具有智能化可调光源的视觉采集方法和装置与流程

1.本发明涉及自动焊接工艺与智能化控制技术领域，特别涉及一种具有智能化可调光源的视觉采集方法和装置。


背景技术：

2.视觉传感监测系统在工业领域中已经得到较为广泛的应用，其中在焊接工艺中，稳定性监测和跟踪传感方法一般有接触式、电弧式、电磁式、光电式、视觉式等多种。其中，视觉传感器因其具有与工件不接触、信息量大(可兼作监控)、抗电磁干扰能力强、灵敏度高、适用坡口形式多等优点，被认为是一种最有发展前景的传感方法。
3.目前，常用的视觉传感器分为电荷耦合器件(ccd)式和互补金属氧化物半导体(cmos)式两种，可将不同强度的光线信号转换为不同幅度的图像信息。与ccd式相比，cmos传感器具有芯片集成度高、功耗低、响应速度快、动态范围广等优点，可采用“线性+对数”的图像信号放大模式，能对低亮度信号线性放大而对高亮度信号则进行对数放大，在保证低亮度区域图像对比度的同时尽可能地扩展动态范围，因此特别适合在像焊接这种明暗对比程度高的环境中工作。linlog技术是一种特殊的感光技术，常用于拍摄高对比度的图像，该技术的基本原理就是利用对数压缩技术压缩图像中的超高亮区域，减小图像对比度。linlog技术使传感器仅在接近饱和及饱和区域为对数压缩响应，而保留其在低照度区域的线性响应和灵敏度，所以既扩展了整个传感器的动态范围，又保证了低照度区域成像的质量。因而，利用机器视觉直接观察焊接工件，通过图像处理获取熔池和小孔的特征信息，进行焊接监测，实现焊接质量的闭环控制，已成为重要的研究方向。
4.利用机器视觉检测焊接工件时，其成像过程离不开光源，光源的情况直接影响成像的质量，因此，为了提高机器视觉的成像质量，需要能够对光源进行适应化调节。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有智能化可调光源的视觉采集装置，包括光源、摄像机和控制器，其中
6.所述光源包括发光器、灯罩、透光镜片和调光组件，所述透光镜片安装在灯罩表面，所述发光器和调光组件安装在灯罩内；
7.所述摄像机包括摄像头和焦距调节机构，所述摄像头与所述透光镜片位于同一平面，
8.所述控制器包括微处理器、执行器和测距仪，测距仪用于测量摄像头与成像物体的距离，微处理器通过执行器控制焦距调节机构进行焦距调节；且微处理器通过执行器控制调光组件调整照射范围。
9.可选的，所述光源呈环形围绕摄像头设置；所述透光镜片采用菲涅尔凸透镜。
10.可选的，所述灯罩内设反光器，所述反光器呈碗形且内表面设有反射增强层，所述发光器位于反光器内侧底部，所述反光器与调光组件连接。
11.可选的，所述调光组件包括筒套、齿轮和电机，所述筒套外侧设有外螺纹，所述筒套内侧为内齿轮，所述筒套固定套设在反光器外，所述灯罩呈设有内螺纹的管状，所述筒套位于灯罩内且两者以螺纹连接，所述齿轮设置在筒套内且齿轮与筒套的内齿轮啮合，所述齿轮与电机的输出轴固定连接，所述电机与执行器连接，所述电机能够正转或者反转。
12.可选的，所述发光器包括环形基板和多个led灯珠，所述led灯珠均匀间隔安装在环形基板上，所述环形基板套设在摄像头周边。
13.可选的，所述控制器连接有亮度传感器，所述亮度传感器用于测量环境亮度，控制器根据环境亮度通过执行器对光源的亮度进行调节。
14.本发明还提供了一种具有智能化可调光源的视觉采集方法，采用上述具有智能化可调光源的视觉采集装置，包括以下步骤：
15.s100将视觉采集装置的光源和摄像头对准焊接工件的焊接位置，用测距仪测量光源和摄像头与焊接工件的距离；
16.s200根据距离调节光源的聚光度，通过聚光度调节控制光源的照射范围以覆盖焊接位置；
17.s300根据距离控制焦距调节机构进行焦距调节，使得摄像头聚焦在焊接工件的焊接位置处；
18.s400摄像机进行拍摄成像，对成像进行处理分析实现焊接工件检测。
19.可选的，在s200步骤中，采用亮度传感器用于测量环境亮度，控制器根据环境亮度通过执行器对光源的亮度进行调节。
20.可选的，在s200步骤中，所述控制器通过改变发光器与透光镜片的距离来调节光源的聚光度，所述透光镜片采用环形透镜，所述控制器采用以下公式计算发光器与透光镜片的距离的调节值：
[0021][0022]
上式中，δ表示发光器与透光镜片距离的调节值；d1表示环形透镜的直径；d2表示焊接工件需要检测的焊接位置最大尺寸；l2表示环形透镜与焊接工件的照射距离；l1表示当前发光器与透光镜片的距离；
[0023]
若计算结果为正，则所述控制器通过执行器控制调光组件带动发光器朝远离透光镜片的方向移动；若计算结果为，则让发光器朝透光镜片的方向移动。
[0024]
可选的，所述控制器设有亮度计，所述亮度计测量照射范围内各点的亮度；所述发光器包括环形基板和多个led灯珠，所述led灯珠均匀间隔安装在环形基板上，所述控制器采用以下公式计算发光器的功率：
[0025][0026]
上式中，q表示发光器的功率；n表示led灯珠的数量；e表示照射范围内i点的亮度，通过亮度计测量得到；d2表示焊接工件需要检测的焊接位置最大尺寸；d表示led灯珠的布置间距；γ表示led灯珠的利用系数；λ表示led灯珠的光效系数；η表示发光器的有效功率系数；m表示发光器的养护系数，取值范围为0.6
‑
0.7；
[0027]
所述控制器根据上述发光器功率的计算结果，通过执行器控制向发光器输送的电源功率。
[0028]
本发明的具有智能化可调光源的视觉采集方法和装置，通过采用带有调光组件的光源，在对焊接工件的焊接位置进行视觉采集时，根据装置与焊接工件的距离和焊接位置尺寸，自动调节光源的照射范围，保障摄像头在进行焊接工件成像时有足够的光照范围和亮度，以提高机器视觉采集中成像的质量，从而提高精度。
[0029]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0030]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0031]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0032]
图1为本发明实施例中一种具有智能化可调光源的视觉采集装置立体示意图；
[0033]
图2为本发明的具有智能化可调光源的视觉采集装置实施例内部结构示意图；
[0034]
图3为图2实施例采用的发光器平面示意图；
[0035]
图4为本发明实施例中一种具有智能化可调光源的视觉采集方法流程图。
[0036]
图中：光源1，摄像机2，控制器3，透光镜片4，摄像头5，执行器6，发光器7，灯罩8，反光器9，筒套10，齿轮11，输出轴12，环形基板13，led灯珠14。
具体实施方式
[0037]
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0038]
如图1
‑
3所示，本发明实施例提供了一种具有智能化可调光源的视觉采集装置，包括光源1、摄像机2和控制器3，其中
[0039]
所述光源1包括发光器7、灯罩8、透光镜片4和调光组件，所述透光镜片安装在灯罩表面，所述发光器和调光组件安装在灯罩内；
[0040]
所述摄像机2包括摄像头5和焦距调节机构，所述摄像头5与所述透光镜片位于同一平面，
[0041]
所述控制器3包括微处理器、执行器6和测距仪，测距仪用于测量摄像头与成像物体的距离，微处理器通过执行器控制焦距调节机构进行焦距调节；且微处理器通过执行器控制调光组件调整照射范围。
[0042]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本发明通过采用带有调光组件的光源，在对焊接工件的焊接位置进行视觉采集时，根据装置与焊接工件的距离和焊接位置尺寸，自动调节光源的照射范围，保障摄像头在进行焊接工件成像时有足够的光照范围和亮度，以提高机器视觉采集中成像的质量，从而提高精度。
[0043]
在一个实施例中，如图1
‑
3所示，所述光源1呈环形围绕摄像头5设置；所述透光镜片4采用菲涅尔凸透镜；所述发光器7包括环形基板13和多个led灯珠14，所述led灯珠14均
匀间隔安装在环形基板13上，所述环形基板13套设在摄像头5周边；所述灯罩8内设反光器9，所述反光器9呈碗形且内表面设有反射增强层，所述发光器7位于反光器9内侧底部，所述反光器9与调光组件连接。
[0044]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过把光源呈环形围绕摄像头设置，使得摄像头周向光照均匀，能够实现光源与摄像头的跟随与同步；发光器采用led灯，可以降低电能消耗，光源可调性更好；透光镜片采用菲涅尔凸透镜可以提高聚光度，减少光发散浪费；设置反光器可以增加照射亮度。
[0045]
在一个实施例中，如图2所示，所述调光组件包括筒套10、齿轮11和电机，所述筒套10外侧设有外螺纹，所述筒套10内侧为内齿轮，所述筒套10固定套设在反光器9外，所述灯罩8为设有内螺纹的管状，所述筒套10位于灯罩8内且两者以螺纹连接，所述齿轮11设置在筒套内10且齿轮11与筒套10的内齿轮啮合，所述齿轮11与电机的输出轴12固定连接，所述电机与执行器连接，所述电机能够正转或者反转。
[0046]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案提供了一种调光组件，其中电机与灯罩固定连接，通过电机带动齿轮的旋转，齿轮带动筒套，筒套通过螺纹与灯罩发生相对移动，从而改变发光器与安装在灯罩前端的透光镜片的距离，达到调节照射范围的目的；电机可以正转也可以反转，使得发光器与透光镜片的距离调节可以缩短也可以拉长。
[0047]
在一个实施例中，所述控制器连接有亮度传感器，所述亮度传感器用于测量环境亮度，控制器根据环境亮度通过执行器对光源的亮度进行调节。
[0048]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置亮度传感器，用于测量环境亮度，控制器根据环境亮度情况，结合可见光的叠加效应，通过执行器对光源的亮度进行调节，在环境亮度较高时，可以节省光源的电耗，达到节能的目的，同时避免成像亮度受到环境亮度影响发生波动，可以保持成像亮度的稳定性，提高成像质量的一致性。
[0049]
如图4所示，本发明实施例提供了一种具有智能化可调光源的视觉采集方法，采用上述具有智能化可调光源的视觉采集装置，包括以下步骤：
[0050]
s100将视觉采集装置的光源和摄像头对准焊接工件的焊接位置，用测距仪测量光源和摄像头与焊接工件的距离；
[0051]
s200根据距离调节光源的聚光度，通过聚光度调节控制光源的照射范围以覆盖焊接位置；
[0052]
s300根据距离控制焦距调节机构进行焦距调节，使得摄像头聚焦在焊接工件的焊接位置处；
[0053]
s400摄像机进行拍摄成像，对成像进行处理分析实现焊接工件检测。
[0054]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本发明通过采用带有调光组件的光源，在对焊接工件的焊接位置进行视觉采集时，根据装置与焊接工件的距离和焊接位置尺寸，自动调节光源的照射范围，保障摄像头在进行焊接工件成像时有足够的光照范围和亮度，以提高机器视觉采集中成像的质量，从而提高精度。
[0055]
在一个实施例中，在s200步骤中，采用亮度传感器用于测量环境亮度，控制器根据环境亮度通过执行器对光源的亮度进行调节。
[0056]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过使用亮度传感器测量环境亮度，控制器根据环境亮度情况，结合可见光的叠加效应，通过执行器对光源的亮度进行调
节，在环境亮度较高时，可以节省光源的电耗，达到节能的目的，同时避免成像亮度受到环境亮度影响发生波动，可以保持成像亮度的稳定性，提高成像质量的一致性。
[0057]
在一个实施例中，在s200步骤中，所述控制器通过改变发光器7与透光镜片4的距离来调节光源的聚光度，所述透光镜片4采用环形透镜，所述控制器采用以下公式计算发光器7与透光镜片4的距离的调节值：
[0058][0059]
上式中，δ表示发光器与透光镜片距离的调节值；d1表示环形透镜的直径；d2表示焊接工件需要检测的焊接位置最大尺寸；l2表示环形透镜与焊接工件的照射距离；l1表示当前发光器与透光镜片的距离；
[0060]
若计算结果为正，则所述控制器通过执行器控制调光组件带动发光器朝远离透光镜片的方向移动；若计算结果为，则让发光器朝透光镜片的方向移动。
[0061]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过上述公式计算发光器与透光镜片距离的调节值，用以控制距离调节量，且能够一次性调节到位，可以减少调节的反复性，能够快速精准地调节到位，节省了调节时间，保障了视觉采集的效率；减少调节次数，可以提高设备使用寿命，降低调节能耗和故障率，节省使用与维护成本。
[0062]
在一个实施例中，所述控制器设有亮度计，所述亮度计测量照射范围内各点的亮度；所述发光器包括环形基板13和多个led灯珠14，所述led灯珠14均匀间隔安装在环形基板13上，所述控制器采用以下公式计算发光器的功率：
[0063][0064]
上式中，q表示发光器的功率；n表示led灯珠的数量；e表示照射范围内i点的亮度，通过亮度计测量得到；d2表示焊接工件需要检测的焊接位置最大尺寸；d表示led灯珠的布置间距；γ表示led灯珠的利用系数；λ表示led灯珠的光效系数；η表示发光器的有效功率系数；m表示发光器的养护系数，取值范围为0.6
‑
0.7；
[0065]
所述控制器根据上述发光器功率的计算结果，通过执行器控制向发光器输送的电源功率。
[0066]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置亮度计对照射范围内进行多点亮度检测，通过上述计算公式计算光源的功率需求，并进行电功率输送控制，一方面可以节省能源；另一方面可以设定亮度阈值来控制各点实际亮度不低于该阈值，以保障视觉采集过程中成像时的亮度要求，防止成像不合格影响后续处理分析结果。
[0067]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。