專利名稱：程控燈源及其調節控制方法
技術領域：
本發明涉及一種程控燈源，尤其是涉及一種程控燈源及其調節控制方法。 其主要應用于基于機器視覺的精密檢測領域，它對于材料不同的反射率、輪廓 曲率半徑和檢測目標特征等情況可以做相應的選擇，極大地增強了機器的精度 和物體的準確識別。
背景技術：
LED即發光二極管，有著體積小、耗電量低、使用壽命長、高亮度、低熱 量、環保、堅固耐用等特點，因而得到廣泛的應用。傳統的LED燈調光方式大 多數采用模擬調節方式，通過控制流過LED的電流大小，從而達到調節LED燈 亮度的目的。由于這種控制方式使LED燈一直處于工作狀態，從而減小了LED 的壽命，同時功耗，散熱等問題也會隨之而來的。然而本發明采用的是一種全 新的LED控制方式——P麗即脈寬調制調光方式，這是一種控制LED開和關的 時間比例，將開和關的時間比例劃分為若干等級，LED就會顯示出相應數量的 灰階的調光技術，是應用在LED最佳的灰度調節方式。由于LED燈處在開與關 的工作模式下，從而會提高了LED的壽命，減少LED功耗。
USB是UniversalSerialBus的縮略語，即通用串行總線，是現在非常流行 的一種快速、雙向、廉價、可以進行熱插撥的接口。在遵循USBl. 1規范的基 礎上，USB接口最高傳輸速度可達12Mb/s ;而在最新的USB2.0規范下，更可 以達到480M b /s。同時它可以連接127個USB設備，而且連接的方式也十分靈 活，既可以使用串行連接，也可以使用集線器，即Hub把多個設備連接在一起， 再同PC機的USB接口相連。此外，它還可以從系統中直接汲取電流，無需單 獨的供電系統。USB的這些特點使它獲得了廣泛的應用。
傳統的LED燈是采用對所有的LED進行亮度控制，不能夠選擇控制燈光照 射的角度，不能夠集中針對物體的某一處特征進行觀測，以致于對塑料、五金 等物體觀測不清晰，從而造成了測量精度的誤差。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種能夠選擇控制燈光照射的角度，能夠 集中針對物體的某一處特征進行清晰觀測的程控燈源。 為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案
程控燈源，包括發光體、燈座和環形電路板，所述發光體為LED燈， 其特征在于所述燈座包括膠體碗狀結構的LED燈底座、LED燈罩和LED燈固 定座，該LED燈固定座的外表設有與內部相通的對流小孔，該膠體碗狀結構的 內部凹槽沿給定角度嵌設有至少一層可依獨立程序控制不同區域的環形電路 板；所述LED燈與所述電路板固定并通過電連接，與PC機進行通訊的USB 接口與所述電路板電連接。
所述燈座為黑色ABS膠體碗狀結構。
所述環形電路板包括環形電路板之一和環形電路板之二 ，其上分別設置有 環形電路板連接接口和USB接口；所述LED燈底座和環形電路板之一通過六 方螺栓連接在一起，所述環形電路板之二與所述LED燈罩和LED燈固定座內 通過六方螺栓連接在一起；所述環形電路板上分別有五環LED燈，其第一環設 有16個LED燈，均勻分布在直徑為34.5士0.5mm的圓上，內部凹槽角度為73.5 ±0.1。；第二環設有24個LED燈，均勻分布在直徑為55.5士0.5mm的圓上， 內部凹槽角度為80±0.1°;第三環設有32個LED燈，均勻分布在直徑為73 士0.5mm的圓上，內部凹槽角度為85士0.1。；第四環設有40個LED燈，均勻 分布在直徑為90士0.5mm的圓上，內部凹槽角度為85士0.1。；第五環設有48 個LED燈，均勻分布在直徑為110士0.5mm的圓上，內部凹槽角度為85土0.1。； 該燈源包括五環八相四十區塊可依獨立程序控制的LED燈。
上述技術方案具有以下有益效果能夠選擇控制燈光照射的角度，能夠集 中針對物體的某一處特征進行觀測，可對塑料、五金等物體觀測清晰，從而測 量精度的提高。另外，使用黑色ABS膠體外嵌環形電路板，可使LED定位準確、 焊接牢固，黑色膠體有效減小了光源的二次反射，環形電路板上的大面積敷銅 使得LED上產生的熱量能得到及時導出，外殼上面的對流小孔增強了光源的散 熱能力，從而減小了溫度對LED性能和CCD成像品質的影響。
本發明還提供上述程控燈源的調節控制方法。其技術方案為-
程控燈源的調節控制方法，包括以下步驟1)初始化單片機和所有的外 圍電路；2)主循環部分，檢査循環緩沖區內需要處理的新數據；3)中斷服務 程序，單片機作它的前臺工作，等待中斷；主機首先要發令牌包給USB設備， USB設備接收到令牌包后就給單片機發中斷；單片機進入中斷服務程序，首先
讀USB設備的中斷寄存器，判斷USB令牌包的類型，然后執行相應的操作，當接
收到PC機的數據時置接收標志位；4)PC機亮度數據更新，亮度數據更新模塊
通過不斷査詢USB接收標志位可以知道是否要更新TLC5940內的亮度值，當接 收到亮度數據時，當完成所有數據位的輸入后，PC機發出鎖存信號，使PC機 內部比較器的值得到更新，PC機根據更新的高度值調整LED燈的發光強度。
該技術方案具有以下有益效果使用不同的燈光組合方式，可以達到優劣 勢互補，對于不同類型的工件根據光的不同狀況下的反射特性選擇不同的控制 方式來打光，從而起到突出關心的物體特征，忽略無關特征，達到良好的取像 效果，能夠準確識別物體特征，提高測量精度。
下面結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步說明
圖l為環形燈控制示意圖2為八區塊分別控制示意圖3為四十區段控制示意圖4為全光控制示意圖5為硬件連接示意圖6為軟件流程圖7為本發明的立體圖8為本發明燈頂方向的立體圖9為本發明燈底方向的立體圖10為本發明的立體結構分解圖。
具體實施例方式
本發明采用的是一種全新的LED控制方式——PWM即脈寬調制調光方式， 這是一種控制LED開和關的時間比例，將開和關的時間比例劃分為若干等級，LED就會顯示出相應數量的灰階的調光技術，是應用在LED最佳的灰度調節方 式。
如圖7至圖10所示，程控燈源，包括發光體l、燈座和環形電路板，所述 發光體為LED燈，所述燈座包括膠體碗狀結構的LED燈底座2、 LED燈罩6 和LED燈固定座7，該LED燈固定座7的外表設有與內部相通的對流小孔9， 所述LED燈與所述電路板固定并通過電連接，與PC機進行通訊的USB接口 與所述電路板電連接。所述LED燈底座2為黑色ABS膠體碗狀結構。所述環 形電路板包括環形電路板之一 3和環形電路板之二 5，其上分別設置有環形電 路板連接接口和USB接口；所述LED燈底座2和環形電路板之一 3通過六方 螺栓4連接在一起，所述環形電路板之二 5與所述LED燈罩6和LED燈固定 座7通過內六方螺栓8連接在一起；所述環形電路板上分別有五環LED燈，其 第一環設有16個LED燈，均勻分布在直徑為34.5mm的圓上，內部凹槽角度 為73.5。；第二環設有24個LED燈，均勻分布在直徑為55.5mm的圓上，內部 凹槽角度為80°;第三環設有32個LED燈，均勻分布在直徑為73mm的圓上， 內部凹槽角度為85。；第四環設有40個LED燈，均勻分布在直徑為90mm的 圓上，內部凹槽角度為85。;第五環設有48個LED燈，均勻分布在直徑為110mm 的圓上，內部凹槽角度為85°;該燈源包括五環八相四十區塊可依獨立程序控 制的LED燈。
當然，所述LED燈底座2和環形電路板之一 3可以通過其他現有的技術固 定連接在一起，所述環形電路板之二 5與所述LED燈罩6和LED燈固定座7 內可以通過其他現有的技術固定連接在一起。根據上述尺寸按比例縮放就可制 成不同尺寸的程控燈源；其環形電路板LED的環數以及燈的個數，也可以根據 實際需要增加或減少，當然其控制程序也做相應改變，本領域技術人員根據本 發明的教導，很容易做到。因此，凡是如此制得的程控燈源，皆落入本發明的 保護范圍內。
該膠體碗狀結構使用黑色ABS膠體，環形電路板嵌入其膠體凹槽內，可使 LED定位準確、焊接牢固，黑色膠體有效減小了光源的二次反射，環形電路板 上的大面積敷銅使得LED上產生的熱量能得到及時導出，在該膠體碗狀結構外 殼上面設有貫通的對流小孔9增強了光源的散熱能力，從而減小了溫度對LED 性能和CCD成像品質的影響。使用不同的組合方式，可以達到優劣勢互補，對 于不同類型的工件根據光的不同狀況下的反射特性選擇不同的控制方式來打
光，從而起到突出關心的物體特征，忽略無關特征，達到良好的取像效果，能 夠準確識別物體特征，提高測量精度。
下面詳細敘述其工作元器件的構成和工作原理
(1) 本發明選用美國德州儀器公司的TLC5940為LED燈核心控制元件，其 芯片主要特點為16通道；12bit( 4096灰階)P麗灰度調節；6bit(64級)像點 修正；3.0V至5.5V電壓輸入范圍；120mA恒流每通道；30MHz轉換率；芯片間 精確度為2. 7% (典型)；通道間精確度為1%(典型)；集成了 EEPROM器件。
(2) 本發明采用USB接口與PC機進行通訊，USB通訊器件選用PHILIPS公司 的PDIUSBD12 USB接口芯片，其特點為符合通用串行總線USB 1. l版規范，集 成了SIEFIFO存儲器收發器以及電壓調整器，符合大多數器件的分類規格，可 與任何外部微控制器或微處理器實現高速并行接口，可達2M字節/秒，完全自 治的直接內存存取DMA操作，集成320字節多結構FIFO存儲器，主端點的雙緩沖 配置增加了數據吞吐量并輕松實現實時數據傳輸，在批量模式和同步模式下均 可實現lM字節/秒的數據傳輸速率，具有良好EMI特性的總線供電能力，在掛 起時可控制LazyClock輸出，可通過軟件控制與USB的連接，采用GoodLink技術 的連接指示器，在通訊時使LED閃爍，可編程的時鐘頻率輸出，符合ACPIOnNOW 和USB電源管理的要求，內部上電復位和低電壓復位電路，多中斷模式實現批 量和同步傳輸。
(3) USB程控燈源固件說明
USB程控燈源固件程序由四部分組化單片機和所有的外圍電路，包括 PDIUSBD12和TLC5940。
初始化模塊是對單片機內部寄存器，定時器，中斷和外部器件上電時的狀 態進行設置。其主要任務是設置PDIUSBD12芯片的工作模式和設置TLC5940芯 片在上電時關閉所有的LED燈。 請參照圖6 ，其流程圖。
a)主循環部分，其任務是可以中斷的，它通過不斷査詢狀態標志位來選 擇要執行的任務，主循環不關心數據是來自USB還是其它接口，它只檢查循環 緩沖區內需要處理的新數據，這樣主循環程序專注于數據的處理而中斷服務程 序能夠以最大可能的速度進行數據的傳輸。 b)中斷服務程序
其任務是對時間敏感的，必須馬上執行。根據USB協議，任何傳輸都是由主 機即Host開始的。單片機作它的前臺工作，等待中斷。主機首先要發令牌包 給USB設備，這指PDIUSBD12, PDIUSBD12接收到令牌包后就給單片機發中斷。 單片機進入中斷服務程序，首先讀PDIUSBD12的中斷寄存器，判斷USB令牌包 的類型，然后執衧相應的操作，PDIUSBD12與PC機通訊時的任何數據都是由中 斷服務程序發送或接收的，當接收到PC機的數據時置接收標志位。
c)TLC5940亮度數據更新部分
亮度數據更新模塊通過不斷查詢USB接收標志位可以知道是否要更新 TLC5940內的亮度值，當接收到亮度數據時，單片機會把接收到的亮度值通過 并一串轉換的方式一位一位的向TLC5940輸入數據，當完成所有數據位的輸入 后，單片機發出鎖存信號，使TLC5940內部比較器的值得到更新，TLC5940根 據更新的高度值調整LED燈的發光強度。
請參照圖5， PC機端控制軟件使用說明
PC機端控制軟件采用五環四十區塊程式控制，IOO級亮度可調，當上位機 軟件接收到用戶輸入的指令后，通過USB接口向程控燈源發送42個字節，包 括底光燈和同軸光燈的亮度數據，程控燈收到數據后再調節其所對應組的LED 燈亮度。使用USB程控燈控制軟件可以準確無誤的控制LED的高度階級，能快 速切換不同的照射模式，提高了工件測量的速度和精度。 本發明也采用USB接口作為與PC機通訊的接口 。 本發明選用美國德州儀器公司的TLC5940為LED燈核心控制元件。 本發明采用五環LED，多達四十區段控制，在不同的環上布置不同角度的 高亮LED。對于不同類型的工件根據光的不同狀況下的反射特性選擇不同的控 制方式來打光，從而起到突出關心的物體特征，忽略無關特征，達到良好的取 像效果，能夠準確識別物體特征，提高測量精度。
具體調節方式，請參照圖1至圖4，空白和陰影表示光的明亮和灰暗-
a. 環形燈控制，如圖1所示。該環節主要對精密檢測時候的邊角特征或 物體材質的不同，結合具體情況做環形組合或單獨控制，獲取很好的邊沿對比 度。 一般以主光加輔助光做配合。
b. 八區塊分別控制，如圖2所示。根據計算機要識別的具體特征，選擇 不同的區塊組合，突出目標特征。
C.四十區段控制，如圖3所示。根據物體的反射率不同，輪廓曲率不同， 目標特征不同，選擇相應的區段組合，這種組合用于較特殊的場合。
d.全光控制，如圖4所示。通常情況下選用的標準光，該光結合了多角 度光，對物體各種特征都有比較好的觀察效果。
權利要求
1、一種程控燈源，包括發光體(1)和燈座，所述發光體為LED燈，其特征在于，所述燈座包括膠體碗狀結構的LED燈底座(2)、LED燈罩(6)和LED燈固定座(7)，該LED燈固定座(7)的外表設有與內部相通的對流小孔(9)，該膠體碗狀結構的內部凹槽沿給定角度嵌設有至少一層可依獨立程序控制不同區域的環形電路板；所述LED燈與所述電路板固定并通過電連接，與PC機進行通訊的USB接口與所述電路板電連接。
2、 根據權利要求1所述的程控燈源，其特征在于所述燈座為黑色ABS膠 體碗狀結構。
3、 根據權利要求1或2所述的程控燈源，其特征在于所述環形電路板包 括環形電路板之一 (3)和環形電路板之二 (5)，其上分別設置有環形電路板 連接接口 (31)和USB接口 (51) ， 所述LED燈底座(2)和環形電路板之一(3)通過六方螺栓(4)連接在一起，所述環形電路板之二 (5)與所述LED 燈罩(6)和LED燈固定座(7)內通過六方螺栓(8)連接在一起；所述環形電 路板上分別有五環LED燈，其第一環設有16個LED燈，均勻分布在直徑為34.5 士0.5mm的圓上，內部凹槽角度為73.5土0.1。；第二環設有24個LED燈，均 勻分布在直徑為55.5士0.5mm的圓上，內部凹槽角度為80士0.1。；第三環設有 32個LED燈，均勻分布在直徑為73士0.5mm的圓上，內部凹槽角度為85±0.1°; 第四環設有40個LED燈，均勻分布在直徑為90土0.5mm的圓上，內部凹槽角 度為85土0.1。；第五環設有48個LED燈，均勻分布在直徑為110士0.5mm的 圓上，內部凹槽角度為85士0.1。；該燈源包括五環八相四十區塊可依獨立程序 控制的LED燈。
4、 一種程控燈源的調節控制方法，包括以下步驟1)初始化單片機和所 有的外圍電路；2)主循環部分，檢査循環緩沖區內需要處理的新數據；3)中 斷服務程序，單片機作它的前臺工作，等待中斷；主機首先要發令牌包給USB 設備，USB設備接收到令牌包后就給單片機發中斷；單片機進入中斷服務程序， 首先讀USB設備的中斷寄存器，判斷USB令牌包的類型，然后執行相應的操作， 當接收到PC機的數據時置接收標志位；4) PC機亮度數據更新，亮度數據更新 模塊通過不斷查詢USB接收標志位可以知道是否要更新TLC5940內的亮度值， 當接收到亮度數據時，當完成所有數據位的輸入后，PC機發出鎖存信號，使 PC機內部比較器的值得到更新，PC機根據更新的高度值調整LED燈的發光強 度。
全文摘要
本發明涉及一種程控燈源，尤其是涉及一種程控燈源及其調節控制方法。本發明提供一種能夠選擇燈光照射的角度，能夠集中針對物體的某一處特征進行清晰觀測的程控燈源和其調節方法。其技術方案為程控燈源包括發光體、燈座和控制電路板，所述發光體為LED燈，所述燈座為膠體碗狀結構，該碗狀結構的外表設有與內部相通的對流小孔，該膠體碗狀結構的內部凹槽沿給定角度嵌設有至少一層可依獨立程序控制不同區域的環形電路板；所述LED燈與所述電路板固定并通過電連接，與PC機進行通訊的USB接口與所述電路板電連接。該發明能夠選擇控制燈光照射的角度，能夠集中針對物體的某一處特征進行觀測，可對塑料、五金等物體觀測清晰，從而提高測量精度。
文檔編號F21V23/00GK101377269SQ200810166900
公開日2009年3月4日 申請日期2008年9月28日 優先權日2008年9月28日
發明者峰 周, 彭雄良 申請人:東莞市嘉騰儀器儀表有限公司