视觉检测系统LED光源照度优化方法及所用实验设备.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113916906A(43)申请公布日2022.01.11(21)申请号202111034167.6(22)申请日2021.09.03(71)申请人江苏理工学院地址213001江苏省常州市武进区中吴大道1801号(72)发明人巢渊徐鹏朱俊杰马成霞史璠梁栋(74)专利代理机构昆山中际国创知识产权代理有限公司32311代理人尤天珍(51)Int.Cl.G01N21/956(2006.01)G01N21/88(2006.01)F21V21/14(2006.01)权利要求书6页说明书18页附图10页(54)发明名称视觉检测系统LED光源照度优化方法及所用实验设备(57)摘要本发明公开了一种视觉检测系统LED光源照度优化方法及所用实验设备，其中优化方法为现在实验设备上安装LED光源矩阵，然后建立具有同方向、不同原点位置的基坐标系、腕坐标系，再建立单个LED光源的数学模型，获取LED光源矩阵对目标平面各点的照度值；基于照度均匀度、照度梯度变化、照度对中度、平均照度和目标与背景区分度的因素对LED矩阵光源建立平面照度效果评价函数并进行优化求解，获取具有最优照度效果的LED光源的空间位姿参数，实验设备包括实验台、用于安装LED光源矩阵的四轴光源支架、用于检测实验台上目标平面个点照度值的照度计和用于计算分析的控制系统，本发明优化目标合理，能提高工业产品视觉检测准确性。CN113916906ACN113916906A权利要求书1/6页1.一种视觉检测系统LED光源照度优化方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：安装LED光源：将呈矩阵状排列的LED光源矩阵安装在实验台上的光源支架上，其中光源支架能够带动LED光源在立体空间内变换对目标平面的照射位置和照射角度；步骤二：根据光源支架结构，建立具有同方向、不同原点位置的基坐标系、腕坐标系；步骤三：建立单个LED光源的数学模型，结合当前光源支架的位姿参数，获取LED光源矩阵对目标平面各点的照度值；步骤四：基于照度均匀度、照度梯度变化、照度对中度、平均照度和目标与背景区分度的因素对LED矩阵光源建立平面照度效果评价函数；步骤五：应用樽海鞘算法对平面照度效果评价函数进行优化求解，获取具有最优照度效果的LED光源的空间位姿参数。2.根据权利要求1所述的视觉检测系统LED光源照度优化方法，其特征在于：所述LED光源阵列形成条形光源，条形光源由光源控制器进行控制，条形的LED光源阵列由4行10列非相关LED光源排列而成，按水平布置，长度方向LED间隔5mm，宽度方向LED间隔4mm。3.根据权利要求1所述的视觉检测系统LED光源照度优化方法，其特征在于：设X方向、Y方向和Z方向为相互垂直的三个方向，其中Z方向为竖直方向，光源支架为能够沿Z方和X方向直线运动，同时能够绕Z轴和Y轴转动的四自由度支架，LED光源阵列安装在光源支架运动末端上。4.根据权利要求3所述的视觉检测系统LED光源照度优化方法，其特征在于：在步骤二中根据LED光源阵列的安装方案，建立具有同方向、不同原点位置的基坐标系、腕坐标系与光源坐标系，LED光源的空间位姿参数根据支架的相关位姿参数进行计算获取：设dx1、dy1、dz1为光源坐标系原点与腕坐标系原点在笛卡尔坐标系下的偏移量，dx2、dy2、dz2为腕坐标系原点与基坐标系原点在在笛卡尔坐标系下的偏移量，θ1为Y1轴转角，θ2为Z2轴转角，且正方向满足右手螺旋定则，建立光源支架模型，dx1、dy1、dz1和dy2成为定值，在当前支架与支架位姿参数下，单个LED光源在不同坐标系下的空间位姿变化公式如下：式中：(x,y,z)为光源坐标系下单个LED光源的坐标；(x1,y1,z1)为腕坐标系下单个LED光源的坐标；(x2,y2,z2)为基坐标系下单个LED光源的坐标。5.根据权利要求4所述的视觉检测系统LED光源照度优化方法，其特征在于：根据单个LED光源的数学模型，结合当前光源支架的位姿参数，获取条形LED光源对目2CN113916906A权利要求书2/6页标平面各点的照度值，具体包括以下步骤：步骤3‑1：单个LED光源数学模型的建立：将单个LED光源看作具有相同光通量的点光源，其照度分布由发光角的余弦量决定：m‑2E＝I0·(cosα)·cosβ·d(3)；式中：I0为LED球面的平均发光强度，通过实验法获得；m为与LED半衰角有关的参数，光源为理想朗伯体时，m取1，通常m大于1，并由当前LED的半衰角θ1/2确定，m通过实验法获得；α为光线与光轴之间的夹角；β为光线与被测平面法线之间夹角；d为目标点到光源面之间距离；步骤3‑2：变量的转换与获取：设条形的LED光源阵列中各个单个LED光源到目标点向量为a1，光源所在平面法