一种旋转LED全角度环形照明装置

本发明属于机器视觉照明装置领域，尤其是涉及一种用于暗场成像的旋转led全角度环形照明装置。

背景技术：

1、光学元件的表面缺陷对精密光学元件的激光损伤、机械强度、成像质量和长期稳定性起着重要作用。表面缺陷的精密检测在很长一段时间内仍然是紧迫、关键和极具挑战性的，它可以极大地帮助研究加工技术、制造质量控制以及理解激光损伤与缺陷检测之间的关系等。目前，由于机器视觉拥有客观性、重复性和数字化的特点，常被用来进行光学元件的表面缺陷检测。

2、在机器视觉缺陷检测领域，通常采用暗场成像原理进行检测，由于微小结构、表面缺陷形貌和分布的随机性，要求被检测区域能够接收到来自各个角度的光通量，特别是划痕缺陷，只有当接收到垂直于其方向的光通量时，其产生的散射光才能最大程度的被探测器接收，若照明角度不佳，暗场成像系统的信噪比也较差，因此，为防止发生表面缺陷的漏检现象，高品质的多角度照明系统对于实现精准检测和分析至关重要。

3、然而传统的照明装置在暗场成像方面存在诸多局限，公开号为cn 111610197a的中国专利文献使用了照明模块和照明调整模块来进行，一定程度上解决了由于待测样品不同位置处的透射率或反射率不同而导致相同缺陷在待测样品不同位置处的检测结果不一致的问题。公开号为cn113866181a的中国专利文献使用了多个环形光源实现不用照明角度，同时使用不同照明亮度的光源环形排列。但是，与公开号cn108827971a的中国专利文献一样，它们均没有无法实现360度的无死角照明角度。

4、进一步地，传统的照明装置在暗场成像方面存在诸多局限，尤其在表面缺陷、微小结构或透明样本的精确检测方面。这些挑战促使了对更高效照明系统的需求，以便更好地捕捉和分析散射信号。led作为一种低功耗、高亮度的光源，具有可调光特性和长寿命优势，然而，传统的led照明系统通常是静态或固定方向的，从而限制了在不同角度下的应用和成像能力。

技术实现思路

1、本发明提供了一种旋转led全角度环形照明装置，为机器视觉的暗场散射成像提供了一种创新的解决方案，可以360度环形照明(纬线方向)，实现每个角度的光通量均匀照明，同时可调整机构实现0°-90°的光源照明方向调整(经线方向)，尤其是在涉及暗场成像的机器视觉应用中发挥着关键作用。

2、一种旋转led全角度环形照明装置，包括中空导电滑环和外转子中空电机，所述外转子中空电机的转子外壁套设固定有led旋转架，所述的led旋转架沿周向均匀设有三组准直led光源；通过外转子中空电机实现对待测区域360度的旋转照明；

3、所述中空导电滑环的内定子固定，外转子与所述准直led光源的供电线相连，用于实现准直led光源供电的旋转耦合。

4、进一步地，三组准直led光源间隔120°，每组准直led光源包括led以及对应的led准直镜头，所述led准直镜头的前端设有角度可调的反射镜。

5、通过整形的led准直镜头，以提高单束照明的方向性，减少反射进入系统的光线，使得暗场效果更加良好。采用反射镜将led光源引入到目标位置，与常规的环形光源led采用的斜置led相比，使得结构更为紧凑，通过调整反射镜可将led光准确的引导至目标位置，有更好的调整性能。

6、进一步地，所述的led旋转架的外侧壁以及中空导电滑环的外转子分别通过对应的轴承固定在外壳内部。

7、进一步地，所述中空导电滑环和外转子中空电机的为中空结构，用于同轴安装成像光路。由于本发明的照明装置为完全中空设计，减少了对镜头的设计要求，常规的物镜、远心镜头、工业镜头等均可与本发明配合使用。

8、可选择地，所述的成像光路包括成像镜头以及设置在成像镜头后端设的图像采集器；所述准直led光源出射的光线到达待测区域，通过成像镜头被图像采集器采集。

9、所述外转子中空电机的转速a的计算公式：

10、

11、式中，f为图像采集帧率，n为led组数；μ≥1，为安全系数。

12、待测区域的光通量根据需求进行调整，具体包括以下步骤：

13、(1)待测区域每秒需要的光通量φ，单个led光源的光通量为x，外转子中空电机的转速a，公式为：

14、φ＝n·x·a

15、(2)根据检测样品的表面性质及状态，通过计算确定光通量，从而控制每个led光源的照明亮度及转动的速度，选择对应的参数；

16、(3)还需根据检测需求使装置的照明角度调整至所需角度，即设定光源入射角。

17、为保证不同方向成像的亮度一致性，还需要保证led光束的亮度一致性，采用如下方式：

18、(1)每个led光源进行恒流驱动，与供电电源并联，由单片机输出端口产生频率一定但占空比可调的方波；

19、(2)每个输出端口控制一个led光源的亮度，实现不同路led光束的亮度精确调节；

20、(3)单片机输出端口pwm波形的占空比由电脑设置为0～9，对应led光源的亮度也实现0～9共10个数字等级的精确调整，通过标定每一组led光源的亮度，设置特定的亮度等级，实现不同路led光束的亮度一致性。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

22、1、传统的环形照明通常是有限组led发散照明，而本发明的照明装置可以实现准直光源的360度照明，使得光源能够以精确的多个不同的角度照射目标表面。这样的多角度照明能力使得成像时能够从不同方向捕捉目标表面的细微特征和缺陷，准直的照明方向降低了进入成像系统的反射光，提高了暗场成像质量和检测的全面性。

23、2、本发明提出的特殊电控设计可以保证不同方向led光束成像的亮度一致性，为精准检测带来了极大帮助，减小了系统检测误差。

24、3、本发明的全中空设计允许装置可以适配当前大部分机器视觉成像系统，包括物镜、远心镜头、工业镜头等。

25、4、本发明采用led照明，允许有更大的照明光斑，为高速检测提供可能。

26、5、本发明全部构成零件均为工业生产常用器件，安装装调难度极低，可实现大范围的工业应用。

技术特征：

1.一种旋转led全角度环形照明装置，其特征在于，包括中空导电滑环(4)和外转子中空电机(5)，所述外转子中空电机(5)的转子外壁套设固定有led旋转架(7)，所述的led旋转架(7)沿周向均匀设有三组准直led光源；通过外转子中空电机(5)实现对待测区域360度的旋转照明；

2.根据权利要求1所述的旋转led全角度环形照明装置，其特征在于，三组准直led光源间隔120°，每组准直led光源包括led(6)以及对应的led准直镜头(8)，所述led准直镜头(8)的前端设有角度可调的反射镜(9)。

3.根据权利要求1所述的旋转led全角度环形照明装置，其特征在于，所述的led旋转架(7)的外侧壁以及中空导电滑环(4)的外转子分别通过对应的轴承(10)固定在外壳(3)内部。

4.根据权利要求1所述的旋转led全角度环形照明装置，其特征在于，所述中空导电滑环(4)和外转子中空电机(5)的为中空结构，用于同轴安装成像光路。

5.根据权利要求4所述的旋转led全角度环形照明装置，其特征在于，所述的成像光路包括成像镜头(2)以及设置在成像镜头(2)后端设的图像采集器(1)；所述准直led光源出射的光线到达待测区域，通过成像镜头(2)被图像采集器(1)采集。

6.根据权利要求1所述的旋转led全角度环形照明装置，其特征在于，所述外转子中空电机(5)的转速a的计算公式：

7.根据权利要求1所述的旋转led全角度环形照明装置，其特征在于，待测区域的光通量根据需求进行调整，具体包括以下步骤：

8.根据权利要求1所述的旋转led全角度环形照明装置，其特征在于，为保证不同方向成像的亮度一致性，还需要保证led光束的亮度一致性，采用如下方式进行控制：

技术总结本发明公开了一种旋转LED全角度环形照明装置，包括中空导电滑环和外转子中空电机，所述外转子中空电机的转子外壁套设固定有LED旋转架，所述的LED旋转架沿周向均匀设有三组准直LED光源；通过外转子中空电机实现对待测区域360度的旋转照明；所述中空导电滑环的内定子固定，外转子与所述准直LED光源的供电线相连，用于实现准直LED光源供电的旋转耦合。利用本发明，可以360度环形照明(纬线方向)，实现每个角度的光通量均匀照明，同时可调整机构实现0°‑90°的光源照明方向调整(经线方向)，尤其是在涉及暗场成像的机器视觉应用中发挥着关键作用。技术研发人员：王狮凌,刘东,郭世维,王劭文,孔明受保护的技术使用者：中国计量大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16