用于检测物体的表面状况的装置和用于制造装置的方法与流程

1.本公开的示例实施例大体上涉及产品质量检查的改进，更具体地涉及一种用于检测物体表面的装置和用于制造该装置的方法。


背景技术：

2.机器视觉是一种重要且有效的产品质量检查感测技术，它已在现代自动化和制造行业中被广泛采用。为了彻底审查要被检查的产品周围的内表面或外表面，记录表面信息的照片对于进一步的处理程序至关重要。要被检测的物体通常可以是具有360度圆周表面的旋转体。如何方便地捕获圆周表面的完整图像成为设计人员面临的挑战。
3.常规来说，提供了多种方法来捕获要被检测的物体表面的图像。例如，多个静态相机可以被设置在物体的圆周表面周围。然而，这种方法大大增加了成本以及由多个静态相机捕获的多个图片之间的拼接，并且也很麻烦。备选地，为了解决以上问题，单个相机可以被布置在移动机器人上，该机器人相对于表面旋转以获得感兴趣表面的图像。然而，机器人的旋转浪费了循环时间，这大大降低了检测效率。
4.广角或鱼眼镜头也可以被考虑。然而，这种镜头的检测角度是有限的，例如小于250度，这使得镜头仍然无法获得物体的360度表面的完整信息，尤其是在感兴趣的表面是旋转体的外表面的情况下。
5.在wo2017031710a1中，提出了一种解决方案，用于借助于反射设备经由单个图像帧从不同视角检查物体。然而，需要多个反射设备，这意味着高成本和复杂性。
6.因此，需要一种更简单且更便宜的设计以使表面状况能够被检测到。


技术实现要素：

7.本公开的示例实施例提出了一种用于以方便且便宜的方式捕获物体表面的完整图像的解决方案。
8.在第一方面中，本公开的实施例涉及一种用于检测物体的表面状况的装置，包括：光源，被配置为照亮物体的表面；反射面，朝向物体表面布置并且反射从表面发出的光；以及成像设备，被配置为接收来自反射面的反射光；其中反射面相对于成像设备的光轴以第一锐角定向，使得经由反射面形成的表面的虚像的投影区域大于该表面在垂直于光轴的平面上投影区域。
9.根据本公开的实施例，表面的图像可以被反射面反射，并且被图像设备捕获。由于虚像的投影区域大于表面，因此更多信息可以被捕获，因此质量检查可以被促进。
10.在一些实施例中，该装置还包括反射构件，该反射构件包括反射面和第二面，在第二面与反射面之间形成第二锐角，并且第二面垂直于光轴。
11.在一些实施例中，反射构件是截头锥体形状，并且其中反射面是反射构件的侧表面，并且第二面是反射构件的底表面。
12.在一些实施例中，物体的表面被设置为比反射面更远离光轴，并且反射材料被设
置在反射面的远离光轴的外侧。
13.在一些实施例中，物体的表面被设置为比反射面更靠近光轴，并且反射材料被设置在反射面的朝向光轴的内侧。
14.在一些实施例中，物体是半球形的盖子，其中盖子的中心轴平行于光轴，并且表面沿光轴的高度不大于反射面沿光轴的高度。
15.在一些实施例中，物体为棱柱形的，其中物体的侧边平行于光轴，并且表面被设置在物体的侧表面上。
16.在一些实施例中，物体为柱形的，其中物体的中心轴平行于光轴，并且表面被设置在物体的侧表面上。
17.在一些实施例中，第一锐角在30度至60度的范围内。
18.在一些实施例中，第二锐角为大约45度。
19.在一些实施例中，反射面设置有反射材料，该反射材料包括由铝制成的箔，或者反射面被涂覆有由铝制成的涂层。
20.在一些实施例中，该装置还包括处理单元，该处理单元被耦接至成像设备并且被配置为：接收由成像设备捕获的虚像的照片；以及对照片进行处理，以确定表面上是否存在缺陷。
21.在第二方面中，本公开的实施例涉及一种用于制造用于检测物体的表面状况的装置的方法，包括：提供光源，该光源被配置为照亮物体的表面；提供反射面，该反射面朝向物体表面布置并且反射来自表面的光；以及提供成像设备，该成像设备被配置为接收从反射面发出的反射光；其中提供反射面包括：使反射面相对于成像设备的光轴以第一锐角定向，使得经由反射面形成的表面的虚像的投影区域大于该表面在垂直于光轴的平面上的投影区域。
附图说明
22.通过参照附图的以下详细描述，本文公开的示例实施例的以上和其他目的、特征和优点将变得更容易理解。在附图中，本文公开的若干示例实施例将在示例中以非限制性方式图示，其中：
23.图1图示了根据本公开的示例实施例的用于检测物体的表面状况的装置的截面图；
24.图2图示了图1的装置的一部分的透视图，示出了物体和反射面之间的示例性空间关系；
25.图3图示了根据本公开的另一示例实施例的用于检测物体的表面状况的装置的截面图；
26.图4图示了图3的装置的一部分的透视图，示出了物体和反射面之间的示例性空间关系；
27.图5至图6图示了可以与根据本公开的示例实施例的装置一起使用的示例性物体；以及
28.图7图示了根据本公开的一些示例实施例的用于制造用于检测物体的表面状况的装置的方法700。
29.在整个附图中，相同或对应的参考符号指代相同或对应的部分。
具体实施方式
30.本文描述的主题现在将参照多个示例实施例来讨论。这些实施例被讨论仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解并因此实施本文描述的主题，而不是暗示对主题范围的任何限制。
31.术语“包括”或“包含”及其变型应被读取为开放术语，其表示“包括但不限于”。除非上下文另有清晰指示，否则术语“或者”应被读取为“和/或”。术语“基于”应被读取为“至少部分地基于”。术语“可操作”是指可以通过用户或外部机制诱发的操作来实现的功能、动作、运动或状态。术语“一个实施例”和“实施例”应被读取为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应被读取为“至少一个其他实施例”。
32.除非另有指定或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦接”及其变化被广泛使用，并且涵盖直接和间接安装、连接、支撑和耦接。此外，“连接”和“耦接”不被限于物理或机械连接或耦接。在以下描述中，相同的附图标记和标签被用于描述附图中的相同、类似或对应部分。其他定义(显式和隐式的)可以在下面被包括在内。
33.本发明的实施例在下文中将参照图1至图4详细描述。
34.图1图示了根据本公开的示例实施例的用于检测物体40的表面状况的装置1的截面图。图2图示了图1的装置的一部分的透视图。
35.如所示，装置1通常包括光源20、反射面34和成像设备10。光源20被配置为照亮物体40的表面42。物体40的表面42是其状况要被检测的表面。反射面34朝向物体40的表面42布置，因此可以反射来自表面42的光。成像设备10定义光轴a。如附图所示，成像设备10被配置为接收来自反射面34的反射光。
36.表面的虚像44是借助于反射面34的反射形成的，因此可以被成像设备10捕获。表面42的虚像44在垂直于光轴a的平面70上具有投影区域s1。表面42本身在该平面70上具有投影区域s2。如所图示的，反射面34相对于光轴a成第一锐角α。由于这种布置，虚像44的投影区域s1大于表面42的投影区域s2。
37.如图1所图示的，由于表面42与光轴a成小角度甚或基本上平行于光轴a，所以表面42在平面70上的投影区域s2非常小，这使得成像设备10所捕获的有效区域非常有限。因此，关于表面42的足够信息无法被获得。这对于进一步处理来说不是理想的。利用所示的反射面34，虚像44的投影区域s1大于投影区域s2。
38.因此，来自虚像44的更多信息可以由成像设备10获得。通过这种方式，由表面42指示的信息可以以简单的方式获得。
39.图3图示了根据本公开的另一示例实施例的用于检测物体的表面状况的装置的截面图。图4图示了图3的装置的一部分的透视图。
40.在一些实施例中，如图1和3所图示的，装置1还可以包括反射构件30。反射构件30包括反射面34和第二面32。第二面32与平面70平行，因此垂直于光轴a。第二面32相对于反射面34以第二锐角β定向。
41.如图2和4所图示的，在一些实施例中，反射构件30为截头锥体形状。截头锥体的底表面是垂直于光轴a的第二面32。反射面34是截头锥体的侧表面，与底表面形成锥角β。
42.通过这种方式，利用可以被容易地制造的截头锥体，物体40的表面状况可以被方便地检测。
43.虽然图1至图4图示了反射构件30为截头锥体的形式，但是要理解的是，这仅仅是示例，并不暗示对本公开的范围的任何限制。在替代实施例中，具有顶点的完整锥体也是可能的，只要反射构件30的高度确保整个感兴趣区域可以被反射然后被成像设备10捕获即可。
44.在一些实施例中，如图1和图2所图示的，物体40的表面42可以被设置为比反射面34更远离光轴a。反射材料被设置在反射面34的外侧。通过这种方式，物体40的内面的状况可以被检测到。
45.在一些实施例中，如图3和4所图示的，物体40的表面42可以被设置为比反射面34更靠近光轴a。反射材料可以被设置在反射面34的朝向光轴a的内侧。通过这种方式，物体40的外面的状况可以被检测到。
46.通过这种方式，物体40的内面和外面42两者的完整信息可以以便宜且简单的方式在一次拍摄中捕获。
47.在一些实施例中，如图1和图3所图示的，物体40可以是半球形的盖子。如所图示的，盖子的中心轴平行于光轴a。表面42沿光轴a具有高度h1，并且反射面34沿光轴a具有高度h2。参照图1，在一些实施例中，表面42的高度h1可以等于反射面34的高度h2。在其他实施例中，参照图3，表面42的高度h1可以小于反射面34的高度h2。通过这种方式，与物体40的表面状况相关的信息不会丢失。
48.在一些实现中，盖子可以是圆顶形状。在一些实施例中，盖子可以被用于安全领域中的安全相机。
49.在一些实施例中，光源20可以是点光源或表面光源的形式。在一些实施例中，如图1和3所图示的，光源20可以是环形光源的形式。开口22被设置有环形光源以允许光路穿过。要理解的是，该图示的配置仅是示例，而不暗示对本公开的范围的任何限制。光源20可以以不同方式成形，只要光源20可以有效地照亮检查区域并且不会影响成像设备10的光路即可。
50.图5至图6图示了可以与根据本公开的示例实施例的装置1一起使用的示例性物体40。
51.在一些实施例中，如图5所图示的，物体40可以是棱柱形状。如所图示的，物体40的侧边可以平行于光轴a，并且表面42被设置在物体40的侧表面上。虽然图5图示了四棱柱，但是要理解的是，这仅是示例，并不暗示对本公开的范围的任何限制。具有任何其他边数的棱柱也是可能的，例如三棱柱、五棱柱等，这可能取决于用户的需求。而且，虽然图5图示了直棱柱，但要理解的是，在一些实施例中，物体40可以是倾斜的、弯曲的或扭曲的棱柱。
52.在一些实施例中，如图6所图示的，其中物体40可以是柱形状。如所图示的，物体40的中心轴可以平行于光轴a，并且表面42被设置在物体40的侧表面上。虽然图6图示了圆棱柱，但是要理解的是，这仅是示例，并不暗示对本公开的范围的任何限制。在一些实施例中，物体40可以是椭圆棱柱。在其他实施例中，物体40可以是管状的。通过这种方式，根据本公开的装置1适用于检测各种形状的物体40。
53.在一些实施例中，侧表面和底表面之间的角度α可以在从30度到60度的范围内。
54.在一些实施例中，角度β可以是大约45度。通过这种方式，当物体40的表面42平行于光轴a时，由反射面34形成的虚像44就会法向于光轴a。因此，第一投影区域s1会被保持在最大值，并且成像设备10能够捕获足够的信息用于处理。通过这种方式，操作是简单的，并且更省时。
55.要理解的是，上面列出的值仅是说明性的，而不是限制性的。在一些实施例中，侧表面可以相对于底表面通过其他值的锥角β定向，只要虚像44在平面70上的第一投影区域s1大于物体40的表面42的第二投影区域s2即可。
56.在一些实施例中，反射面34可以设置有反射材料，诸如铝箔。在其他实施例中，反射面34可以被涂覆有由铝制成的涂层。通过这种方式，利用附着至反射面34的便宜的反射材料，质量检查的准确性可以被保证，而不会显著改变图像捕获单元的现有结构。
57.要理解的是，反射面34的材料可以是已知的或将来开发的任何材料，例如金属膜，只要该材料可以提供足够的反射特性来形成虚像44即可。
58.通过这种方式，利用在截头锥体反射构件30的表面上提供的低成本反射材料，具有内面或外面的360度视图的完整图像可以通过单次拍摄来检测。而且，成本可以被控制在可以接受的水平，这大大扩展了使用范围。
59.在一些实施例中，装置1还可以包括被耦接至成像设备10的处理单元。处理单元被配置为接收由成像设备10捕获的虚像44的图像。而且，处理单元还被配置为对图像进行处理，以确定表面42上是否存在缺陷45。通过这种方式，质量检查的效率可以被提高。
60.在一些实施例中，处理单元可以与成像设备10集成。在一些实施例中，处理单元可以被远程耦接至成像设备10。本公开的范围不被限于任何具体的连接方式。
61.图7图示了根据本公开的一些示例实施例的用于制造用于检测物体的表面状况的装置的方法700。
62.在框702中，提供了光源20，该光源20被配置为照亮物体40的表面42。在框704中，提供了反射面34，该反射面34朝向物体40的表面42布置并且反射来自表面42的光。在框706中，提供了成像设备10，该成像设备10被配置为接收来自反射面34的反射光。
63.在框708中，提供反射面34包括：使反射面34相对于成像设备10的光轴a以第一锐角α定向，使得经由反射面34形成的表面42的虚像44的投影区域s1大于该表面42在垂直于光轴a的平面70上的投影区域s2。
64.在一些实施例中，返回参照图1和3，方法700还可以包括提供反射构件30。反射构件30包括反射面34和第二面32。
65.参照图2和4，在一些实施例中，反射构件30为截头锥体形状。截头锥体的底表面是垂直于光轴a的第二面32。反射面34是截头锥体的侧表面，与底表面形成锥角β。
66.在一些实施例中，方法700还可以包括将物体40的表面42设置为比反射面34更远离光轴a。反射材料可以被设置在反射面34的外侧。
67.在一些实施例中，方法700还可以包括将物体40的表面42设置为比反射面34更靠近光轴a。反射材料可以被设置在反射面34的朝向光轴a的内侧。
68.在一些实施例中，方法700还包括提供被耦接至成像设备10的处理单元。处理单元被配置为接收由成像设备10捕获的虚像44的图像。而且，处理单元还被配置为对图像进行处理，以确定表面42上是否存在缺陷45。
69.要理解，图7中涉及的装置、结构或过程已经在上面参照图1至6描述，并且为了简洁起见，细节在下文中将不再描述。
70.进一步地，虽然操作以特定顺序描绘，但是这不应该被理解为要求这种操作按照所示的特定顺序或者按照相继顺序来执行，或者所有图示的操作被执行，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务处理和并行处理可能是有利的。同样地，尽管多个具体的实施细节被包含在以上讨论中，但是这些不应该被解释为对本公开范围的限制，而应该解释为可能特定于特定实施例的特征的描述。在单独实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地被实施在单个实施例中。另一方面，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或者按照任何合适的子组合被实施在多个实施例中。
71.与检测物体的表面状况的常规方法相比，通过根据上述示例性实施例简单地提供单个反射面34，表面状况的完整信息可以在一次拍摄中捕获。因此，检测效率可以被大大提高，并且成本可以被降低。
72.尽管主题已经用特定于结构特征和/或方法行动的语言描述，但是要理解的是，在所附权利要求中限定的主题并不一定被限于上述具体特征或行动。相反，上述具体特征和行动被公开为实施权利要求的示例形式。