝置包括底板、外殼、運動部件、LED模組和單片機，所述底板上設有圓弧軌道，所述運動部件包括大內齒輪、小齒輪、小電機、滑塊以及滑塊軌道，所述大內齒輪與小齒輪配合，所述大內齒輪固定在外殼上，所述小齒輪固定在小電機的輸出端，所述小電機固定在滑塊上，所述小電機還與單片機連接，所述滑塊在滑塊軌道上滑動，所述LED模組位于圓弧軌道上且與滑塊連接，所述運動部件中的小齒輪、小電機、滑塊、滑塊軌道以及LED模組均在以底板中心為中心的圓形陣列上分布若干組。本發(fā)明具有適用性廣、方便和檢測效率高的優(yōu)點，可廣泛應用于光學領域。
【專利說明】
一種光斑形狀可控的機器視覺光源裝置及其實現方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及光學領域，尤其是一種光斑形狀可控的機器視覺光源裝置及其實現方 法。
【背景技術】
[0002] 機器視覺技術是一門涉及到多個領域的交叉學科。機器視覺就是用機器代替人眼 來進行測量和判斷。機器視覺系統是指通過圖像攝取裝置來采集檢測目標的圖像信號，然 后傳送給專用的圖像處理系統，得到檢測目標的形態(tài)信息，根據像素分布和亮度、顏色等信 息，轉變成我們需要的數字化信號。因為機器視覺是通過機器來檢測和判斷的，所以其常用 于大批量生產過程的產品質量檢測、不適合人的危險環(huán)境或人眼視覺難以滿足的場合。而 且機器視覺大大提高了檢測的精度和速度，避免了人眼觀察帶來的偏差和誤差。如今，中國 正成為世界機器視覺發(fā)展最活躍的地區(qū)之一，機器視覺的應用范圍涵蓋了工業(yè)、農業(yè)、醫(yī) 藥、軍事、航天、氣象、天文、公安、交通、安全、科研等國民經濟的各個行業(yè)。
[0003] 在機器視覺系統中，輸入端口為圖像攝取裝置，初始輸入信號為圖像信號。因此攝 取到一個視覺效果好且對比度大的圖像可以大大減少后期的圖像處理工作量。然而，目前， 市面上的照明光源的光斑形狀都是固定的。而機器視覺系統需要檢測的零件的外形是多種 多樣的，包括圓形、正方形、正六邊形和三角形等。若采用均勻區(qū)域有限的圓形光斑來為非 圓形零件照明，往往會導致零件邊緣和同類特征（同類特征一般是按照零件的外形來布局） 的照度不均勻，這樣攝取到的圖像在經過圖像處理后，會因圖像中特征的照度不均勻而導 致零件邊緣和同類特征出現分裂現象，從而無法提取所需的信息。
[0004] 綜上所述，目前的機器視覺的照明光源光斑形狀固定，難以滿足不同外形零件的 檢測要求，適用性不廣，不夠方便，檢測效率低。

【發(fā)明內容】

[0005] 為解決上述技術問題，本發(fā)明的目的在于:提供一種適用性廣、方便和檢測效率高 的，光斑形狀可控的機器視覺光源裝置。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于:提供一種適用性廣、方便和檢測效率高的，光斑形狀可控 的機器視覺光源裝置的實現方法。
[0007] 本發(fā)明所采取的技術方案是：
[0008] 一種光斑形狀可控的機器視覺光源裝置，包括底板、外殼、運動部件、LED模組和單 片機，所述底板上設有圓弧軌道，所述運動部件包括大內齒輪、小齒輪、小電機、滑塊以及滑 塊軌道，所述大內齒輪與小齒輪配合，所述大內齒輪固定在外殼上，所述小齒輪固定在小電 機的輸出端，所述小電機固定在滑塊上，所述小電機還與單片機連接，所述滑塊在滑塊軌道 上滑動，所述LED模組位于圓弧軌道上且與滑塊連接，所述運動部件中的小齒輪、小電機、滑 塊、滑塊軌道以及LED模組均在以底板中心為中心的圓形陣列上分布若干組。
[0009] 進一步，所述LED模組包括LED矩形陣列、模組外殼以及漫射板，所述LED矩形陣列 設在模組外殼的內部，所述漫射板粘貼在模組外殼上。
[0010] 進一步，所述運動部件中的小齒輪、小電機、滑塊、滑塊軌道以及l(fā)ed模組均在以底 板中心為中心的圓形陣列上分布的組數為12或12的倍數。
[0011] 進一步，所述LED模組的數目為12組，當每組LED模組均勻分布在圓弧軌道上時，該 裝置產生的光斑形狀為圓形；當12組LED模組分為四大組，并且每大組的3組LED模組緊貼在 一起，然后四大組LED模組均勻分布在圓弧軌道上時，該裝置產生的光斑形狀為方形；當12 組LED模組分為三大組，并且每大組的4組LED模組緊貼在一起，然后三大組LED模組均勻分 布在圓弧軌道上時，該裝置產生的光斑形狀為三角形。
[0012] 進一步，所述滑塊軌道由內滑塊軌道和外滑塊軌道組成，所述內滑塊軌道和外滑 塊軌道上均設有用于帶動滑塊在滑塊軌道上滑動的滑輪。
[0013] 進一步，所述底板上還設有用作攝像機圖像采集入口的中心孔，所述外殼也設有 與底板大小一致的中心孔。
[0014] 進一步，所述小齒輪通過花鍵與小電機的輸出軸連接。
[0015] 進一步，所述大內齒輪通過螺釘固定在外殼上，所述LED模組通過螺釘固定在滑塊 上。
[0016] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的另一方案是：
[0017] -種光斑形狀可控的機器視覺光源裝置的實現方法，包括：
[0018] S1、將光斑形狀可控的機器視覺光源裝置固定在機器視覺檢測系統的圖像采集 端，并且使得攝像機的軸心與底板的中心孔以及外殼的中心孔對心；
[0019] S2、將光斑形狀可控的機器視覺光源裝置調整到設定的照明高度；
[0020] S3、將待檢測零件置于照明范圍中心，按下光斑形狀可控的機器視覺光源裝置的 光源按鈕，使該光源裝置開始工作，此時該光源裝置產生的光斑形狀為圓形；
[0021] S4、判斷待檢測零件是否為圓形零件，若是，則開始采集待檢測零件的圖像，反之， 則通過調節(jié)單片機和運動部件使該光源裝置產生的光斑形狀為待檢測零件的形狀，并相應 地旋轉待測零件或調整該光源裝置的照明高度，然后開始采集待檢測零件的圖像。
[0022]本發(fā)明的裝置的有益效果是：包括底板、外殼、運動部件、LED模組和單片機，運動 部件包括大內齒輪、小齒輪、小電機、滑塊以及滑塊軌道，通過單片機來控制在底板中心圓 形陣列上的小電機，并結合滑塊以及滑塊軌道改變LED模組在圓弧軌道的相對位置，從而能 針對不同零件的外形改變光斑的形狀，使得光斑的照度分布與零件的外形相匹配，滿足不 同外形零件的檢測要求，適用性廣，方便，檢測效率高。進一步，LED模組設有漫射罩，能夠使 得光線在空間分布更加均勻，光線更柔和。進一步，內滑塊軌道和外滑塊軌道上均設有用于 帶動滑塊在滑塊軌道上滑動的滑輪，減少了滑塊在滑塊軌道上移動的摩擦力，更加方便。
[0023]本發(fā)明的方法的有益效果是:待檢測零件為圓形零件時，能直接開始采集待檢測 零件的圖像;待檢測零件為非圓形零件時，通過調節(jié)單片機和運動部件使該光源裝置產生 的光斑形狀為待檢測零件的形狀，并相應地旋轉待測零件或調整該光源裝置的照明高度， 然后再開始采集待檢測零件的圖像，不需要更換光源，機器視覺系統也能采集到質量較好 的圖像，操作簡單方便，適用于不同外形零件的檢測，提高了機器視覺系統的檢測效率。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明產生圓形光斑的LED模組的陣列結構示意圖；
[0025] 圖2是本發(fā)明運動部件的內部結構示意圖；
[0026] 圖3是本發(fā)明一種光斑形狀可控的機器視覺光源裝置的局部內部結構剖視圖；
[0027] 圖4為本發(fā)明一種光斑形狀可控的機器視覺光源裝置的實現方法的步驟流程圖；
[0028] 圖5為本發(fā)明實施例二的照明高度調整結構示意圖。
[0029]附圖標記：1、底板;2、LED矩形陣列；3、中心孔;4、螺釘;5、漫射板;6、大內齒輪;7、 小齒輪;8、小電機;9、模組外殼；10、滑塊；11和13、外滑塊軌道；12、滑輪；14和15、內滑塊軌 道;16、外殼；17、圓弧軌道。
【具體實施方式】
[0030] 參照圖1、2和3,一種光斑形狀可控的機器視覺光源裝置，包括底板、外殼、運動部 件、LED模組和單片機，所述底板上設有圓弧軌道，所述運動部件包括大內齒輪、小齒輪、小 電機、滑塊以及滑塊軌道，所述大內齒輪與小齒輪配合，所述大內齒輪固定在外殼上，所述 小齒輪固定在小電機的輸出端，所述小電機固定在滑塊上，所述小電機還與單片機連接，所 述滑塊在滑塊軌道上滑動，所述LED模組位于圓弧軌道上且與滑塊連接，所述運動部件中的 小齒輪、小電機、滑塊、滑塊軌道以及LED模組均在以底板中心為中心的圓形陣列上分布若 干組。
[0031] 參照圖1、2和3,進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述LED模組包括LED矩形陣列、模組 外殼以及漫射板，所述LED矩形陣列設在模組外殼的內部，所述漫射板粘貼在模組外殼上。
[0032] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述運動部件中的小齒輪、小電機、滑塊、滑塊軌道 以及LED模組均在以底板中心為中心的圓形陣列上分布的組數為12或12的倍數。
[0033]進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述LED模組的數目為12組，當每組LED模組均勻分 布在圓弧軌道上時，該裝置產生的光斑形狀為圓形；當12組LED模組分為四大組，并且每大 組的3組LED模組緊貼在一起，然后四大組LED模組均勻分布在圓弧軌道上時，該裝置產生的 光斑形狀為方形；當12組LED模組分為三大組，并且每大組的4組LED模組緊貼在一起，然后 三大組LED模組均勻分布在圓弧軌道上時，該裝置產生的光斑形狀為三角形。
[0034]其中，若一共有12組LED模組，光斑形狀為圓形時就均勾分布;光斑形狀為方形時， 12組平均分為4大組，也就是相鄰的3組貼在一起。三角形、六角形也是同樣的道理。
[0035]參照圖3,進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述滑塊軌道由內滑塊軌道和外滑塊軌道 組成，所述內滑塊軌道和外滑塊軌道上均設有用于帶動滑塊在滑塊軌道上滑動的滑輪。 [0036]參照圖1，進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述底板上還設有用作攝像機圖像采集入 口的中心孔，所述外殼也設有與底板大小一致的中心孔。
[0037] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述小齒輪通過花鍵與小電機的輸出軸連接。
[0038] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述大內齒輪通過螺釘固定在外殼上，所述LED模組 通過螺釘固定在滑塊上。
[0039] 參照圖4,一種光斑形狀可控的機器視覺光源裝置的實現方法，包括：
[0040] S1、將光斑形狀可控的機器視覺光源裝置固定在機器視覺檢測系統的圖像采集 端，并且使得攝像機的軸心與底板的中心孔以及外殼的中心孔對心；
[0041] S2、將光斑形狀可控的機器視覺光源裝置調整到設定的照明高度；
[0042] S3、將待檢測零件置于照明范圍中心，按下光斑形狀可控的機器視覺光源裝置的 光源按鈕，使該光源裝置開始工作，此時該光源裝置產生的光斑形狀為圓形；
[0043] S4、判斷待檢測零件是否為圓形零件，若是，則開始采集待檢測零件的圖像，反之， 則通過調節(jié)單片機和運動部件使該光源裝置產生的光斑形狀為待檢測零件的形狀，并相應 地旋轉待測零件或調整該光源裝置的照明高度，然后開始采集待檢測零件的圖像。
[0044]下面結合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0045] 實施例一
[0046] 如圖1、2、3所示，本發(fā)明機器視覺光源裝置，包括底板1、外殼16、運動部件、單片機 以及LED模組。底板1有中心孔3和圓弧軌道17,其中，底板1的中心孔3是機器視覺系統攝像 機采集圖像入口。外殼16同樣有與底板同樣大小的中心孔3。另外，運動部件包括大內齒輪 6、小齒輪7、小電機8、滑塊10、滑輪12以及滑塊軌道。其中，滑塊軌道包括內滑塊軌道15、14 以及外滑塊軌道13、11。小電機8通過連接件(其并沒有在附圖畫出）固定在滑塊10上。小齒 輪7與電機8輸出軸通過花鍵(其并沒有在附圖畫出)連接?；?2是為了減少滑塊10移動的 摩擦力。運動部件中除了大內齒輪外（大內齒輪只有1個）的其它部分和LED模組以底板1為 中心的圓形陣列分布若干個，而且分布的數目為12或12倍數。而LED模組包括模組外殼9、 LED矩形陣列2和漫射板5，其中，漫射板5粘貼在模組外殼上。LED模組與滑塊10通過螺釘4連 接。各個小電機8分別連接單片機(其并沒有在附圖畫出）的10口，通過單片機來單獨控制小 電機8。
[0047] 本發(fā)明機器視覺光源裝置，通過單片機來控制各個小電機8的接受脈沖個數來控 制各個小電機8的運動，進而控制滑塊10在圓弧軌道17的相對位置，最后控制該裝置光斑的 形狀。以LED模組的數目為12組為例，當每組LED模組均勻分布在圓弧軌道17上時，該裝置產 生的光斑形狀為圓形；當12組LED模組分為四大組，并且每大組的3組LED模組緊貼在一起， 然后四大組LED模組均勻分布在圓弧軌道17上時，該裝置產生的光斑形狀為方形；當12組 LED模組分為三大組，并且每大組的4組LED模組緊貼在一起，然后三大組LED模組均勻分布 在圓弧軌道17上時，該裝置產生的光斑形狀為三角形。以此類推，可以得到其他形狀。由于 產生不同的光斑形狀時，每組LED模組的數目不同，導致每組LED模組的發(fā)光面積不同，所以 其照明高度要稍作微調，以至達到更好的照明效果。
[0048] 實施例二
[0049] 為了便于進行操作，本發(fā)明一種光斑形狀可控的機器視覺光源裝置的外殼16置有 如下按鈕："ON/OFF"、"方形"、"圓形"、"三角形"和"六角形"等。
[0050] 本發(fā)明機器視覺光源裝置的實現方法的具體步驟為：
[0051] S1、將本光斑形狀可控的機器視覺光源裝置固定在機器視覺檢測系統的圖像采集 端，并且使得攝像機的軸心與底板的中心孔3以及外殼的中心孔3對心。
[0052] S2、將本機器視覺光源裝置調整到設定的照明高度。
[0053] S3、將檢測零件置于照明范圍中心，按下光源"0N/0FF"按鈕，光源工作，此時光斑 為圓形。
[0054] S4、判斷待檢測零件是否為圓形零件，若是，則按下"圓形"按鈕，直接開始采集待 檢測零件的圖像，反之，則按下其他與零件相匹配的按鈕(如"三角形"按鈕，該按鈕通過調 節(jié)內部的單片機和運動部件使該光源裝置產生的光斑形狀為待檢測零件的形狀），并相應 地旋轉待測零件或調整該光源裝置的照明高度，然后開始采集待檢測零件的圖像。
[0055] S5、采集完圖像，按下光源"0N/0FF"按鈕，該光源裝置產生的光斑形狀恢復為圓 形，最后該光源裝置停止工作。
[0056] 本發(fā)明的機器視覺系統光源裝置采用了 LED模組作為光源，屬于直接的照明光源。 為了使得光斑中心較均勻，光源的照明高度應有個適當范圍。如圖5所示，假設LED模組的內 半徑為η，外半徑Sr 2，照明高度為h，參照發(fā)明專利CN201510128214.1的高度調整方法，有：
[0057]
[0058]
[0059]對于與LED模組發(fā)光特性相關的系數，LED矩形陣列產生的光線再經過漫射板散 射，光線在漫射板上的照度均勻，所以LED模組的發(fā)光特性與朗伯光源的特性相近。所以m~ 1，有：
[0060]
[0061] 則光源的照明高度調整范圍為[11-六1'，11+六1']，其中六1'為51111]1~151111]1。
[0062] 例如：ri = 70mm，r2 = 110mm;則130mm，所以照明適當范圍為 120mm~140mm。
[0063] 與現有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0064] (1)底板的中心圓形陣列的各個小電機通過單片機控制，通過單片機來控制在底 板中心圓形陣列上的小電機，并結合滑塊以及滑塊軌道改變LED模組在圓弧軌道的相對位 置，從而能針對不同零件的外形改變光斑的形狀，使得光斑的照度分布與零件的外形相匹 配，滿足不同外形零件的檢測要求，適用性廣，方便，檢測效率高。即使零件尺寸超過光斑的 均勻范圍，也能夠確保零件的邊緣和同類特征的照度相同，非同類的特征照度不同，更便于 圖像處理。
[0065] (2)LED模組設有漫射罩，能夠使得光線在空間分布更加均勻，光線更柔和。
[0066] (3)內滑塊軌道和外滑塊軌道上均設有用于帶動滑塊在滑塊軌道上滑動的滑輪， 減少了滑塊在滑塊軌道上移動的摩擦力，更加方便
[0067] (4)光源操作方便簡單。不需要更換光源，機器系統也能采集到質量較好的圖像。
[0068] 以上是對本發(fā)明的較佳實施進行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實施 例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替 換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。
【主權項】
1. 一種光斑形狀可控的機器視覺光源裝置，其特征在于：包括底板、外殼、運動部件、 LED模組和單片機，所述底板上設有圓弧軌道，所述運動部件包括大內齒輪、小齒輪、小電 機、滑塊以及滑塊軌道，所述大內齒輪與小齒輪配合，所述大內齒輪固定在外殼上，所述小 齒輪固定在小電機的輸出端，所述小電機固定在滑塊上，所述小電機還與單片機連接，所述 滑塊在滑塊軌道上滑動，所述LED模組位于圓弧軌道上且與滑塊連接，所述運動部件中的小 齒輪、小電機、滑塊、滑塊軌道以及LED模組均在以底板中心為中心的圓形陣列上分布若干 組。2. 根據權利要求1所述的一種光斑形狀可控的機器視覺光源裝置，其特征在于：所述 LED模組包括LED矩形陣列、模組外殼以及漫射板，所述LED矩形陣列設在模組外殼的內部， 所述漫射板粘貼在模組外殼上。3. 根據權利要求1所述的一種光斑形狀可控的機器視覺光源裝置，其特征在于:所述運 動部件中的小齒輪、小電機、滑塊、滑塊軌道以及LED模組均在以底板中心為中心的圓形陣 列上分布的組數為12或12的倍數。4. 根據權利要求3所述的一種光斑形狀可控的機器視覺光源裝置，其特征在于：所述 LED模組的數目為12組，當每組LED模組均勻分布在圓弧軌道上時，該裝置產生的光斑形狀 為圓形；當12組LED模組分為四大組，并且每大組的3組LED模組緊貼在一起，然后四大組LED 模組均勻分布在圓弧軌道上時，該裝置產生的光斑形狀為方形；當12組LED模組分為三大 組，并且每大組的4組LED模組緊貼在一起，然后三大組LED模組均勻分布在圓弧軌道上時， 該裝置產生的光斑形狀為三角形。5. 根據權利要求1所述的一種光斑形狀可控的機器視覺光源裝置，其特征在于:所述滑 塊軌道由內滑塊軌道和外滑塊軌道組成，所述內滑塊軌道和外滑塊軌道上均設有用于帶動 滑塊在滑塊軌道上滑動的滑輪。6. 根據權利要求1所述的一種光斑形狀可控的機器視覺光源裝置，其特征在于:所述底 板上還設有用作攝像機圖像采集入口的中心孔，所述外殼也設有與底板大小一致的中心 孔。7. 根據權利要求1-6任一項所述的一種光斑形狀可控的機器視覺光源裝置，其特征在 于:所述小齒輪通過花鍵與小電機的輸出軸連接。8. 根據權利要求1-6任一項所述的一種光斑形狀可控的機器視覺光源裝置，其特征在 于:所述大內齒輪通過螺釘固定在外殼上，所述LED模組通過螺釘固定在滑塊上。9. 一種光斑形狀可控的機器視覺光源裝置的實現方法，其特征在于:包括： 51、 將光斑形狀可控的機器視覺光源裝置固定在機器視覺檢測系統的圖像采集端，并 且使得攝像機的軸心與底板的中心孔以及外殼的中心孔對心； 52、 將光斑形狀可控的機器視覺光源裝置調整到設定的照明高度； 53、 將待檢測零件置于照明范圍中心，按下光斑形狀可控的機器視覺光源裝置的光源 按鈕，使該光源裝置開始工作，此時該光源裝置產生的光斑形狀為圓形； 54、 判斷待檢測零件是否為圓形零件，若是，則開始采集待檢測零件的圖像，反之，則通 過調節(jié)單片機和運動部件使該光源裝置產生的光斑形狀為待檢測零件的形狀，并相應地旋 轉待測零件或調整該光源裝置的照明高度，然后開始采集待檢測零件的圖像。10. 根據權利要求9所述的一種光斑形狀可控的機器視覺光源裝置的實現方法，其特征 在于:所述光斑形狀可控的機器視覺光源裝置為權利要求1-6任一項所述的光斑形狀可控 的機器視覺光源裝置。
【文檔編號】F21W131/403GK105953138SQ201610290241
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月3日
【發(fā)明人】林家平, 陳新度, 王晗, 劉湛基
【申請人】廣東工業(yè)大學