专利名称：基于机器视觉的球体表面缺陷检测系统照明装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自动检测系统的照明装置，特别是涉及用于各种直径球体表面自动检 测系统的光学成像照明装置，被检测球体为抛光和非抛光的钢球、陶瓷球、塑料球，尤其 是滚珠轴承用的球体。
背景技术：
在现代工业装备中，轴承的作用及其重要。各类机电设备都需要用到轴承，而钢球作 为轴承的重要零件，其质量对轴承的精度、运动性能、使用寿命等都有至关重要的影响。 因为钢球质量是衡量轴承质量的重要指标，故必须对其进行严格检测，其中对钢球表面缺 陷的检验尤为重要。据轴承网统计:钢球占影响轴承全部因素的85%。在国内，轴承因钢球 破坏而失效的比例达78%，国外此项数据为30%。由哈轴集团的实验统计表明在轴承的失 效形式中，由于钢球表面缺陷而引起的裂纹、裂缝造成的轴承失效达65%。这些数据表明 了钢球在轴承质量中的地位和重要性。前苏联、美国、英国、瑞典、德国、日本和捷克等 国相继进行了钢球表面自动检查仪的研究开发，实用化的钢球表面自动检查仪主要采用电 涡流探伤和光学法检测，其中有代表性的是捷克S0MET公司的AVIK0系列钢球表面自动检 査仪，其次是日本的大旺钢球株式会社生产的钢球自动检测仪。
计算机视觉系统和图像识别技术已被用于球体表面检测。但基于计算机视觉对球体表 面进行自动检测的前提条件是能够获取有足够分辨率和清晰度的球体表面图像，而摄像的 基本条件之一是具有合适的照明。轴承用球体的表面光滑发亮，尤其是抛光钢球的表面为 镜面，反光性极强，在日光和一般光源正射下，球面白茫茫一片，难以成像；在自然光和 一般光源其他角度照射情况下，除本身有阴影外，球面上会映射出各种环境物体及照相机 图像，多球体放在一起还会彼此互相成像，而且球面成像是有畸变的重影。
专利号为200310109912.4的钢球表面缺陷检测方法公开了如下技术方案钢球由导料 管依序逐个落入进给转盘外缘的圆孔内(即检测腔)，进给转盘为白色透光材料，盘外缘 侧面的光源透过进给转盘壁厚为检测腔提供照明；上述机构都浸在透明液体中，底部转动 带动钢球翻滚，CCD相机在检测腔正上方拍照，通过数字图像处理识别钢球表面缺陷并剔 除不合格品。该装置中每个钢球占据进给盘一个圆孔并在孔中翻滚和随盘位移，单列直排 光源固置于盘侧，故各球照明条件不同，转到离光源最近位置的钢球照明最强。该装置一 次只能拍摄5 6个钢球。本实用新型公开的照明装置完全不同于上述专利装置。
实用新型内容
本实用新型的目的在于为计算机视觉检测提供使球体表面能够在镜头下清晰成像的光 学照明装置，并且使照明装置结构简单，造价低廉，适宜于更高效率的球体检测。 本实用新型的目的通过如下技术方案实现
基于机器视觉的球体表面缺陷检测系统照明装置，包括照明顶盒、镜头、检测平台和 盖板；照明顶盒、镜头、检测平台构成封闭空间，盖板盖在检测平台上的被检测球体群上；
所述照明顶盒由四围侧板和顶板形成形状和尺寸对称、圆滑过渡的罩形，罩的中央开 有一个用于插入镜头拍照的圆孔，照明顶盒具有三层结构，空腔里层为具有透光性和散光 性的塑料或玻璃材质的漫射层，外层为非透明塑料外壳，中间层为LED阵列，LED阵列与 置于照明顶盒之外的调光器连通；
所述盖板为不透明刚性材料薄板，板上均匀分布多个圆孔，用于露出被测球体的球冠； 相邻圆孔圆心之间的距离大于或等于1倍球体直径，盖板厚度约为所检测钢球直径的 1/6~1/5。
所述LED阵列6通过外壳内侧刺钩或小孔结构固定。 所述盖板上的圆孔壁面为与球面相配合的随形曲面。
所述盖板为不锈钢薄板、有色金属板或塑料板，表面亚光，与被检测球体有显著色差。 相对于现有技术，本发明具有如下优点
(1) 本实用新型由照明顶盒发出光强可调的均匀漫射光，照射露出的球冠，能解决 球面反光问题，获得球冠面清晰图像，且各球不必用圆柱孔彼此隔离，同时拍摄多个球体 时各球冠表面之间不相互成像，从而使同时成批检测球面缺陷成为可能，可以有效地提高 检测效率和准确率。
(2) 本实用新型公开的照明装置结构简单、制造成本低，易于实现工业化生产。
(3) 本实用新型公开的照明装置光强可控，具有较高的柔性，易于推广到其它检测
用途。
图1是照明顶盒结构示意图2是图1中A处放大图
图3是装置使用示意图
具体实施方式
以下结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型要求保护的范围并不局限于实施方式表达的范围。
如图l、 2、 3所示，球体表面缺陷自动检测系统的照明装置包括照明顶盒l、镜头2、 检测平台3和盖板4;照明顶盒l、镜头2、检测平台3构成封闭空间，盖板4盖在检测平 台3上的被检测球体群上；所述照明顶盒1由四围侧板和顶板形成形状和尺寸对称、圆滑 过渡的罩形，罩的中央开有一个圆孔8，用于插入镜头2;照明顶盒中心孔边缘和侧板底边 用柔性橡胶封装，以保证与镜头之间、与检测平台之间不漏光。照明顶盒具有三层结构， 空腔里层为具有透光性和散光性的塑料或玻璃壳体形成的漫射层7，外层是非透明塑料外 壳5，中间层分布LED阵列6， LED阵列6与置于照明顶盒之外的调光器连通；LED阵 列6通过外壳内侧结构(剌钩或小孔等)固定。照明顶盒各方向的光照均匀柔和。当用于 在线检测时，照明顶盒的相对两侧壁可用布帘代替，使检测平台上的被检测球体能进出。
盖板4的作用是露出被检测的球冠面而屏蔽球冠以下表面，以及使球体9定位。盖板 为不透明刚性材料的薄板，板上均匀分布多个圆孔，相邻圆孔圆心之间的距离大于或等于 1倍球体直径，盖板厚度约为所盖钢球直径的1/6 1/5，使从孔中露出的相邻球冠彼此不互 相成像干扰，并使一定总面积上孔数尽量多。为了保证球面与盖板的圆孔面紧密贴合而不 致于缝隙透光产生球冠外围黑影，圆孔壁面为与球面相配合的随形曲面。盖板采用轻质不 锈不透明刚性材料，如不锈钢薄板、有色金属板、塑料板等，表面相对粗糙，具有良好的 漫反射特性，与被检测球体有显著色差。
检测平台为普通平面。检测时，可将需要检测的直径相同球体单层布满在一个规则形 状(正方、长方、圆形等)的浅底光滑器皿内，然后将分布对应圆孔的盖板盖在球体上， 使每个球体露出面积大小相等的球冠。如成批检测直径6mm的球体，可以使用一个公称尺 寸24mmX30mmX4mm的硬塑盒， 一次装入4行5列共20个球体；用一块0.5mm厚度的 铝合金板，上面横竖相隔6mm圆心距钻出5mm直径的底孔阵列，再用4>6球头锪钻使孔 面成形(不扩大底孔)；将盖板盖在球体上，使每个钢球都与盖板上的圆孔紧密贴合，露出 底圆直径5mm的球冠，盖板与塑盒之间可用或不用销钉固定。
将装有球体的器皿放在固装有相机的检测平台上，把照明顶盒罩在球体正上方，使镜头 穿过照明顶盒中心孔对准球体阵列中心，照明顶盒底面与检测平台贴合。然后插上照明顶 盒电源，调整相机镜头焦距和放大倍率以及照明顶盒的光照强度，可得到露出盖板各个球 冠表面的清晰图像，只在各球冠图像的中央有一个不大的镜头黑影。
如上所说即可较好实施本实用新型。
权利要求1、基于机器视觉的球体表面缺陷检测系统照明装置，其特征在于，该照明装置包括照明顶盒、镜头、检测平台和盖板；照明顶盒、镜头、检测平台构成封闭空间，盖板盖在检测平台上的被检测球体群上；所述照明顶盒由四围侧板和顶板形成形状和尺寸对称、圆滑过渡的罩形，罩的中央开有一个用于插入镜头拍照的圆孔，照明顶盒具有三层结构，空腔里层为具有透光性和散光性的塑料或玻璃材质的漫射层，外层为非透明塑料外壳，中间层为LED阵列，LED阵列与置于照明顶盒之外的调光器连通；所述盖板为不透明刚性材料薄板，板上均匀分布多个圆孔，用于露出被测球体的球冠；相邻圆孔圆心之间的距离大于或等于1倍球体直径，盖板厚度约为所检测钢球直径的1/6～1/5。
2、 根据权利要求l所述的基于机器视觉的球体表面缺陷检测系统照明装置，其特征在 于，所述LED阵列(6)通过外壳内侧刺钩或小孔结构固定。
3、 根据权利要求1或2所述的基于机器视觉的球体表面缺陷检测系统照明装置，其特 征在于，所述盖板上的圆孔壁面为与球面相配合的随形曲面。
4、 根据权利要求l所述的基于机器视觉的球体表面缺陷检测系统照明装置，其特征在 于，所述盖板为不锈钢薄板、有色金属板或塑料板，表面亚光，与被检测球体有显著色差。
专利摘要本实用新型公开了基于机器视觉的球体表面缺陷检测系统照明装置，该照明装置包括照明顶盒、镜头、检测平台和盖板；盖板盖在检测平台上的被检测球体群上；照明顶盒具有三层结构，空腔里层为具有透光性和散光性的塑料或玻璃材质的漫射层，外层为非透明塑料外壳，中间层为LED阵列，LED阵列与置于照明顶盒之外的调光器连通；盖板为不透明刚性材料薄板，板上均匀分布多个圆孔，用于露出被测球体的球冠；相邻圆孔圆心之间的距离大于或等于1倍球体直径，盖板厚度约为所检测钢球直径的1/6～1/5。该照明装置发出的均匀漫射光照射在从盖板孔露出的球冠上，能解决球面反光问题，获得球冠面清晰图像，由此可成批检测球面缺陷。
文档编号G01N21/88GK201141841SQ200720061570
公开日2008年10月29日 申请日期2007年12月14日 优先权日2007年12月14日
发明者全燕鸣, 朱国强 申请人:华南理工大学