[发明专利]用于环形灯源均匀聚焦的方法和装置

说明书

交叉引用

本申请要求2012年11月15日递交的第61/726,964号美国临时申请（‘964申请）的权益，和2013年3月15日递交的第61/789,037号美国临时申请（‘037申请）的权益。‘964申请和‘037申请两者都通过引用并入本申请，如同完全记载在此一般。

技术领域

本公开内容大体涉及物体照明的方法和装置，所述物体可以是在成像应用中的细长物体标的，诸如管件、条杆、管材、线材、杆柱、或类似物体。

背景技术

下文中这份背景说明仅为提供信息。因此，这份背景说明中的任何方面只要现有技术的程度尚未实现，相对于本公开内容而言，不管明示或暗示，均不被承认为已经存在的现有技术。

光照、特别是均匀的光照强度对诸如表面缺陷检测的成像应用而言非常重要。有各种类型的光照设计，以实现这种均匀性。例如，光均质器（例如，一般是正方形或六角形柱状透镜）能够被用于在二维（2D）区域上使非均匀的光束散布成均匀光束。这种方法支持在平坦表面上的均匀光照。

另一种方法被普遍称为阴天照明。对关注物体的自动检测（例如，杆柱、条杆、线材等）如今非常普遍。这些物体一般是圆的和长的（即，在径向横截面上具有圆形形状，并且细长）。例如，塑料水管可以有大约20mm的直径，10米长。电线也受到检测，以确保绝缘包覆是完整的。用于检测细长物体的市售系统一般应用采取阴天照明技术的光学系统。待检测的物体一般可以沿其轴向方向（沿纵向轴线）移动，同时成像装置被设置成随着物体移动穿过光学系统成像物体的周边。多光源被用于将光从各个方向投射到物体表面上。然而，这种方法具有局限性。第一，从物体反射回来的光照强度是有限的，除非使用非常高功率的光源，有限的反射光照强度导致有限的扫描速率，以及有限的光学分辨率（即，更低的扫描速率，更小的分辨率；或更高分辨率的光学器件一般更暗）。第二，散射的光不能支持快速的物体运动速度。第三，光投射方向不受控制，并因此不能被用于通过选定被设计好的入射角以突出某些缺陷。

此外，还已知有其他方法能够用于移动的细长物体成像，如参考第6,950,546号美国专利，其公开了具有单独的光增强器的多线光的用途，其中每条线光能够被调整以形成一个均匀环。尚存在其他已知方法，如沿物体的周边使用方向性投射聚光灯。

然而，具有高反射外表面的物体呈现一个非常具有挑战性的成像环境。例如，处理过的金属物体一般非常银亮，并且具有类似镜面的反射特性。因此，即使是分段方法（例如，多个单独的线光）也可能导致捕捉的图像中有均匀条纹。

使用真正的光纤环形灯可能可以解决上述问题，所述光纤环形灯能够具有大量在圆圈上设置的纤细导光件。然而，从导光件发出的光具有扇角（即，与全反射或导光材料的折射系数关联的角度；如果导光件是玻璃的，扇角一般是约60°的立体角）。不利的是，非常难于聚焦从这种环形灯发出的光环而不干扰均匀性。

前述讨论内容仅旨在讨论相关领域，不应该作为对权利要求范围的否定。

发明内容

在一个实施方式中，一种照明组件被设置成在检测系统中使用，其中，检测系统被配置成沿在纵向轴线延伸的细长物体上投射照明。照明组件包括光源、环形灯、和反射器。光源被配置成产生光输出。环形灯具有中心孔，纵向轴线穿过所述中心孔并且物体被布置在所述中心孔中。环形灯被联接成接收来自光源的光输出并且输出光环。在一个实施方式中，光环可以大体是锥体形状。反射器具有环形本体，所述环形本体具有带轮廓的反射表面，所述轮廓反射表面被配置成将来自环形灯的光环聚焦和引导到物体的外周表面上，以形成照明光带。在一个实施方式中，照明光带可以在物体的外周表面上和围绕物的外周表面。照明光带具有预先设定的宽度（即，轴向宽度或沿轴向方向得到的宽度），和在预先设定宽度上基本均匀的光照强度。在一个实施方式中，反射器的轮廓反射表面的轴向横截面限定为具有预先设定半径的圆弧区段。