用于线材视觉检测的超大功率LED环形倾斜照明光源制造技术

本发明专利技术涉及一种机器视觉技术领域。一种用于线材视觉检测的超大功率LED环形倾斜照明光源（3），包括若干个LED光源模块（1）和光学反射镜（2），LED光源模块和光学反射镜沿被测线材（8）轴向中心为圆心线、向外伸展的一个圆周上设置，LED光源模块发射的照射光束经光学反射镜反射后以倾斜照射角度（a）照射在被测线材上，在被测线材轴向形成一个有一定宽度的照明环形带状区间（7）；倾斜照射角度是指照射光束主方向与被测线材径向面形成的夹角。LED光源模块包括超大功率LED（11）和光学系统（12），该光学系统为轴对称椭圆曲面共轭会聚光学系统，超大功率LED位于光学系统的轴对称椭圆曲面一个焦点处。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机器视觉
，尤其涉及一种用于管、棒、线材视觉检测的超大功率LED环形倾斜照明光源。
技术介绍
在产品质量检测中，线阵、面阵及环形光源被广泛应用。为了实现钢铁工业中管、棒、线材产品的表面质量检测，特别是针对热态管、棒、线材产品的表面质量视觉检测，克服被测物体高温对成像的影响，光源必须具有超高照度，且能均匀照射到管、棒、线材产品的圆周表面。另外，因管、棒、线材产品的生产速度一般都较快，对于线材产品最高速度可达120米/秒以上，相应地线阵相机成像时的扫描行频超过100Khz，平均曝光时间少于10us，要在如此高的扫描行频下成像对光源照度也提出了极高要求。中国专利00811935.X公开了一种用于观察高温物体的光学观察装置和方法，该专利介绍了一种用于观察高温物体的光学系统，该系统将电磁辐射投射到该部件表面并检测经反射的部分。基于该应用照明的波长和调制，可在不受自发辐射干扰的情况下观测到该部件的表面特征。中国专利200680032274.2公开了一种用于探测诸如轧制/冷拉金属杆的工件上的表面缺陷的装置和方法，该专利技术介绍了一种用于金属扁平物无损表面缺陷探测的相关问题，采用了多条线性光源进行投射的方式，配合相机进行成像。这些专利均没有涉及到环形高照度光源的设计。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于线材视觉检测的超大功率LED环形倾斜照明光源，该照明光源采用超大功率LED器件和光学轴对称椭圆曲面共轭汇聚技术，实现对高速线材环形倾斜均匀照明。为了实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于线材视觉检测的超大功率LED环形倾斜照明光源，包括若干个LED光源模块和光学反射镜，所述LED光源模块和光学反射镜沿被测线材轴向中心为圆心线、向外伸展的一个圆周上设置，LED光源模块发射的照射光束经光学反射镜反射后以倾斜照射角度照射在被测线材上，在被测线材轴向形成一个有一定宽度的照明环形带状区间；所述倾斜照射角度是指照射光束主方向与被测线材径向面形成的夹角。进一步，所述LED光源模块包括超大功率LED和光学系统，该光学系统为轴对称椭圆曲面共轭会聚光学系统，该超大功率LED位于光学系统12的轴对称椭圆曲面一个焦点处，超大功率LED光源经过光学系统后再经位于所述LED光源模块对面的光学反射镜反射后照射在被测线材上。进一步，所述LED光源模块还包括铜基板和水冷热沉块，铜基板为高导热低热阻铜基板，所述超大功率LED和光学系统安装于铜基板上，铜基板固定安装于水冷热沉块，水冷热沉块内开有冷却孔，冷却孔内有经出水口和进水口外接的冷却水。本专利技术针对钢铁工业中管、棒、线材产品的表面质量检测，提出了一种采用超大功率LED器件和光学轴对称椭圆曲面共轭汇聚技术，实现对高速线材环形倾斜均匀照明的照明光源。本专利技术的照明光源的特点是：1)采用环形设计结构，高照度LED均匀布置，并采用水冷结构进行冷却；2)采用椭圆曲面反射镜实现会聚照明，在圆材表面形成高照度环形照明区域。本专利技术的照明光源能在被检测产品轴向形成一个有效宽度不小于20mm的照明环形带状区间，数字摄像机或相机安装在照明亮带的径向，与被检测产品运动同步对被检测对象表面进行成像，实现曝光时间少于10us以下的热态高速线材表面成像，从而实现对其表面缺陷的检测，保证了热态管、棒、线材产品表面质量的高精度、无遗漏检测。附图说明图1为被测物体与本专利技术的照明光源、相机检测接收的结构示意图；图2为本专利技术的超大功率LED模块结构示意图；图3为抛物面准直照明原理示意图；图4为轴对称椭圆曲面反射镜的会聚照明原理示意图。图中：1LED光源模块，2光学反射镜，3照明光源，4相机，5相机安装调整机构，6防护罩，7光源照明区(或检测区)，8被测线材；11超大功率LED，12光学系统，13铜基板，14水冷热沉块，15冷却水进水口和出水口。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。参见图1，一种用于线材视觉检测的超大功率LED环形倾斜照明光源3，包括若干个LED光源模块1和光学反射镜2，所述LED光源模块1和光学反射镜2沿被测线材8轴向中心为圆心线、向外伸展的一个圆周上设置，LED光源模块1发射的照射光束经光学反射镜2反射后以倾斜照射角度a照射在被测线材8上，在被测线材8轴向形成一个有一定宽度的照明环形带状区间7；所述倾斜照射角度a是指照射光束主方向与被测线材8径向面形成的夹角。相机4(或数字摄像机)安装于相机安装调整机构5上，相机4被调整到与被测线材8径向面相平行，聚焦于由本专利技术的照明光源3所照明的环形带状区间7进行检测。每个超大功率LED11光源发出的光线，通过光学系统12的轴对称椭圆曲面共轭会聚，形成所需的照射光束，光束由光学反射镜2反射，光束穿过带高温光学窗口防护罩6，按要求的倾斜照射角度a照射在被测线材8区域，形成光源照明区7，该照明区为一个有一定宽度的照明环形带状区间。本专利技术的照明光源3采用模块化设计技术。所述LED光源模块1包括超大功率LED11、光学系统12、铜基板13和水冷热沉块14，参见图2，该光学系统12为轴对称椭圆曲面共轭会聚光学系统，该超大功率LED11位于光学系统12的轴对称椭圆曲面一个焦点处，超大功率LED11光源经过光学系统12后再经位于所述LED光源模块1对面的光学反射镜2反射后照射在被测线材8上。由于超大功率LED功耗大，对应的发热量也大，LED光源模块引入了导热效率高、热容大的铜基板13和水冷热沉块14等温控技术措施。所述铜基板13为高导热低热阻铜基板，超大功率LED11和光学系统12安装于铜基板13上，铜基板13固定安装于水冷热沉块14，水冷热沉块14内开有冷却孔，冷却孔内有经出水口和进水口15外接的冷却水。本专利技术的光学系统12是轴对称椭圆曲面会聚光学系统，该光学系统12是本专利技术的照明光源3关键组件，通过轴对称椭圆曲面修正设计，改变传统抛物面远场会聚特性，实现抵近距离共轭会聚或照射的关系。本专利技术用于线材视觉检测的超大功率LED环形倾斜照明光源的主要特点是使超大功率LED发出的光线，在口径受限的情形下，能够高效会聚照射到被检测表面。下面以某企业的高速线材产品检测为例，介绍应用于本专利技术照明光源的轴对称椭圆曲面反射镜。(1)边界条件根据表面在线检测系统总体设计要求和对照明系统的约束条件，对超大功率LED高效汇聚照明反射镜的约束边界条件主要有以下几个参数：1)LED发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于线材视觉检测的超大功率LED环形倾斜照明光源，其特征是：包括若干个LED光源模块（1）和光学反射镜（2），所述LED光源模块（1）和光学反射镜（2）沿被测线材（8）轴向中心为圆心线、向外伸展的一个圆周上设置，LED光源模块（1）发射的照射光束经光学反射镜（2）反射后以倾斜照射角度（a）照射在被测线材（8）上，在被测线材（8）轴向形成一个有一定宽度的照明环形带状区间（7）；所述倾斜照射角度（a）是指照射光束主方向与被测线材（8）径向面形成的夹角。

【技术特征摘要】
1.一种用于线材视觉检测的超大功率LED环形倾斜照明光源，其特征是：包括若干个LED光源模块（1）和光学反射镜（2），所述LED光源模块（1）和光学反射镜（2）沿被测线材（8）轴向中心为圆心线、向外伸展的一个圆周上设置，LED光源模块（1）发射的照射光束经光学反射镜（2）反射后以倾斜照射角度（a）照射在被测线材（8）上，在被测线材（8）轴向形成一个有一定宽度的照明环形带状区间（7）；所述倾斜照射角度（a）是指照射光束主方向与被测线材（8）径向面形成的夹角。
2.根据权利要求１所述的超大功率LED环形倾斜照明光源，其特征是：所述LED光源模块（1）包括超大功率LED（11）和光学系统（12），该光学系统（12）...

【专利技术属性】
技术研发人员：何永辉，唐劲松，彭铁根，宗德祥，张杰，韩茂栋，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31