机器视觉检测系统和方法以及与其一起使用的孔口盖技术方案

本发明专利技术提供一种用于检测物体、例如具有带光泽的表面的物体的机器视觉检测系统和方法、以及与其一起使用的具有孔口盖的照明器。这样的孔口盖的使用消除了照明场中的空缺(暗斑)，所述空缺(暗斑)本质上是由关联的摄像头(45，95，185)观察待检测的物体所穿过的孔口所导致的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及机器视觉检测领域，尤其涉及物体、例如具有不规则面和/或镜面的 物体的机器视觉检测。
技术介绍
物体的机器视觉检测通常对于本领域技术人员而言是熟悉的。机器视觉检测的系 统和方法通常利用一个或多个摄像头并且往往利用一个或多个照明源。照明可以以多种形 式提供，这些形式包括但不局限于直接照明、背光照明、环形照明、水平照明、同轴照明、以 及圆顶式照明。 当检测具有镜面（表面具有光泽）的物体时，超级散射照明环境是尤为有效的。对 于前述的照明类型，已经发现圆顶式照明设备对于检测这样的物体、以及不规则的（例如 凸的、球形的、半球形的）形状的物体是非常良好的。提供圆顶式照明的机器视觉检测装置 通常被称为圆顶式照明器。 如图1所示，已知的圆顶式照明器通常包括位于待检测的（待成像的）物体上方 的半球形圆顶结构。照明源如LED环位于该圆顶结构内。所述圆顶结构的内表面通常喷涂 或涂覆以漫射性材料，以使得由照明源发出的光被圆顶结构向外反射并且反射到待成像的 物体上。 圆顶式照明器还包括中央（轴向）孔口，该孔口穿过圆顶结构从而为关联的摄像 头提供视窗。摄像头在待成像的物体的面向上方的表面上聚焦，该表面被从圆顶内部向外 反射的光照射。然而，这种设计不利的副作用在于中央孔口在反射中呈现为被成像的表面 上的一个暗斑。这可能会导致例如难于读取印在被成像的表面上的编码或者难以看到被成 像的表面上的其它特征。 该问题的一种已知的解决方案是一种通常被称为cloudy Day?照明器（⑶I)的 装置。CDI通常包括具有第二同轴光源的圆顶式照明器，所述第二同轴光源通过投射光穿过 中央圆顶孔口来进一步照射待检测的物体。圆顶结构与同轴光源的亮度被平衡直至它们在 从被检测的物体表面的反射中呈现相同的亮度。 尽管⑶I是常规的圆顶式照明器的一种改进，但是⑶I是昂贵的。此外，同轴光源 的增加增大了圆顶式照明器的尺寸以及机械与电气复杂性，并且还导致CDI相当笨重。CDI 还采用了平坦或弯曲的分束器结构，该分束器结构通常是易碎的并且难于清洁。 从上述说明可以理解的是，期待提供一种简单的、具有经济效益的并且紧凑的机 器视觉检测装置，该机器视觉检测装置能够对物体的整个镜面准确地成像（检测）。
技术实现思路
这由一种机器视觉检测装置提供，所述机器视觉检测装置用于检测感兴趣的物体 的表面，所述机器视觉检测装置包括：基本上中空的照明壳体，所述壳体具有敞开的底部， 所述壳体的内部形成漫反射表面，所述漫反射表面能够将光朝向所述壳体的所述敞开的底 部反射；照明源，所述照明源靠近所述壳体的所述敞开的底部定位并且定向成将光投射在 所述漫反射表面上；中央孔口，所述中央孔口与所述壳体的所述敞开的底部相反地穿过所 述壳体，所述中央孔口定位成借助所述壳体的所述敞开的底部提供对所述感兴趣的物体的 观察；孔口盖，所述孔口盖在所述壳体的外侧上且在所述中央孔口上方定位，所述孔口盖具 有不透明但漫反射性的结构形成的非连续图案；以及摄像头，所述摄像头定位在所述孔口 盖上方并且定向成能够通过所述中央孔口与孔口盖接收所述感兴趣的物体的图像。 在机器视觉检测装置的另一实施例中，所述壳体的内部的所述漫反射表面的形状 选自以下组：圆顶形状、平坦形状以及滚圆形状。 在机器视觉检测装置的又一实施例中，所述照明源选自以下组：靠近所述壳体的 所述敞开的底部、环绕所述壳体的圆周布置的环形光、多个直线光源、以及离散光源的阵 列。 在机器视觉检测装置的一实施例中，所述孔口盖的不透明但漫反射性的结构的形 成所述非连续图案包括多个基本上平行并隔开的狭窄开缝。 每个开缝的宽度的最小尺寸在约0.01毫米-2.0毫米之间、约0.1毫米-0.5毫米 之间、尤其是约0.2毫米。 孔口盖的不透明但漫反射性的结构形成的所述非连续图案可以包括任意图案，组 成所述图案的结构的尺寸的最小尺寸以及将所述结构隔开的间距的最小尺寸在约0. 01毫 米-2.0毫米之间、约0.1毫米-0.5毫米之间、尤其是约0.25毫米。 在机器视觉检测装置的又一实施例中，摄像头靠近所述孔口盖定位并且所述孔口 盖的镜头孔径适于保持充分打开，以使得所述孔口盖的材料图案失焦并且对于所述摄像头 基本上是不可见的。 在机器视觉检测装置的另一实施例中，所述孔口盖的反射率可以大于壳体内部的 所述漫反射表面的反射率。 壳体内部的所述漫反射表面的反射率可以在所述孔口盖的平均反射率的约 ± 10 %以内，或者可以与所述孔口盖的反射率基本上匹配。 在另一实施例中，所述孔口盖的摄像头侧可以涂覆以非反射性材料、基本上非反 射性材料、或吸光材料。 还提供一种用于感兴趣的物体的照明的圆顶式照明器，该圆顶式照明器用于机器 检测装置，所述照明器包括：基本上中空的照明的壳体，所述壳体具有敞开的底部，所述壳 体的内部形成圆顶形的漫反射部，所述漫反射部能够将光朝向所述壳体的所述敞开的底部 反射；照明源，所述照明源靠近所述壳体的所述敞开的底部定位并且定向成将光投射在所 述漫反射部上以形成照明场；中央孔口，所述中央孔口借助所述壳体的所述敞开的底部提 供对所述感兴趣的物体的观察；以及孔口盖，所述孔口盖在所述壳体的外侧上且在所述中 央孔口的上方定位，所述孔口盖具有基本上不透明但漫反射性的结构形成的朝向所述壳体 的所述敞开的底部定向的非连续图案。 在圆顶式照明器的另一实施例中，所述孔口盖的基本上不透明但漫反射性的结构 形成的所述非连续图案可以包括多个基本上平行并隔开的条形开缝。 每个开缝的宽度的最小尺寸可以在约0.01毫米-2.0毫米之间、约0.1毫米-0.5 毫米之间、尤其是约〇. 25毫米。 在圆顶式照明器的进一步实施例中，所述孔口盖的基本上不透明但漫反射性的结 构形成的所述非连续图案可以包括这样的结构形成的不规则、不平行、或者不重复的图案。 替代地，所述孔口盖的基本上不透明但漫反射性的结构形成的所述非连续图案可 以包括规则重复的棋盘样式或规则重复的图案。 所述漫反射部的反射率可以在所述孔口盖的平均反射率的约±75%、约±30%、 约± 10%以内。 在圆顶式照明器的一实施例中，所述孔口盖的摄像头侧可以涂覆以非反射性材 料、基本上非反射性材料、或者基本上不透明的材料。 进一步提供一种检测物体表面的机器视觉方法，所述方法包括： _提供一种机器视觉检测装置，所述机器视觉检测装置包括：基本上中空的壳体， 所述壳体具有敞开的底部，所述壳体的内部形成漫反射表面，所述漫反射表面能够将光朝 向所述壳体的所述敞开的底部反射；照明源，所述照明源靠近所述壳体的所述敞开的底部 定位并且定向成将光投射在所述漫反射表面上以形成照明场；中央孔口，所述中央孔口与 所述壳体的所述敞开的底部相反地穿过所述壳体，所述中央孔口定位成借助所述壳体的所 述敞开的底部提供对所述物体表面的观察；孔口盖，所述孔口盖在所述壳体的外侧上且在 所述中央孔口的上方定位，所述孔口盖具有基本上不透明但漫反射性的结构形成的非连续 图案；以及摄像头，所述摄像头定位在所述孔口盖上方并且定向成能够通过所述中央孔口 与孔口盖接收物体表面的图像； _靠近所述孔口盖定位所述摄像头；并且 -将所述摄像头的镜头孔径保持充分打开，以使得所述孔口盖的材料图案失本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器视觉检测装置(150)，所述机器视觉检测装置用于检测感兴趣的物体(25，70，170)的表面，所述机器视觉检测装置包括：基本上中空的照明壳体(10，55，155)，所述壳体具有敞开的底部，所述壳体的内部形成漫反射表面，所述漫反射表面能够将光朝向所述壳体的所述敞开的底部反射；照明源(20，65，165)，所述照明源靠近所述壳体的所述敞开的底部定位并且定向成将光投射在所述漫反射表面上；中央孔口(40，85，100，180)，所述中央孔口与所述壳体的所述敞开的底部相对地穿过所述壳体，所述中央孔口(40，85，100，180)定位成借助于所述壳体的所述敞开的底部提供对所述感兴趣的物体(25，70，170)的观察；孔口盖(105，120，135，190)，所述孔口盖在所述壳体的外侧上且在所述中央孔口(40，85，100，180)的上方定位，所述孔口盖(105，120，135，190)具有形成非连续图案的不透明但漫反射性的结构；以及摄像头(45，95，185)，所述摄像头定位在所述孔口盖(105，120，135，190)上方并且定向成能够通过所述中央孔口(40，85，100，180)与孔口盖(105，120，135，190)接收所述感兴趣的物体(25，70，170)的图像。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·P·怀特，
申请(专利权)人：梅特勒托莱多有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US