機器視覺檢測系統和方法以及與其一起使用的孔口蓋的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及機器視覺檢測領域，尤其涉及物體、例如具有不規則面和/或鏡面的 物體的機器視覺檢測。
【背景技術】
[0002] 物體的機器視覺檢測通常對于本領域技術人員而言是熟悉的。機器視覺檢測的系 統和方法通常利用一個或多個攝像頭并且往往利用一個或多個照明源。照明可以以多種形 式提供，這些形式包括但不局限于直接照明、背光照明、環形照明、水平照明、同軸照明、以 及圓頂式照明。
[0003] 當檢測具有鏡面（表面具有光澤）的物體時，超級散射照明環境是尤為有效的。對 于前述的照明類型，已經發現圓頂式照明設備對于檢測這樣的物體、以及不規則的（例如 凸的、球形的、半球形的）形狀的物體是非常良好的。提供圓頂式照明的機器視覺檢測裝置 通常被稱為圓頂式照明器。
[0004] 如圖1所示，已知的圓頂式照明器通常包括位于待檢測的（待成像的）物體上方 的半球形圓頂結構。照明源如LED環位于該圓頂結構內。所述圓頂結構的內表面通常噴涂 或涂覆以漫射性材料，以使得由照明源發出的光被圓頂結構向外反射并且反射到待成像的 物體上。
[0005] 圓頂式照明器還包括中央（軸向）孔口，該孔口穿過圓頂結構從而為關聯的攝像 頭提供視窗。攝像頭在待成像的物體的面向上方的表面上聚焦，該表面被從圓頂內部向外 反射的光照射。然而，這種設計不利的副作用在于中央孔口在反射中呈現為被成像的表面 上的一個暗斑。這可能會導致例如難于讀取印在被成像的表面上的編碼或者難以看到被成 像的表面上的其它特征。
[0006] 該問題的一種已知的解決方案是一種通常被稱為cloudy Day?照明器（⑶I)的 裝置。CDI通常包括具有第二同軸光源的圓頂式照明器，所述第二同軸光源通過投射光穿過 中央圓頂孔口來進一步照射待檢測的物體。圓頂結構與同軸光源的亮度被平衡直至它們在 從被檢測的物體表面的反射中呈現相同的亮度。
[0007] 盡管⑶I是常規的圓頂式照明器的一種改進，但是⑶I是昂貴的。此外，同軸光源 的增加增大了圓頂式照明器的尺寸以及機械與電氣復雜性，并且還導致CDI相當笨重。CDI 還采用了平坦或彎曲的分束器結構，該分束器結構通常是易碎的并且難于清潔。
[0008] 從上述說明可以理解的是，期待提供一種簡單的、具有經濟效益的并且緊湊的機 器視覺檢測裝置，該機器視覺檢測裝置能夠對物體的整個鏡面準確地成像（檢測）。

【發明內容】

[0009] 這由一種機器視覺檢測裝置提供，所述機器視覺檢測裝置用于檢測感興趣的物體 的表面，所述機器視覺檢測裝置包括：基本上中空的照明殼體，所述殼體具有敞開的底部， 所述殼體的內部形成漫反射表面，所述漫反射表面能夠將光朝向所述殼體的所述敞開的底 部反射；照明源，所述照明源靠近所述殼體的所述敞開的底部定位并且定向成將光投射在 所述漫反射表面上；中央孔口，所述中央孔口與所述殼體的所述敞開的底部相反地穿過所 述殼體，所述中央孔口定位成借助所述殼體的所述敞開的底部提供對所述感興趣的物體的 觀察；孔口蓋，所述孔口蓋在所述殼體的外側上且在所述中央孔口上方定位，所述孔口蓋具 有不透明但漫反射性的結構形成的非連續圖案；以及攝像頭，所述攝像頭定位在所述孔口 蓋上方并且定向成能夠通過所述中央孔口與孔口蓋接收所述感興趣的物體的圖像。
[0010] 在機器視覺檢測裝置的另一實施例中，所述殼體的內部的所述漫反射表面的形狀 選自以下組：圓頂形狀、平坦形狀以及滾圓形狀。
[0011] 在機器視覺檢測裝置的又一實施例中，所述照明源選自以下組：靠近所述殼體的 所述敞開的底部、環繞所述殼體的圓周布置的環形光、多個直線光源、以及離散光源的陣 列。
[0012] 在機器視覺檢測裝置的一實施例中，所述孔口蓋的不透明但漫反射性的結構的形 成所述非連續圖案包括多個基本上平行并隔開的狹窄開縫。
[0013] 每個開縫的寬度的最小尺寸在約0.01毫米-2.0毫米之間、約0.1毫米-0.5毫米 之間、尤其是約0.2毫米。
[0014] 孔口蓋的不透明但漫反射性的結構形成的所述非連續圖案可以包括任意圖案，組 成所述圖案的結構的尺寸的最小尺寸以及將所述結構隔開的間距的最小尺寸在約0. 01毫 米-2.0毫米之間、約0.1毫米-0.5毫米之間、尤其是約0.25毫米。
[0015] 在機器視覺檢測裝置的又一實施例中，攝像頭靠近所述孔口蓋定位并且所述孔口 蓋的鏡頭孔徑適于保持充分打開，以使得所述孔口蓋的材料圖案失焦并且對于所述攝像頭 基本上是不可見的。
[0016] 在機器視覺檢測裝置的另一實施例中，所述孔口蓋的反射率可以大于殼體內部的 所述漫反射表面的反射率。
[0017] 殼體內部的所述漫反射表面的反射率可以在所述孔口蓋的平均反射率的約 ± 10 %以內，或者可以與所述孔口蓋的反射率基本上匹配。
[0018] 在另一實施例中，所述孔口蓋的攝像頭側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。
[0019] 還提供一種用于感興趣的物體的照明的圓頂式照明器，該圓頂式照明器用于機器 檢測裝置，所述照明器包括：基本上中空的照明的殼體，所述殼體具有敞開的底部，所述殼 體的內部形成圓頂形的漫反射部，所述漫反射部能夠將光朝向所述殼體的所述敞開的底部 反射；照明源，所述照明源靠近所述殼體的所述敞開的底部定位并且定向成將光投射在所 述漫反射部上以形成照明場；中央孔口，所述中央孔口借助所述殼體的所述敞開的底部提 供對所述感興趣的物體的觀察；以及孔口蓋，所述孔口蓋在所述殼體的外側上且在所述中 央孔口的上方定位，所述孔口蓋具有基本上不透明但漫反射性的結構形成的朝向所述殼體 的所述敞開的底部定向的非連續圖案。
[0020] 在圓頂式照明器的另一實施例中，所述孔口蓋的基本上不透明但漫反射性的結構 形成的所述非連續圖案可以包括多個基本上平行并隔開的條形開縫。
[0021] 每個開縫的寬度的最小尺寸可以在約0.01毫米-2.0毫米之間、約0.1毫米-0.5 毫米之間、尤其是約〇. 25毫米。
[0022] 在圓頂式照明器的進一步實施例中，所述孔口蓋的基本上不透明但漫反射性的結 構形成的所述非連續圖案可以包括這樣的結構形成的不規則、不平行、或者不重復的圖案。
[0023] 替代地，所述孔口蓋的基本上不透明但漫反射性的結構形成的所述非連續圖案可 以包括規則重復的棋盤樣式或規則重復的圖案。
[0024] 所述漫反射部的反射率可以在所述孔口蓋的平均反射率的約±75%、約±30%、 約± 10%以內。
[0025] 在圓頂式照明器的一實施例中，所述孔口蓋的攝像頭側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。
[0026] 進一步提供一種檢測物體表面的機器視覺方法，所述方法包括：
[0027] _提供一種機器視覺檢測裝置，所述機器視覺檢測裝置包括：基本上中空的殼體， 所述殼體具有敞開的底部，所述殼體的內部形成漫反射表面，所述漫反射表面能夠將光朝 向所述殼體的所述敞開的底部反射；照明源，所述照明源靠近所述殼體的所述敞開的底部 定位并且定向成將光投射在所述漫反射表面上以形成照明場；中央孔口，所述中央孔口與 所述殼體的所述敞開的底部相反地穿過所述殼體，所述中央孔口定位成借助所述殼體的所 述敞開的底部提供對所述物體表面的觀察；孔口蓋，所述孔口蓋在所述殼體的外側上且在 所述中央孔口的上方定位，所述孔口蓋具有基本上不透明但漫反射性的結構形成的非連續 圖案；以及攝像頭，所述攝像頭定位在所述孔口蓋上方并且定向成能夠通過所述中央孔口 與孔口蓋接收物體表面的圖像；
[0028] _靠近所述孔口蓋定位所述攝像頭；并且
[0029] -將所述攝像頭的鏡頭孔徑保持充分打開，以使得所述孔口蓋的材料圖案失焦并 且對于所述檢測用攝像頭基本上是不可見的，同時使得所述孔口蓋的所述漫反射性的結構 的反射圖像失焦，以使得所述漫反射性的結構融入周圍照明場中。
[0030] 在機器視覺檢測方法的另一實施例中，其特征在于，所述孔口蓋的形成所述非連 續圖案的不透明但漫反射性的結構選自以下組：多個基本上平行并隔開的條形開縫、圓圈、 橢圓形、或者其它形狀。
[0031] 在另一機器視覺檢測方法中，所述殼體內部的所述漫反射表面的平均反射率與所 述孔口蓋的平均反射率基本上匹配。
[0032] 本發明的實施例提供了與CDI大致相同的照射均勻度，但是消除了復雜性、增加 的成本和尺寸。本發明的實施例還能夠消除上文所述的使用典型的圓頂式照明器所涉及的 反射暗斑的問題。這是通過利用漫反射孔口蓋覆蓋孔口而使得照明殼體的中央