一种柔性区域可控制的照明光源装置的制作方法

1.本发明属于精密测量技术领域与光学工程领域，特别是柔性区域可控制的照明光源装置领域。


背景技术：

2.照明是视觉检测系统成像的关键条件，直接影响着视觉检测系统质量，针对成像系统有大景深的需求和照明条件差的问题，一台设备经常更换不同的产品进行视觉检测，无法高效调节光源装置便无法高效地完成高质量的视觉检测任务，针对上述问题，如何进行视觉检测系统照明质量的优化受到专家学者的普遍关注。综合考虑视觉检测系统视场角、景深、分辨率等参数，结合试验现场的具体尺寸参数，设计一种柔性区域可控制的照明光源装置对产品进行检测。使用此方法进行照明方式的仿真和试验，通过分析正面、背面、明场、暗场、漫射、直射、多光谱、单光谱等照明方式对成像质量的影响，综合考虑适应现场安装条件等需求，设计优化照明系统，从而保证视觉检测系统高质量成像。单独且非柔性照明系统比较成熟，但是在满足高效率的情况下，如何选择最适合视觉检测系统条件的照明方式仍然是当今亟待解决的工业难题。
3.常见的单独照明方式和用途有5种：明场漫射正面照明方式：常用于防止产生阴影，并且用于减少或者防止产生镜面反射；明场直接正面照明方式：使用倾斜的环形光，常用于使空洞或感兴趣区域产生阴影；暗场直接正面照明方式：常用于突出被测物的缺口及凸起，使划痕、纹理或雕刻文字等被增强，更加清晰；明场漫射背光照明方式：常用于厚度不大的不透明被测物的轮廓信息；明场平行光背光照明方式：常用于使被测物的轮廓非常锐利，常用于测量应用。
4.其中对于平行光和漫射光各有其应用优缺点，平行光照明可以提高检测系统中被检测物体边缘轮廓对比度，但是需要远心镜头的配合使用；漫射光照明可以减少被测物体的表面发射，防止产生阴影，增大被照射区域体积，但是拍摄的光影效果相对平淡且不够锐利。
5.对于高效的视觉检测系统中，需要一种具有柔性可调、可控制的照明光源装置，便于验证和确定某视觉装置检测物体最适合的照明方式，便于整个视觉检测系统的工作效率提升，来实现高效的视觉检测系统中最佳照明方式的选择。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种柔性区域可控制的照明光源装置，柔性可调的照明光源装置，便于集成在视觉成像检测系统中，实现最佳成像照明方式的选择。本发明提供了如下的技术方案：
7.一种柔性区域可控制的照明光源装置，包括环形光源，其特征在于，所述环形光源为可变角度环形光源，所述可变角度环形光源包括位于环形中间的柱形位移台，多条滑道和条形光源，多条滑道布置在柱形位移台外周，每条滑道分别与一个条形光源相连，连接方
式为：条形光源靠内的一端通过铰接的方式连接到滑道，在滑道上设置有滑动位移块，在条形光源和滑动位移块上分别设置有支点，条形光源的支点和滑动位移块的支点通过铰接的方式和固定长光源杆连接，通过控制滑动位移块的移动，推动条形光源进行照明角度的改变。
8.进一步地，通过位移电机控制台控制滑动位移块的移动，推动条形光源进行照明角度的改变。
9.进一步地，通过对各个条形光源的照明角度的改变以及调整可变角度环形光源与被照明物体的距离，实现不同照明方式的切换。
10.进一步地，通过在可变角度环形光源的条形光源外部设置环形漫反射板，实现明场漫射正面照明方式。
11.进一步地，所述的照明光源装置还包括滑轨，可变角度环形光源能够沿滑轨移动。
12.进一步地，所述的照明光源装置还包括背光光源。所述的背光光源为平行光源，用以实现明场平行光背光照明方式。
13.进一步地，所述的背光光源还可以设置有背光漫射板，用以实现明场漫射背光照明方式。
14.进一步地，背光光源与待照明物体之间的距离可调。
15.进一步地，环形漫射板或背光漫射板包含至少两个平行或叠放在一起的条纹透光板，每个条纹透光板的面向背光光源的一面为光滑面，背向光源的一面设置有条形沟槽，两个条纹透光板的条形沟槽相互垂直。
16.本发明的有益效果如下：
17.(1)本发明提供的的柔性区域可控制的照明光源装置，柔性可调，可以集成在视觉成像检测系统中，从而可以实现在线最佳成像照明方式选择；
18.(2)本发明提供的照明光源角度可调的位移机械结构，可以实现发光角度可调的光源，从而可以改变环形光照明效果；
19.(3)本发明提供的将led点光源转换为面光源的漫射板，可以设计为圆环形和矩形，从而可以提供一种匀光漫射的装置，实现光线的漫射效果。
附图说明
20.图1是本发明的一种柔性区域可控制的照明光源装置。
21.图2是本发明可变角度环形光源3的整体结构示意图，2
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1是未加环形漫射板的可变角度环形光源3结构示意图，2
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2是加了环形漫射板的可变角度环形光源3结构示意图。
22.图3是本发明可变角度环形光源3的局部位移机械结构示意图。
23.图4是本发明实现的五种照明方式示意图。
24.图5是本发明中将点光源变成面光源的漫射板原理示意图。
25.图1中：1为滑轨；2为可变角度环形光源的环形卡槽；3为可变角度环形光源；4为透明平板；5为竖直位移轴；6为载物板；7为背光光源；8为透明支架；9为拍摄相机；10为固定支架。
26.图2中：11为条形光源；12为滑道；13为柱形位移台；14为光源的外包层结构。
27.图3中：15为固定转轴；16为滑动位移块；17为固定长光源杆；18为位移电机控制
台；β为条形光源11与滑道12所成角度。
28.图4中：4
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1为明场漫射正面照明；4
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2为明场直接正面照明；4
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3为暗场直接正面照明；4
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4为明场漫射背光照明；4
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5为明场平行光背光照明；19为环形漫射板；20为矩形背光漫射板。
29.图5中：21为条纹透光板，22为条纹透光板，23表示点光源，24表示线状光，25表示面状光。
具体实施方式
30.本发明采用的技术方案是，一种柔性区域可控制的多光谱光源装置，主要由以下部分构成：
31.如图1所示柔性区域中，其中位于上方横向滑道1上的可变角度环形光源3可以通过调整环形光源的角度，从而产生暗场和明场两种照明情况；安装环形光源的上方有可变角度环形光源的环形卡槽2，通过更换是否加环形漫射板19的可变角度环形光源3，从而产生直接照明和漫射照明两种光源发散情况。上述情况中，可变角度环形光源3始终位于放置被照物体的透明平板4的上方，其中透明平板下方有上下移动的竖直位移轴5，通过竖直位移轴5的移动可以改变被照物体和环形光源的距离，从而实现图4中的前三种正面照明的方式。当可变角度环形光源3中的所有条形光源11与滑道12所成角度β为90度时，可以在可变角度环形光源3上加环形漫射板19，再适当调整物体和可变角度环形光源3的距离可以实现图4中的4
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1明场漫射正面照明方式；当可变角度环形光源3中的所有条形光源11与滑道12所成角度β略大于90度时，适当调整物体和可变角度环形光源3的距离可以实现图4中的4
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2明场直接正面照明方式；当可变角度环形光源3中的所有条形光源11与滑道12所成角度β接近180度时，此时极少的光可以反射到拍摄相机9中，调整物体和可变角度环形光源3的距离可以实现图4中的4
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3暗场直接正面照明方式；
32.位于下方竖直位移轴5上方的载物板6上，放置有一个背光光源7和透明平板4，透明支架8位于背光光源7的四个角上，用于支撑透明平板4，通过更换背光光源的种类，可以产生两种背光照明的情况。当背光光源7加矩形背光漫射板20时，可以实现图4中4
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4的明场漫射背光照明方式；当背光光源为平行光时，可以实现图4中4
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5的明场平行光背光照明方式，拍摄相机9位于环形光源的中心处，用于进行光源环境调整后的在线拍摄。
33.整个机械结构位于固定支架10中，结构坚固，易于集成到视觉成像检测系统中。
34.图1中的角度可调环形光源可以通过图2的环形光源位移机械结构自动调节环形光源的照射方向，11为组成可变角度环形光源3的条形光源，12为滑道，13为柱形位移台，14为光源的外圈层结构，柱形位移台13和光源外包层结构14的中间部分为可变角度环形光源3，柱形位移台13内部为中空，用以拍摄相机9可以从中穿过从而位于可变角度环形光源3的中央。
35.图2位移机械结构的具体局部结构如图3所示，其中15为每个条形光源11的固定转轴，16为滑动位移块，其中条形光源11的下端与固定转轴15固定连接，整体通过铰接的方式和滑道12连接，17为固定长光源杆，其中在条形光源11一侧的支点位于条形光源的中间位置，另一侧的支点位于滑动位移块16的中央，固定长光源杆17两端通过铰接的方式和条形光源11以及滑动位移块16连接，通过移动滑道12上的滑动位移块16，可以通过光源杆整体
的移动推动条形光源11绕着固定转轴15进行旋转。通过位移电机控制台18控制滑动位移块16的移动，从而通过固定长光源杆17推动条形光源11进行角度的改变，从而最终实现可变角度环形光源3角度的改变。
36.市面上已经有各种漫射板可以选择，本发明的技术方案在实施的时候，可以直接选用现成设计的漫射板，本发明实施例采用下面的优化设计：环形漫射板和矩形背光漫射板只形状不同，但其具有相同的原理，如图5所示，点光源23从条纹透光板21的光滑一面，即无沟槽一面入射，由条纹透光板21将点光源23转换成线状光24，由条纹透光板22再将线状光24转换成面状光25。条纹透光板21和条纹透光板22的条纹方向相互垂直且条形沟槽均设置在背光源一侧。条纹透光板21直接叠放在点光源23上，透光板22叠放在透光板21上，所有的条形沟槽均设置在背光源一侧。通过此漫射板区域，即可以进行光线的匀光漫射。
37.利用上述新型柔性区域可控制的照明光源装置，进行拍摄物体光源照明环境的在线改变，如图1所示，包括下列步骤：
38.第一步是通过环形光源位移机械结构改变被照物体和可变角度环形光源3的距离以及调整可变角度环形光源3的角度，可以实现图4的前三种正面照明方式。当所有条形光源11与滑道12所成角度β为90度时，在可变角度环形光源3上加漫射板，再适当调整物体和环形光源3的距离可以实现第一种明场漫射正面照明；当所有条形光源11与滑道12所成角度β略大于90度时，适当调整物体和可变角度环形光源3距离可以实现第二种明场直接正面照明方式；当所有条形光源11与滑道12所成角度β接近180度时，此时极少的光可以反射到拍摄相机9中，适当调整物体和可变角度环形光源3距离可以实现第三种暗场直接正面照明方式；
39.第二步是背光光源7放在下方的载物板6上，将物体放在透明平板4上，可以实现两种背光照明的方式。当背光光源7为正常光源加矩形背光漫射板20时，将被照物体放在背光光源7上方的透明平板4上，拍摄相机9位置不变，可以实现明场漫射背光照明方式；当将背光光源7换为平行光源时，物体放在透明平板4上，拍摄相机9位置不变，可以实现明场平行光背光照明方式。