专利名称：一种自适应光源装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及机械工程照明技术领域，特别涉及一种自适应光源装置及其控制方法。
背景技术：
由于具有快速高效、准确可靠和非接触等突出优点，机器视觉检测已经成为工业自动化检测的主要方法之一。尤其是对于单件薄利、大批量生产的产品，通过机器视觉检测，实现非抽样全面实时在线检测，对保证产品质量、降低工人劳动强度，以及提高生产效率和企业经济效益具有重要作用。在机器视觉检测系统中，光源和照明是目前机器视觉应用系统成败的关键。好的照明系统应尽可能获取高质量的图像，尽可能突出检测目标的特征，以降低图像处理的难度，提高图像的处理速度。磁瓦是永磁电机中产生磁场的关键部件，其质量的好坏对永磁电机的性能有很大的影响。目前，我国是磁瓦最大的生产国家。磁瓦是典型的单件薄利、大批量生产的产品。 由于磁瓦种类规格繁多，形状差异很大，检测面众多，生产节拍很快，加之磁瓦本身缺陷种类很多，导致对磁瓦的在线自动检测方法迄今为止都没有取得实质性的进展，一直以来磁瓦生产厂家都还是以人工目视检测为主。一般情况下，机器视觉系统都是专门针对具体型号产品设计的，在光源配置、算法设计、机构设计等方面都存在特定性，并不适合一套机器视觉系统检测多种产品。限制磁瓦检测难于取得进展的一个重要原因就是光源照明系统难以适应磁瓦形状和尺寸的多样性。在目前的文献论述中，都没有提出一个很好的解决方案，也没有检索到对磁瓦自适应光源研究的有关论述。在磁瓦检测的有关解决方案中，一般都是采用现成光源照明，不具有普遍适应性。
发明内容
本发明的发明目的在于，针对上述存在的问题，提供一种能够为磁瓦端面提供一个合适的照明光源，使其在CCD相机内一次成像就可以获取磁瓦端面倒角面与弧形平面的可靠图像，以提高实时在线检查速度，降低成本的自适应光源装置及其控制方法。本发明的技术方案是这样实现的一种自适应光源装置，其特征在于包括顶部开设有孔的半球型外壳、与半球型外壳底部连接的底板以及设置在底板上、分布在半球型外壳底部内侧的弧形光源组，在所述半球型外壳顶部开设的孔口处设置有导向套，在所述导向套上、半球型外壳内设置有可相对导向套上下移动的遮光板，所述遮光板与步进电机的动力输出端连接，在所述半球型外壳内表面均勻的喷涂有高反光率漫反射放光材料，所述步进电机的控制部件与控制系统电连接。本发明所述的自适应光源装置，其所述步进电机通过安装板设置在半球型外壳上方，所述步进电机动力输出端连接有丝杆，所述丝杆穿过半球型外壳与遮光板上设置的螺母螺纹连接。本发明所述的自适应光源装置，其在所述底板上、弧形光源组内侧设置有用于防止光源发出的光线直接进入镜头的遮光环。本发明所述的自适应光源装置，其所述弧形光源组由若干相互独立、均勻分布在所述半球型外壳底部内侧的LED光源组成。本发明所述的自适应光源装置，其所述LED光源与电源输出端连接，电源与控制系统电连接，所述LED光源的电子开关分别与控制系统电连接。本发明所述的自适应光源装置，其在所述底板上设置有可在光源安装导轨上滑移的滑动安装孔。本发明所述的自适应光源装置，其所述半球型外壳沿轴线设置有一使之能够贴近传输带表面安装的缺口。一种自适应光源装置的控制方法，其特征在于
a)、摄像机在控制系统的控制下对传输带上的同一批工件中的样件进行拍照，得到样件的图像；
b)、摄像机将拍得的图像传送给控制系统，控制系统经过图像处理判断样件不规则平面及其倒角面的光照强度，进而计算出遮光板的正确位置；
C)、控制系统根据遮光板的正确位置的信号，给步进电机发出控制信号，通过步进电机对遮光板的位置进行调整，从而控制样件不规则平面及其倒角面入射光的强度，使样件不规则平面及其倒角面反射到摄像机镜头内的光线强度基本一致；
d)、对另一块样件拍照进行微调，从而得到遮光板的准确位置，将此位置保存在控制系统的数据库中，供以后直接调用。本发明所述的自适应光源装置的控制方法，其在所述步骤b)中，控制系统还可以对样件图像磁瓦端面区域亮度进行分析计算，根据计算结果控制光源的驱动电流来改变光源的亮度，自适应满足不同照度要求的场合。本发明所述的自适应光源装置的控制方法，其在所述步骤b)中，控制系统可控制相应LED光源的电子开关的通断，从而实现对每一个LED光源亮灭的控制。本发明具有自适应功能，能通过自动控制磁瓦端面倒角面与弧形平面的照度，一次成像即可获得清晰稳定的图像，其图像清晰，突出检测缺陷，对磁瓦位置不敏感，适应磁瓦端面形状和尺寸的多样性。这样就大大降低了图像处理的难度，提高了实时在线处理速度，提高了检测设备的自动化程度，适合多批次大批量生产的场合。
图1是本发明实施例1的结构示意图。图2是本发明实施例1的工作示意图。图3是本发明实施例2的结构示意图。图中标记1为导向套，2为步进电机，3为安装板，4为丝杆，5为螺母，6为遮光板， 7为半球型外壳，8为遮光环，9为LED光源，10为底板，11为缺口，12为磁瓦，13为传输带。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例1 如图1和2所示，一种自适应光源装置，其特征在于包括顶部开设有孔的半球型外壳7、与半球型外壳7底部连接的底板10以及设置在底板10上、分布在半球型外壳7底部内侧的弧形光源组，摄像机通过半球型外壳顶部的孔对传输带13上的磁瓦12 进行拍照；所述半球型外壳7沿轴线切除一部分形成缺口 11，所述缺口能够使之贴近传输带表面安装，并保证磁瓦在相机视野范围内，在所述底板10上设置有可在光源安装导轨上滑移的滑动安装孔，整个光源装置可在光源安装导轨上滑移，使光源端面始终靠近磁瓦端面，避免因不同尺寸的磁瓦端面与光源有不同距离而导致光衰，避免离光源远的磁瓦端面亮度不够的问题。在所述半球型外壳7内表面均勻的喷涂有高反光率漫反射放光材料，将从半球型外壳内表面底部弧形光源组发出的光线进行均勻反射，可形成一个照度均勻的圆弧形照明区域，这样可以克服弧度和尺寸都很大的磁瓦由于离平面光源或环形光源因距离不同而造成局部反光的问题，使成像质量物体位置的变化不敏感。其中所述弧形光源组由若干相互独立、均勻分布在所述半球型外壳7底部内侧的 LED光源9组成，在所述底板10上、弧形光源组内侧设置有用于防止光源发出的光线直接进入镜头的遮光环8，电源输出端与LED光源相连接，通过控制电源输出电流的大小可以控制LED光源的亮度，以得到亮度合适的图像，所述LED光源还可以分别单独与控制系统连接，控制系统控制相应电子开关的通断来控制每一个LED光源的亮灭，以满足不同的照明需求。弧形光源组弧度和尺寸与外壳相适应。弧形光源采用LED灯，根据需要可以选用相同封装而颜色不同的LED灯；电路板为铝基板。根据零件检测需要，LED灯可以单独控制其亮灭，也可以整体控制其亮灭；由于磁瓦呈黑灰色，吸光性较强，为避免出现运动模糊， 并考虑为光衰预留一定裕度，需要合理选用高亮度的LED灯。在本发明中，根据实时在线检测情况，计算了相机最大曝光时间，并结合相机灵敏度和其它条件计算了所需LED灯的亮度和功率；LED灯不能承受过高的温度，必须充分考虑散热。由于光源功率较大，散热有一定困难，因此采用了有助于散热的材料和热处理工艺，并采用频闪照明方式，可靠解决散热问题并延长光源寿命。在所述半球型外壳7顶部开设的孔口处设置有导向套1，在所述导向套1上、半球型外壳7内设置有可相对导向套1上下移动的遮光板6，步进电机2通过安装板3设置在半球型外壳7上方，所述步进电机2动力输出端连接有丝杆4，所述丝杆4穿过半球型外壳7 与遮光板6上设置的螺母5螺纹连接，所述步进电机2的控制部件与控制系统电连接。步进电机接收到控制信号后，可以正反转以调整遮光板的轴向位置。从反射原理可知，光源外壳内表面上部照射磁瓦平面的光线经反射后有较多的光线进入镜头，光源外壳内表面下部照射磁瓦倒角面的光线经反射后有相对较少的光线才能进入镜头。该遮光板可将从光源外壳内表面上部照射磁瓦端面的光线进行遮挡吸收，以减小从上部照射磁瓦端面的照度，遮光板不对遮光板以下的反射光进行控制。这样就通过降低磁瓦端面平面上的光照强度，控制磁瓦端面倒角面和平面的入射光强度比例，使磁瓦不同表面上反射到镜头内的光线强度基本均勻一致，使磁瓦倒角面和平面形成均勻一致的图像。根据使用场合的需要，通过调整挡板位置，以及更换遮光板的种类，光源照明方式可在明视场照明方式和暗视场照明方式间切换，以满足不同使用场合。一种自适应光源装置的控制方法，其特征在于
a)、摄像机在控制系统的控制下对传输带上的同一批工件中的样件进行拍照，得到样件的图像；
b)、摄像机将拍得的图像传送给控制系统，控制系统经过图像处理判断样件不规则平面及其倒角面的光照强度，进而计算出遮光板的正确位置；控制系统还可以对样件图像磁瓦端面区域亮度进行分析计算，根据计算结果控制光源的驱动电流来改变光源的亮度，自适应满足不同照度要求的场合；控制系统可控制相应LED光源的电子开关的通断，从而实现对每一个LED光源亮灭的控制；
C)、控制系统根据遮光板的正确位置的信号，给步进电机发出控制信号，通过步进电机对遮光板的位置进行调整，从而控制样件不规则平面及其倒角面入射光的强度，使样件不规则平面及其倒角面反射到摄像机镜头内的光线强度基本一致；
d)、对另一块样件拍照进行微调，从而得到遮光板的准确位置，将此位置保存在控制系统的数据库中，供以后直接调用。实施例2 如图3所示，与实施例1相比，只是半球型外壳不切除一部分，使光源对一个圆形区域进行照明，这种情况适合于光源可以无障碍靠近照明物体的情况。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种自适应光源装置，其特征在于包括顶部开设有孔的半球型外壳(7)、与半球型外壳(7)底部连接的底板(10)以及设置在底板(10)上、分布在半球型外壳(7)底部内侧的弧形光源组，在所述半球型外壳(7)顶部开设的孔口处设置有导向套(1)，在所述导向套 (1)上、半球型外壳(7 )内设置有可相对导向套(1)上下移动的遮光板(6 )，所述遮光板(6 ) 与步进电机(2)的动力输出端连接，在所述半球型外壳(7)内表面均勻的喷涂有高反光率漫反射放光材料，所述步进电机(2 )的控制部件与控制系统电连接。
2.根据权利要求1所述的自适应光源装置，其特征在于所述步进电机(2)通过安装板(3)设置在半球型外壳(7)上方，所述步进电机(2)动力输出端连接有丝杆(4)，所述丝杆 (4)穿过半球型外壳(7)与遮光板(6)上设置的螺母(5)螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的自适应光源装置，其特征在于在所述底板(10)上、弧形光源组内侧设置有用于防止光源发出的光线直接进入镜头的遮光环(8 )。
4.根据权利要求1、2或3所述的自适应光源装置，其特征在于所述弧形光源组由若干相互独立、均勻分布在所述半球型外壳(7)底部内侧的LED光源(9)组成。
5.根据权利要求4所述的自适应光源装置，其特征在于所述LED光源(9)与电源输出端连接，电源与控制系统电连接，所述LED光源(9 )的电子开关分别与控制系统电连接。
6.根据权利要求4所述的自适应光源装置，其特征在于在所述底板(10)上设置有可在光源安装导轨上滑移的滑动安装孔及锁紧机构。
7.根据权利要求4所述的自适应光源装置，其特征在于所述半球型外壳(7)沿轴线设置有一使之能够贴近传输带表面安装的缺口(11)。
8.—种自适应光源装置的控制方法，其特征在于a)、摄像机在控制系统的控制下对传输带上的同一批工件中的样件进行拍照，得到样件的图像；b)、摄像机将拍得的图像传送给控制系统，控制系统经过图像处理判断样件不规则平面及其倒角面的光照强度，进而计算出遮光板的正确位置；C)、控制系统根据遮光板的正确位置的信号，给步进电机发出控制信号，通过步进电机对遮光板的位置进行调整，从而控制样件不规则平面及其倒角面入射光的强度，使样件不规则平面及其倒角面反射到摄像机镜头内的光线强度基本一致；d)、对另一块样件拍照进行微调，从而得到遮光板的准确位置，将此位置保存在控制系统的数据库中，供以后直接调用。
9.根据权利要求8所述的自适应光源装置的控制方法，其特征在于在所述步骤b)中， 控制系统还可以对样件图像磁瓦端面区域亮度进行分析计算，根据计算结果控制光源的驱动电流来改变光源的亮度，自适应满足不同照度要求的场合。
10.根据权利要求8或9所述的自适应光源装置的控制方法，其特征在于在所述步骤 b)中，控制系统可控制相应LED光源的电子开关的通断，从而实现对每一个LED光源亮灭的控制。
全文摘要
本发明公开了一种自适应光源装置，包括顶部开设有孔的半球型外壳、与半球型外壳底部连接的底板以及设置在底板上、分布在半球型外壳底部内侧的弧形光源组，在所述半球型外壳顶部开设的孔口处设置有导向套，在所述导向套上、半球型外壳内设置有可相对导向套上下移动的遮光板，所述遮光板与步进电机的动力输出端连接，在所述半球型外壳内表面均匀的喷涂有高反光率漫反射放光材料，所述步进电机的控制部件与控制系统电连接。本发明具有自适应功能，能通过自动控制磁瓦端面倒角面与弧形平面的照度，一次成像即可获得清晰稳定的图像，其图像清晰，突出检测缺陷，对磁瓦位置不敏感，适应磁瓦端面形状和尺寸的多样性，自动化程度高。
文档编号F21S8/00GK102322593SQ20111025145
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月30日 优先权日2011年8月30日
发明者刘培勇, 殷国富, 赵永贵 申请人:四川大学, 成都四星液压制造有限公司