球形物体表面光学检测的方法及装置制造方法及图纸

球形物体表面光学检测的方法及装置，该装置包括相机、光源、待检测的球体、透明舱体、待检测的球体在透明舱体内，以及三面底边互相成１２０度夹角的平面镜子；该方法包括将透明舱体设于所述三面镜子与相机之间的相机拍摄区域，光源与相机同轴的平行光，方向指向镜子和待检测的球体，光源发出的光照射到待检测的球体的面向相机的半球上后，反射回相机，另外一部分光线通过镜面反射照射到待检测的球体背向相机的一侧，被待检测的球体反射后再经过镜面的反射原路进入相机，从而在相机内成像。本发明专利技术的关键优点在于实现了一个相机内的，待捡物体的３６０度的全面、检测，且不会发生有某些面漏检的情况，从而真正实现了物体表面的１００％全捡。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种球形物体表面光学检测的方法及装置，它适合于在机器视觉、光机电一体化，以及生产线自动化上使用的球类物体的表面光学检测。
技术介绍
机器视觉的一个典型应用是物体的表面检测，这种应用需要通过照相 机来对被检测物体的表面来进行成像，而后根据所捕获的图像通过机器进 行判断，如有没有瑕疵，颜色如何等等。为了获得球体的全面的表面特征， 经常要求相机从各个角度拍摄到物体的表面，不能有任何遗漏，针对这个 问题，传统的解决办法是通过多个相机对同一物体、从多个角度进行拍摄， 被测球体在球的排序装置和分拣机构的控制下，逐个从各个相机的视场中 通过，每个相机分别成像，多个相机拍成的照片综合后就可以反映球表面 各个区域的特征，或者是更常见的做法固定相机，让球体在相机的拍摄 范围内进行多方位旋转从而对物体的表面进行展开；前者的优点在拍摄角 度全面，可以从全方位角度获取球的表面信息，其缺点是结构复杂，多个 相机同步拍摄技术要求高，后者的优点是结构简单，但是由于球体的旋转 需要被夹具推动，旋转的待捡物体容易与夹具碰擦产生污渍，并且如果球 体的表面缺陷导致球在夹具中无法完成所有面的旋转，物体表面无在再镜 头前完全展开，即物体无法全面的被拍摄到，就无法实现全检测，造成检 测性能下降。本专利技术提出了一种方法及装置，该方法和装置可以弥补以上 两种表面展开检测方法及装置的不足，并可以结合二者的优点。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述问题，向社会提供一种既结构简单，又可以 完整地反映球体表面各个区域特征的球形物体表面光学检测的方法及装 置。本专利技术的技术方案是 一种球形物体表面光学检测的方法，包括相机、 光源、待检测的球体、透明舱体、待检测的球体在透明舱体内，以及三面 底边互相成120度夹角的平面镜子，所述透明舱体位于所述三面镜子与相 机之间的相机拍摄区域，所述光源为与相机同轴的平行光，方向指向镜子 和待检测的球体，光源发出的光照射到待检测的球体的面向相机的半球上 后，反射回相机，从而在相机内成像，另外一部分光线通过镜面反射照射 到待检测的球体背向相机的一侧，被待检测的球体反射后再经过镜面的反 射原路进入相机，从而在相机内成像，选取合适的相机取景大小，以及镜 面的仰角，使待检测的球面正面和背面的成像全部呈现在一个相机的成像 中，从而实现待检测球体表面的一次性全面拍摄。所述待检测的球体是通过重力或者高速流体推动，而进入相机的拍摄 区域的。对于不能与空气接触的待检测的球体，所述高速流体是透明液体，由 于本方法中光路的结构为折射和反射，该液体不会改变待检测的球体的表 面特性，该透明舱体的上下表面与相机和光源的轴线垂直。所述待检测的球体在舱体中的移动，受透明液体的驱动，调节透明液 体的流速来控制待检测的球体通过拍摄区域的速度，从而调整检测的吞吐本方法可将相机、光源、平面镜的光路全部密封在一个透明材料中， 以保证测量装置不受工业现场常见的灰尘影响，从而让检测装置持久的保 持较高的检测精度。所述流体是空气或者纯水或者阻燃煤油等，取决于球体表面保护所需 要的流体。 .在相机拍摄区域前的适当位置设有光电开关，该光电开关在待检测的 球体通过相机拍摄区域前被触发，经过适当的延时，相机曝光，记录下待 检测的球体经过拍摄区域的图像。所述平面镜子的仰角是可调整仰角。一种实现上述方法的装置，包括相机、光源、透明舱体以及三面底边互相成120度夹角的平面镜子，所述透明舱体位于所述三面镜子与相机之间的相机拍摄区域，所述光源为与相机同轴的平行光，方向指向镜子和位 于透明舱体的待检测的球体，光源发出的光照射到待检测的球体的面向相 机的半球上后，反射回相机，另外一部分光线通过镜面反射照射到待检测 的球体背向相机的一侧，被待检测的球体反射后再经过镜面的反射原路进 入相机，从而在相机内成像。本专利技术中的流体可以是空气或者纯水或者阻燃煤等，取决于球体表面 保护所需要的流体，该流体的主要部分与后面镜面密封所采用的材料无需 相同，如果可以用空气作为保护介质则也可以不要这个舱体，如待检测物 的表面容易被氧化或者弄伤则需要用特殊液态透明介质对球体进行保护， 且如果待检测物通过拍摄区域的速度可以通过控制流体的流速来实现，光 电开关在小球通过相机拍摄区域的前被触发，经过适当的延时，相机曝光， 记录下待检测的球体经过拍摄区域的中心的图像。三面镜子的底边互相成120度角，用于从底部反射球面的背离相机的 部分，针对不同的球体，可以通过调整的平面镜子，平面镜子的仰角调整， 可以用常见机械结构比如带阻尼的铰链来实现。光源为与相机同轴的平行光，方向指向镜子和球体，光源发出的光照 射到球体面向相机的半球上后，反射回相机，从而在相机内成像，另外一部分光线通过镜面反射照射到球体背向相机的一侧，被球体反射后再经过 镜面的反射原路进入相机，从而在相机内成像，选取合适的相机取景大小， 以及镜面的仰角，可以使球面正面和背面的成像全部呈现在一个相机的成 像中，从而实现待检测的球体表面的一次性全面拍摄。待检测的球体可以 通过重力或者高速流体推动，进入拍摄区域，即通过附图中球体所在位置 的区域。在适当的延时后，在待检测的球体经过途中拍摄区域的时刻触发 相机拍摄，从而可以进行待检测的球体的定位拍摄，对比其他方案需要翻 动球体才能获得物体的全体表面，本方法的检测速度理论上只决于球体通 过拍摄区域的时间和相机的拍摄速度，这个速度可以媲美多相机系统。本专利技术中，光源与相机的同轴，可以使用45度的棱镜实现，45度的棱镜或 使进入相机镜头的光线，和平行光源放出的光线变成同轴光，且两者相互 不影响。对于钢球或者其他不能与空气接触的待捡物体可以在相机和反射平面 镜之间增加一充满透明液体的透明舱体，由于本系统中光路的结构为折射 和反射，该液体不改变待检测球体的表面特性，该透明舱体的上下表面与 相机和光源的轴线垂直，由于舱体本身透明，且其中的液体也透明，光线 可以不受任何影响的穿透该舱体和其中的液体。这种方式下待检测球体在 舱体中的移动可以受透明液体的驱动，调节透明液体的流速可以调节球体 通过检测区域的速度，从而可以调整检测'的吞吐量，另外可将相机、光源、 反射镜的光路全部密封在一个透明材料中，这样可以保证该检测装置不受 工业现场常见的灰尘影响，从而可以让检测装置持久的保持较高的检测精 度。透明舱体可以保证待检测的球体经过相机的拍摄区域的时候，其运动 路线是近似一条直线，对所用光谱(红外、可见光)透明的流体(包括空 气或者纯水等流体)在透明舱体中匀速流动，它的流速可以控制其所推动7的待检测的球体的运行速度。本专利技术中设有用于触发相机的光电开关，当 舱体中受流体推动而进行匀速直线运动的待检测的球体经过该光电开关 时，光电开关被触发，经过可以调整的延时，这个触发信号用来触发相机 曝光，从而可以保证，相机可以在正确的时候曝光，捕捉到待检测球体的 图像。本专利技术对比目前已有的球形物体的检测设备所采用的方法，本专利技术的关键优点在于实现了一个相机内的，待捡物体的360度的全面、检测，且 不会发生有某些面漏检的情况，从而真正实现了物体表面的100%全捡。本专利技术的第二个优点在于检测速度快，检测速度理论仅受限于相机的 拍摄速度，以60fps的VGA相机为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球形物体表面光学检测的方法，其特征在于：包括相机、光源、待检测的球体、透明舱体、待检测的球体在透明舱体内，以及三面底边互相成１２０度夹角的平面镜子，所述透明舱体位于所述三面镜子与相机之间的相机拍摄区域，所述光源为与相机同轴的平行光，方向指向镜子和待检测的球体，光源发出的光照射到待检测的球体的面向相机的半球上后，反射回相机，从而在相机内成像，另外一部分光线通过镜面反射照射到待检测的球体背向相机的一侧，被待检测的球体反射后再经过镜面的反射原路进入相机，从而在相机内成像，选取合适的相机取景大小，以及镜面的仰角，使待检测的球面正面和背面的成像全部呈现在一个相机的成像中，从而实现待检测球体表面的一次性全面拍摄。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，
申请(专利权)人：张勇，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]