用于线材视觉检测的超大功率led环形倾斜照明光源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种机器视觉技术领域，尤其涉及一种用于管、棒、线材视觉检测的超 大功率LED环形倾斜照明光源。
【背景技术】
[0002] 在产品质量检测中，线阵、面阵及环形光源被广泛应用。为了实现钢铁工业中管、 棒、线材产品的表面质量检测，特别是针对热态管、棒、线材产品的表面质量视觉检测，克服 被测物体高温对成像的影响，光源必须具有超高照度，且能均匀照射到管、棒、线材产品的 圆周表面。另外，因管、棒、线材产品的生产速度一般都较快，对于线材产品最高速度可达 120米/秒以上，相应地线阵相机成像时的扫描行频超过lOOKhz，平均曝光时间少于10us， 要在如此高的扫描行频下成像对光源照度也提出了极高要求。
[0003] 中国专利00811935. X公开了一种用于观察高温物体的光学观察装置和方法，该 专利介绍了一种用于观察高温物体的光学系统，该系统将电磁辐射投射到该部件表面并检 测经反射的部分。基于该应用照明的波长和调制，可在不受自发辐射干扰的情况下观测到 该部件的表面特征。中国专利200680032274. 2公开了一种用于探测诸如轧制/冷拉金属 杆的工件上的表面缺陷的装置和方法，该发明介绍了一种用于金属扁平物无损表面缺陷探 测的相关问题，采用了多条线性光源进行投射的方式，配合相机进行成像。这些专利均没有 涉及到环形高照度光源的设计。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种用于线材视觉检测的超大功率LED环形倾斜照明光 源，该照明光源采用超大功率LED器件和光学轴对称椭圆曲面共轭汇聚技术，实现对高速 线材环形倾斜均匀照明。
[0005] 为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种用于线材视觉检测的超大功率LED环形倾斜照明光源，包括若干个LED光源 模块和光学反射镜，所述LED光源模块和光学反射镜沿被测线材轴向中心为圆心线、向外 伸展的一个圆周上设置，LED光源模块发射的照射光束经光学反射镜反射后以倾斜照射角 度照射在被测线材上，在被测线材轴向形成一个有一定宽度的照明环形带状区间；所述倾 斜照射角度是指照射光束主方向与被测线材径向面形成的夹角。
[0007] 进一步，所述LED光源模块包括超大功率LED和光学系统，该光学系统为轴对称椭 圆曲面共轭会聚光学系统，该超大功率LED位于光学系统12的轴对称椭圆曲面一个焦点 处，超大功率LED光源经过光学系统后再经位于所述LED光源模块对面的光学反射镜反射 后照射在被测线材上。
[0008] 进一步，所述LED光源模块还包括铜基板和水冷热沉块，铜基板为高导热低热阻 铜基板，所述超大功率LED和光学系统安装于铜基板上，铜基板固定安装于水冷热沉块，水 冷热沉块内开有冷却孔，冷却孔内有经出水口和进水口外接的冷却水。
[0009] 本发明针对钢铁工业中管、棒、线材产品的表面质量检测，提出了一种采用超大功 率LED器件和光学轴对称椭圆曲面共轭汇聚技术，实现对高速线材环形倾斜均匀照明的照 明光源。本发明的照明光源的特点是：1)采用环形设计结构，高照度LED均匀布置，并采用 水冷结构进行冷却；2)采用椭圆曲面反射镜实现会聚照明，在圆材表面形成高照度环形照 明区域。
[0010] 本发明的照明光源能在被检测产品轴向形成一个有效宽度不小于20_的照明环 形带状区间，数字摄像机或相机安装在照明亮带的径向，与被检测产品运动同步对被检测 对象表面进行成像，实现曝光时间少于IOus以下的热态高速线材表面成像，从而实现对其 表面缺陷的检测，保证了热态管、棒、线材产品表面质量的高精度、无遗漏检测。
【附图说明】
[0011] 图1为被测物体与本发明的照明光源、相机检测接收的结构示意图；
[0012] 图2为本发明的超大功率LED模块结构示意图；
[0013] 图3为抛物面准直照明原理示意图；
[0014] 图4为轴对称椭圆曲面反射镜的会聚照明原理示意图。
[0015] 图中：ILED光源模块，2光学反射镜，3照明光源，4相机，5相机安装调整机构，6防 护罩，7光源照明区（或检测区），8被测线材；11超大功率LED，12光学系统，13铜基板，14 水冷热沉块，15冷却水进水口和出水口。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0017] 参见图1，一种用于线材视觉检测的超大功率LED环形倾斜照明光源3,包括若干 个LED光源模块1和光学反射镜2,所述LED光源模块1和光学反射镜2沿被测线材8轴 向中心为圆心线、向外伸展的一个圆周上设置，LED光源模块1发射的照射光束经光学反射 镜2反射后以倾斜照射角度a照射在被测线材8上，在被测线材8轴向形成一个有一定宽 度的照明环形带状区间7 ;所述倾斜照射角度a是指照射光束主方向与被测线材8径向面 形成的夹角。
[0018] 相机4 (或数字摄像机）安装于相机安装调整机构5上，相机4被调整到与被测线 材8径向面相平行，聚焦于由本发明的照明光源3所照明的环形带状区间7进行检测。每 个超大功率LED 11光源发出的光线，通过光学系统12的轴对称椭圆曲面共轭会聚，形成所 需的照射光束，光束由光学反射镜2反射，光束穿过带高温光学窗口防护罩6,按要求的倾 斜照射角度a照射在被测线材8区域，形成光源照明区7,该照明区为一个有一定宽度的照 明环形带状区间。
[0019] 本发明的照明光源3采用模块化设计技术。所述LED光源模块1包括超大功率 LED11、光学系统12、铜基板13和水冷热沉块14,参见图2,该光学系统12为轴对称椭圆曲 面共轭会聚光学系统，该超大功率LED 11位于光学系统12的轴对称椭圆曲面一个焦点处， 超大功率LED 11光源经过光学系统12后再经位于所述LED光源模块1对面的光学反射镜 2反射后照射在被测线材8上。由于超大功率LED功耗大，对应的发热量也大，LED光源模 块引入了导热效率高、热容大的铜基板13和水冷热沉块14等温控技术措施。所述铜基板 13为高导热低热阻铜基板，超大功率LED 11和光学系统12安装于铜基板13上，铜基板13 固定安装于水冷热沉块14,水冷热沉块14内开有冷却孔，冷却孔内有经出水口和进水口 15 外接的冷却水。
[0020] 本发明的光学系统12是轴对称椭圆曲面会聚光学系统，该光学系统12是本发明 的照明光源3关键组件，通过轴对称椭圆曲面修正设计，改变传统抛物面远场会聚特性，实 现抵近距离共轭会聚或照射的关系。
[0021] 本发明用于线材视觉检测的超大功率LED环形倾斜照明光源的主要特点是使超 大功率LED