用于線材視覺檢測的超大功率led環(huán)形傾斜照明光源的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種機器視覺技術領域，尤其涉及一種用于管、棒、線材視覺檢測的超 大功率LED環(huán)形傾斜照明光源。
【背景技術】
[0002] 在產品質量檢測中，線陣、面陣及環(huán)形光源被廣泛應用。為了實現鋼鐵工業(yè)中管、 棒、線材產品的表面質量檢測，特別是針對熱態(tài)管、棒、線材產品的表面質量視覺檢測，克服 被測物體高溫對成像的影響，光源必須具有超高照度，且能均勻照射到管、棒、線材產品的 圓周表面。另外，因管、棒、線材產品的生產速度一般都較快，對于線材產品最高速度可達 120米/秒以上，相應地線陣相機成像時的掃描行頻超過lOOKhz，平均曝光時間少于10us， 要在如此高的掃描行頻下成像對光源照度也提出了極高要求。
[0003] 中國專利00811935. X公開了一種用于觀察高溫物體的光學觀察裝置和方法，該 專利介紹了一種用于觀察高溫物體的光學系統(tǒng)，該系統(tǒng)將電磁輻射投射到該部件表面并檢 測經反射的部分。基于該應用照明的波長和調制，可在不受自發(fā)輻射干擾的情況下觀測到 該部件的表面特征。中國專利200680032274. 2公開了一種用于探測諸如軋制/冷拉金屬 桿的工件上的表面缺陷的裝置和方法，該發(fā)明介紹了一種用于金屬扁平物無損表面缺陷探 測的相關問題，采用了多條線性光源進行投射的方式，配合相機進行成像。這些專利均沒有 涉及到環(huán)形高照度光源的設計。
【發(fā)明內容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于線材視覺檢測的超大功率LED環(huán)形傾斜照明光 源，該照明光源采用超大功率LED器件和光學軸對稱橢圓曲面共軛匯聚技術，實現對高速 線材環(huán)形傾斜均勻照明。
[0005] 為了實現上述技術目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0006] 一種用于線材視覺檢測的超大功率LED環(huán)形傾斜照明光源，包括若干個LED光源 模塊和光學反射鏡，所述LED光源模塊和光學反射鏡沿被測線材軸向中心為圓心線、向外 伸展的一個圓周上設置，LED光源模塊發(fā)射的照射光束經光學反射鏡反射后以傾斜照射角 度照射在被測線材上，在被測線材軸向形成一個有一定寬度的照明環(huán)形帶狀區(qū)間；所述傾 斜照射角度是指照射光束主方向與被測線材徑向面形成的夾角。
[0007] 進一步，所述LED光源模塊包括超大功率LED和光學系統(tǒng)，該光學系統(tǒng)為軸對稱橢 圓曲面共軛會聚光學系統(tǒng)，該超大功率LED位于光學系統(tǒng)12的軸對稱橢圓曲面一個焦點 處，超大功率LED光源經過光學系統(tǒng)后再經位于所述LED光源模塊對面的光學反射鏡反射 后照射在被測線材上。
[0008] 進一步，所述LED光源模塊還包括銅基板和水冷熱沉塊，銅基板為高導熱低熱阻 銅基板，所述超大功率LED和光學系統(tǒng)安裝于銅基板上，銅基板固定安裝于水冷熱沉塊，水 冷熱沉塊內開有冷卻孔，冷卻孔內有經出水口和進水口外接的冷卻水。
[0009] 本發(fā)明針對鋼鐵工業(yè)中管、棒、線材產品的表面質量檢測，提出了一種采用超大功 率LED器件和光學軸對稱橢圓曲面共軛匯聚技術，實現對高速線材環(huán)形傾斜均勻照明的照 明光源。本發(fā)明的照明光源的特點是：1)采用環(huán)形設計結構，高照度LED均勻布置，并采用 水冷結構進行冷卻；2)采用橢圓曲面反射鏡實現會聚照明，在圓材表面形成高照度環(huán)形照 明區(qū)域。
[0010] 本發(fā)明的照明光源能在被檢測產品軸向形成一個有效寬度不小于20_的照明環(huán) 形帶狀區(qū)間，數字攝像機或相機安裝在照明亮帶的徑向，與被檢測產品運動同步對被檢測 對象表面進行成像，實現曝光時間少于IOus以下的熱態(tài)高速線材表面成像，從而實現對其 表面缺陷的檢測，保證了熱態(tài)管、棒、線材產品表面質量的高精度、無遺漏檢測。
【附圖說明】
[0011] 圖1為被測物體與本發(fā)明的照明光源、相機檢測接收的結構示意圖；
[0012] 圖2為本發(fā)明的超大功率LED模塊結構示意圖；
[0013] 圖3為拋物面準直照明原理示意圖；
[0014] 圖4為軸對稱橢圓曲面反射鏡的會聚照明原理示意圖。
[0015] 圖中：ILED光源模塊，2光學反射鏡，3照明光源，4相機，5相機安裝調整機構，6防 護罩，7光源照明區(qū)（或檢測區(qū)），8被測線材；11超大功率LED，12光學系統(tǒng)，13銅基板，14 水冷熱沉塊，15冷卻水進水口和出水口。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0017] 參見圖1，一種用于線材視覺檢測的超大功率LED環(huán)形傾斜照明光源3,包括若干 個LED光源模塊1和光學反射鏡2,所述LED光源模塊1和光學反射鏡2沿被測線材8軸 向中心為圓心線、向外伸展的一個圓周上設置，LED光源模塊1發(fā)射的照射光束經光學反射 鏡2反射后以傾斜照射角度a照射在被測線材8上，在被測線材8軸向形成一個有一定寬 度的照明環(huán)形帶狀區(qū)間7 ;所述傾斜照射角度a是指照射光束主方向與被測線材8徑向面 形成的夾角。
[0018] 相機4 (或數字攝像機）安裝于相機安裝調整機構5上，相機4被調整到與被測線 材8徑向面相平行，聚焦于由本發(fā)明的照明光源3所照明的環(huán)形帶狀區(qū)間7進行檢測。每 個超大功率LED 11光源發(fā)出的光線，通過光學系統(tǒng)12的軸對稱橢圓曲面共軛會聚，形成所 需的照射光束，光束由光學反射鏡2反射，光束穿過帶高溫光學窗口防護罩6,按要求的傾 斜照射角度a照射在被測線材8區(qū)域，形成光源照明區(qū)7,該照明區(qū)為一個有一定寬度的照 明環(huán)形帶狀區(qū)間。
[0019] 本發(fā)明的照明光源3采用模塊化設計技術。所述LED光源模塊1包括超大功率 LED11、光學系統(tǒng)12、銅基板13和水冷熱沉塊14,參見圖2,該光學系統(tǒng)12為軸對稱橢圓曲 面共軛會聚光學系統(tǒng)，該超大功率LED 11位于光學系統(tǒng)12的軸對稱橢圓曲面一個焦點處， 超大功率LED 11光源經過光學系統(tǒng)12后再經位于所述LED光源模塊1對面的光學反射鏡 2反射后照射在被測線材8上。由于超大功率LED功耗大，對應的發(fā)熱量也大，LED光源模 塊引入了導熱效率高、熱容大的銅基板13和水冷熱沉塊14等溫控技術措施。所述銅基板 13為高導熱低熱阻銅基板，超大功率LED 11和光學系統(tǒng)12安裝于銅基板13上，銅基板13 固定安裝于水冷熱沉塊14,水冷熱沉塊14內開有冷卻孔，冷卻孔內有經出水口和進水口 15 外接的冷卻水。
[0020] 本發(fā)明的光學系統(tǒng)12是軸對稱橢圓曲面會聚光學系統(tǒng)，該光學系統(tǒng)12是本發(fā)明 的照明光源3關鍵組件，通過軸對稱橢圓曲面修正設計，改變傳統(tǒng)拋物面遠場會聚特性，實 現抵近距離共軛會聚或照射的關系。
[0021] 本發(fā)明用于線材視覺檢測的超大功率LED環(huán)形傾斜照明光源的主要特點是使超 大功率LED