專(zhuān)利名稱(chēng)：基于機(jī)器視覺(jué)的球體表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的照明裝置，特別是涉及用于各種直徑球體表面自動(dòng)檢 測(cè)系統(tǒng)的光學(xué)成像照明裝置，被檢測(cè)球體為拋光和非拋光的鋼球、陶瓷球、塑料球，尤其 是滾珠軸承用的球體。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代工業(yè)裝備中，軸承的作用及其重要。各類(lèi)機(jī)電設(shè)備都需要用到軸承，而鋼球作 為軸承的重要零件，其質(zhì)量對(duì)軸承的精度、運(yùn)動(dòng)性能、使用壽命等都有至關(guān)重要的影響。 因?yàn)殇撉蛸|(zhì)量是衡量軸承質(zhì)量的重要指標(biāo)，故必須對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)，其中對(duì)鋼球表面缺 陷的檢驗(yàn)尤為重要。據(jù)軸承網(wǎng)統(tǒng)計(jì):鋼球占影響軸承全部因素的85%。在國(guó)內(nèi)，軸承因鋼球 破壞而失效的比例達(dá)78%，國(guó)外此項(xiàng)數(shù)據(jù)為30%。由哈軸集團(tuán)的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表明在軸承的失 效形式中，由于鋼球表面缺陷而引起的裂紋、裂縫造成的軸承失效達(dá)65%。這些數(shù)據(jù)表明 了鋼球在軸承質(zhì)量中的地位和重要性。前蘇聯(lián)、美國(guó)、英國(guó)、瑞典、德國(guó)、日本和捷克等 國(guó)相繼進(jìn)行了鋼球表面自動(dòng)檢查儀的研究開(kāi)發(fā)，實(shí)用化的鋼球表面自動(dòng)檢查儀主要采用電 渦流探傷和光學(xué)法檢測(cè)，其中有代表性的是捷克S0MET公司的AVIK0系列鋼球表面自動(dòng)檢 査儀，其次是日本的大旺鋼球株式會(huì)社生產(chǎn)的鋼球自動(dòng)檢測(cè)儀。
計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)和圖像識(shí)別技術(shù)已被用于球體表面檢測(cè)。但基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)對(duì)球體表 面進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)的前提條件是能夠獲取有足夠分辨率和清晰度的球體表面圖像，而攝像的 基本條件之一是具有合適的照明。軸承用球體的表面光滑發(fā)亮，尤其是拋光鋼球的表面為 鏡面，反光性極強(qiáng)，在日光和一般光源正射下，球面白茫茫一片，難以成像；在自然光和 一般光源其他角度照射情況下，除本身有陰影外，球面上會(huì)映射出各種環(huán)境物體及照相機(jī) 圖像，多球體放在一起還會(huì)彼此互相成像，而且球面成像是有畸變的重影。
專(zhuān)利號(hào)為200310109912.4的鋼球表面缺陷檢測(cè)方法公開(kāi)了如下技術(shù)方案鋼球由導(dǎo)料 管依序逐個(gè)落入進(jìn)給轉(zhuǎn)盤(pán)外緣的圓孔內(nèi)(即檢測(cè)腔)，進(jìn)給轉(zhuǎn)盤(pán)為白色透光材料，盤(pán)外緣 側(cè)面的光源透過(guò)進(jìn)給轉(zhuǎn)盤(pán)壁厚為檢測(cè)腔提供照明；上述機(jī)構(gòu)都浸在透明液體中，底部轉(zhuǎn)動(dòng) 帶動(dòng)鋼球翻滾，CCD相機(jī)在檢測(cè)腔正上方拍照，通過(guò)數(shù)字圖像處理識(shí)別鋼球表面缺陷并剔 除不合格品。該裝置中每個(gè)鋼球占據(jù)進(jìn)給盤(pán)一個(gè)圓孔并在孔中翻滾和隨盤(pán)位移，單列直排 光源固置于盤(pán)側(cè)，故各球照明條件不同，轉(zhuǎn)到離光源最近位置的鋼球照明最強(qiáng)。該裝置一 次只能拍攝5 6個(gè)鋼球。本實(shí)用新型公開(kāi)的照明裝置完全不同于上述專(zhuān)利裝置。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于為計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)提供使球體表面能夠在鏡頭下清晰成像的光 學(xué)照明裝置，并且使照明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，適宜于更高效率的球體檢測(cè)。 本實(shí)用新型的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
基于機(jī)器視覺(jué)的球體表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)照明裝置，包括照明頂盒、鏡頭、檢測(cè)平臺(tái)和 蓋板；照明頂盒、鏡頭、檢測(cè)平臺(tái)構(gòu)成封閉空間，蓋板蓋在檢測(cè)平臺(tái)上的被檢測(cè)球體群上；
所述照明頂盒由四圍側(cè)板和頂板形成形狀和尺寸對(duì)稱(chēng)、圓滑過(guò)渡的罩形，罩的中央開(kāi) 有一個(gè)用于插入鏡頭拍照的圓孔，照明頂盒具有三層結(jié)構(gòu)，空腔里層為具有透光性和散光 性的塑料或玻璃材質(zhì)的漫射層，外層為非透明塑料外殼，中間層為L(zhǎng)ED陣列，LED陣列與 置于照明頂盒之外的調(diào)光器連通；
所述蓋板為不透明剛性材料薄板，板上均勻分布多個(gè)圓孔，用于露出被測(cè)球體的球冠； 相鄰圓孔圓心之間的距離大于或等于1倍球體直徑，蓋板厚度約為所檢測(cè)鋼球直徑的 1/6~1/5。
所述LED陣列6通過(guò)外殼內(nèi)側(cè)刺鉤或小孔結(jié)構(gòu)固定。 所述蓋板上的圓孔壁面為與球面相配合的隨形曲面。
所述蓋板為不銹鋼薄板、有色金屬板或塑料板，表面亞光，與被檢測(cè)球體有顯著色差。 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1) 本實(shí)用新型由照明頂盒發(fā)出光強(qiáng)可調(diào)的均勻漫射光，照射露出的球冠，能解決 球面反光問(wèn)題，獲得球冠面清晰圖像，且各球不必用圓柱孔彼此隔離，同時(shí)拍攝多個(gè)球體 時(shí)各球冠表面之間不相互成像，從而使同時(shí)成批檢測(cè)球面缺陷成為可能，可以有效地提高 檢測(cè)效率和準(zhǔn)確率。
(2) 本實(shí)用新型公開(kāi)的照明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
(3) 本實(shí)用新型公開(kāi)的照明裝置光強(qiáng)可控，具有較高的柔性，易于推廣到其它檢測(cè)
用途。

圖1是照明頂盒結(jié)構(gòu)示意圖2是圖1中A處放大圖
圖3是裝置使用示意圖
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施方式表達(dá)的范圍。
如圖l、 2、 3所示，球體表面缺陷自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的照明裝置包括照明頂盒l(wèi)、鏡頭2、 檢測(cè)平臺(tái)3和蓋板4;照明頂盒l(wèi)、鏡頭2、檢測(cè)平臺(tái)3構(gòu)成封閉空間，蓋板4蓋在檢測(cè)平 臺(tái)3上的被檢測(cè)球體群上；所述照明頂盒1由四圍側(cè)板和頂板形成形狀和尺寸對(duì)稱(chēng)、圓滑 過(guò)渡的罩形，罩的中央開(kāi)有一個(gè)圓孔8，用于插入鏡頭2;照明頂盒中心孔邊緣和側(cè)板底邊 用柔性橡膠封裝，以保證與鏡頭之間、與檢測(cè)平臺(tái)之間不漏光。照明頂盒具有三層結(jié)構(gòu)， 空腔里層為具有透光性和散光性的塑料或玻璃殼體形成的漫射層7，外層是非透明塑料外 殼5，中間層分布LED陣列6， LED陣列6與置于照明頂盒之外的調(diào)光器連通；LED陣 列6通過(guò)外殼內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)(剌鉤或小孔等)固定。照明頂盒各方向的光照均勻柔和。當(dāng)用于 在線檢測(cè)時(shí)，照明頂盒的相對(duì)兩側(cè)壁可用布簾代替，使檢測(cè)平臺(tái)上的被檢測(cè)球體能進(jìn)出。
蓋板4的作用是露出被檢測(cè)的球冠面而屏蔽球冠以下表面，以及使球體9定位。蓋板 為不透明剛性材料的薄板，板上均勻分布多個(gè)圓孔，相鄰圓孔圓心之間的距離大于或等于 1倍球體直徑，蓋板厚度約為所蓋鋼球直徑的1/6 1/5，使從孔中露出的相鄰球冠彼此不互 相成像干擾，并使一定總面積上孔數(shù)盡量多。為了保證球面與蓋板的圓孔面緊密貼合而不 致于縫隙透光產(chǎn)生球冠外圍黑影，圓孔壁面為與球面相配合的隨形曲面。蓋板采用輕質(zhì)不 銹不透明剛性材料，如不銹鋼薄板、有色金屬板、塑料板等，表面相對(duì)粗糙，具有良好的 漫反射特性，與被檢測(cè)球體有顯著色差。
檢測(cè)平臺(tái)為普通平面。檢測(cè)時(shí)，可將需要檢測(cè)的直徑相同球體單層布滿在一個(gè)規(guī)則形 狀(正方、長(zhǎng)方、圓形等)的淺底光滑器皿內(nèi)，然后將分布對(duì)應(yīng)圓孔的蓋板蓋在球體上， 使每個(gè)球體露出面積大小相等的球冠。如成批檢測(cè)直徑6mm的球體，可以使用一個(gè)公稱(chēng)尺 寸24mmX30mmX4mm的硬塑盒， 一次裝入4行5列共20個(gè)球體；用一塊0.5mm厚度的 鋁合金板，上面橫豎相隔6mm圓心距鉆出5mm直徑的底孔陣列，再用4>6球頭锪鉆使孔 面成形(不擴(kuò)大底孔)；將蓋板蓋在球體上，使每個(gè)鋼球都與蓋板上的圓孔緊密貼合，露出 底圓直徑5mm的球冠，蓋板與塑盒之間可用或不用銷(xiāo)釘固定。
將裝有球體的器皿放在固裝有相機(jī)的檢測(cè)平臺(tái)上，把照明頂盒罩在球體正上方，使鏡頭 穿過(guò)照明頂盒中心孔對(duì)準(zhǔn)球體陣列中心，照明頂盒底面與檢測(cè)平臺(tái)貼合。然后插上照明頂 盒電源，調(diào)整相機(jī)鏡頭焦距和放大倍率以及照明頂盒的光照強(qiáng)度，可得到露出蓋板各個(gè)球 冠表面的清晰圖像，只在各球冠圖像的中央有一個(gè)不大的鏡頭黑影。
如上所說(shuō)即可較好實(shí)施本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1、基于機(jī)器視覺(jué)的球體表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)照明裝置，其特征在于，該照明裝置包括照明頂盒、鏡頭、檢測(cè)平臺(tái)和蓋板；照明頂盒、鏡頭、檢測(cè)平臺(tái)構(gòu)成封閉空間，蓋板蓋在檢測(cè)平臺(tái)上的被檢測(cè)球體群上；所述照明頂盒由四圍側(cè)板和頂板形成形狀和尺寸對(duì)稱(chēng)、圓滑過(guò)渡的罩形，罩的中央開(kāi)有一個(gè)用于插入鏡頭拍照的圓孔，照明頂盒具有三層結(jié)構(gòu)，空腔里層為具有透光性和散光性的塑料或玻璃材質(zhì)的漫射層，外層為非透明塑料外殼，中間層為L(zhǎng)ED陣列，LED陣列與置于照明頂盒之外的調(diào)光器連通；所述蓋板為不透明剛性材料薄板，板上均勻分布多個(gè)圓孔，用于露出被測(cè)球體的球冠；相鄰圓孔圓心之間的距離大于或等于1倍球體直徑，蓋板厚度約為所檢測(cè)鋼球直徑的1/6～1/5。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于機(jī)器視覺(jué)的球體表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)照明裝置，其特征在 于，所述LED陣列(6)通過(guò)外殼內(nèi)側(cè)刺鉤或小孔結(jié)構(gòu)固定。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于機(jī)器視覺(jué)的球體表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)照明裝置，其特 征在于，所述蓋板上的圓孔壁面為與球面相配合的隨形曲面。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于機(jī)器視覺(jué)的球體表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)照明裝置，其特征在 于，所述蓋板為不銹鋼薄板、有色金屬板或塑料板，表面亞光，與被檢測(cè)球體有顯著色差。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了基于機(jī)器視覺(jué)的球體表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)照明裝置，該照明裝置包括照明頂盒、鏡頭、檢測(cè)平臺(tái)和蓋板；蓋板蓋在檢測(cè)平臺(tái)上的被檢測(cè)球體群上；照明頂盒具有三層結(jié)構(gòu)，空腔里層為具有透光性和散光性的塑料或玻璃材質(zhì)的漫射層，外層為非透明塑料外殼，中間層為L(zhǎng)ED陣列，LED陣列與置于照明頂盒之外的調(diào)光器連通；蓋板為不透明剛性材料薄板，板上均勻分布多個(gè)圓孔，用于露出被測(cè)球體的球冠；相鄰圓孔圓心之間的距離大于或等于1倍球體直徑，蓋板厚度約為所檢測(cè)鋼球直徑的1/6～1/5。該照明裝置發(fā)出的均勻漫射光照射在從蓋板孔露出的球冠上，能解決球面反光問(wèn)題，獲得球冠面清晰圖像，由此可成批檢測(cè)球面缺陷。
文檔編號(hào)G01N21/88GK201141841SQ200720061570
公開(kāi)日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者全燕鳴, 朱國(guó)強(qiáng) 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)