CN105277127A - 智能线缆厚度快检测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了智能线缆厚度快检测量仪，其设有桌子、柜子、影像测量器、电脑；所述影像测量器与所述电脑之间通过通讯电缆电性连接；所述影像测量器设有基座、立柱、镜头保护罩、设于所述基座上端的高清玻璃载物台、设于所述高清玻璃载物台下方所述基座内部的Collimated光源设备、设于所述高清玻璃载物台与所述Collimated光源设备之间且用于将Collimated光源设备所发出光线改变成平行光的第一镜片、设于所述高清载物台正上方且安装在所述镜头保护罩下端用于接收与光轴平行光线的双远光镜头、CCD摄像机、控制系统；所述双远心镜头由第二镜片和第三镜片组成。本发明具有设备体积小、测量范围大、测量时间短、测量精度高的优点。

Description

智能线缆厚度快检测量仪

技术领域

本发明涉及电缆检测技术领域，尤其涉及一种智能线缆厚度快检测量仪。

背景技术

目前国内仪器厂家所生产的厚度测试仪器(截面投影仪)，都是延续老的传统的测试方式，通过光的折射把试片的轮廓投到仪器的玻璃显示屏上，然后试验员根据目测选择出试片的最薄点，再调节横、纵手轮，很繁琐的才能得出试片的最薄点和平均厚度，这样一个试片会通过几个试验步骤才能完成很是不便，并且仪器有以下缺点：

1、被测试片直径受限制。光折射需要距离才能使物体轮廓清晰成像，而目前的截面投影仪光学成像的距离有限(100mm-150mm)，所以被测试片的直径最大才是50mm，直径50mm以上则不能显示在成像玻璃屏上，不能测量。

2、测量误差。由于测试过程是由人工目测来选出试片的最薄点，并且用手来调测量手轮来得出测试数据，因人而异所得出的试验数据也有异同和误差，因而影响试验数据。

3、传统自动影像测试仪，由于测量试片大小不统一所以在测量时，为使被测试片清晰，需进行手动调节物镜的焦距来完成清晰成像，每次物镜焦距发生变化时，需要放置标准刻度尺来进行校准，校准后才可进行测量。

4、操作步骤繁琐，试验效率低。因电线电缆标准要求每一个试片需测试6个角度点能得出一组数据，得出试片的最薄点和平均值，得出一组数据需用时间约在20分钟以上，不方便又不快捷。

5、试验数据不能保存不便于追溯分析。目前电线电缆截面投影仪只是能完成简单的轮廓测量，试验数据不能保存和分析。

6、目前自动厚度测试仪器(投影仪)都依赖进口，价格昂贵而且维修费用高极为不便，本次研发将会把本仪器研发和试验室的需求结合起来，改革现有仪器的缺点和不足，服务于基础研究。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题不足之处，提供一种智能线缆厚度快检测量仪，具有设备体积小、测量范围大、测量时间短、测量精度高的优点。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

智能线缆厚度快检测量仪，其设有桌子、设于所述桌子下方的柜子、设于所述桌子左边桌面上的影像测量器、设于所述桌子右边桌面上的电脑；所述影像测量器与所述电脑之间通过通讯电缆电性连接；所述影像测量器设有基座、下端固定连接在所述基座后侧端的立柱、设于基座上方且固定连接在所述立柱上端的镜头保护罩、设于所述基座上端的高清玻璃载物台、设于所述高清玻璃载物台下方所述基座内部的Collimated光源设备、设于所述高清玻璃载物台与所述Collimated光源设备之间且用于将Collimated光源设备所发出光线改变成平行光的第一镜片、设于所述高清载物台正上方且安装在所述镜头保护罩下端用于接收与光轴平行光线的双远光镜头、CCD摄像机、控制系统；所述控制系统与所述CCD摄像机、Collimated光源设备电性连接；所述控制系统设有输入模块、MCU控制单元、接口模块、指示灯，所述MCU控制单元均与所述输入模块、接口模块、指示灯电性连接；所述接口模块通过电缆与所述电脑通讯；所述高清玻璃载物台通过一玻璃载物台固定架固定安装在所述基座上端。

所述双远心镜头由第二镜片和第三镜片组成，所述第二镜片为设于所述双远心镜头下端用于将平行光线缩小的第二镜片，所述第三镜片为设于所述双远心镜头上端用于将光线放大成平行光线的第三镜片。

所述摄像测量器下端四个角分别设有用于调节基座水平度的第一调节螺栓。

所述桌子由桌面和若干条桌腿组成，所述桌腿下端设有用于调节桌面水平度的第二调节螺栓。

所述Collimated光源设备设有至少两个Collimated光源。

所述立柱为由大理石材料制成的立柱，所述基座为由大理石材料制成的基座，所述镜头保护罩为由塑钢材料制成的镜头保护罩。

使用方法：将电缆放在高清玻璃载物台上，电缆切口向上，所述Collimated光源设备发出的光线，散射的光线射向所述第一镜片侧面，光线经过所述第一镜片之后出来的所有光线均为与光轴平行的平行光线，平行光线透光高清玻璃载物台往电缆方向照射去，所述双远心镜头接收平行光线，所述CCD摄像机进行记录，所述MCU控制单元将记录信息通过接口单元经过电缆传送至所述电脑，所述电脑对记录信息进行内部分析判断，得出结果，并将结果信息储存起来。

本发明采用上述结构，具有设备体积小、测量范围大、测量时间短、测量精度高的优点。

附图说明

图1为本发明使用状态示意图；

图2为本发明局部原理示意图。

以下通过附图和具体实施方式来对本发明作进一步描述。

具体实施方式

如图1至图2所示，本发明智能线缆厚度快检测量仪，其设有桌子1、设于所述桌子1下方的柜子2、设于所述桌子1左边桌面上的影像测量器3、设于所述桌子1右边桌面上的电脑4；所述影像测量器3与所述电脑4之间通过通讯电缆电性连接；所述影像测量器3设有基座31、下端固定连接在所述基座31后侧端的立柱32、设于基座31上方且固定连接在所述立柱32上端的镜头保护罩33、设于所述基座31上端的高清玻璃载物台34、设于所述高清玻璃载物台34下方所述基座31内部的Collimated光源设备35、设于所述高清玻璃载物台34与所述Collimated光源设备35之间且用于将Collimated光源设备35所发出光线改变成平行光的第一镜片36、设于所述高清载物台34正上方且安装在所述镜头保护罩33下端用于接收与光轴平行光线的双远光镜头、CCD摄像机38、控制系统；所述控制系统与所述CCD摄像机38、Collimated光源设备35电性连接；所述控制系统设有输入模块、MCU控制单元、接口模块、指示灯，所述MCU控制单元均与所述输入模块、接口模块、指示灯电性连接；所述接口模块通过电缆与所述电脑4通讯；所述高清玻璃载物台34通过一玻璃载物台固定架固定安装在所述基座31上端。

所述双远心镜头由第二镜片371和第三镜片372组成，所述第二镜片371为设于所述双远心镜头下端用于将平行光线缩小的第二镜片371，所述第三镜片372为设于所述双远心镜头上端用于将光线放大成平行光线的第三镜片372。

所述摄像测量器3下端四个角分别设有用于调节基座水平度的第一调节螺栓。

所述桌子1由桌面11和若干条桌腿12组成，所述桌腿12下端设有用于调节桌面水平度的第二调节螺栓21。

所述Collimated光源设备35设有至少两个Collimated光源。

所述立柱32为由大理石材料制成的立柱32，所述基座31为由大理石材料制成的基座31，所述镜头保护罩33为由塑钢材料制成的镜头保护罩33。

进一步，所述警示灯包括红色灯和绿色灯。所述控制系统还包括一喇叭，所述喇叭与所述MCU控制单元电性连接。

使用方法：将电缆放在高清玻璃载物台上，电缆切口向上，所述Collimated光源设备35发出的光线，散射的光线射向所述第一镜片36侧面，光线经过所述第一镜片36之后出来的所有光线均为与光轴平行的平行光线，平行光线透光高清玻璃载物台34往电缆方向照射去，所述双远心镜头接收平行光线，所述CCD摄像机38进行记录，所述MCU控制单元将记录信息通过接口单元经过电缆传送至所述电脑4，所述电脑4对记录信息进行内部分析判断，得出结果，并将结果信息储存起来。

采用大视野双远心镜头成像系统对圆形或矩形试片的内径、外径、截面宽度进行测量；光学产品的优劣决定了系统的品质，而远心镜头能执行各种形式的光学量测。双远心镜头能有效降低甚至消除以上因光线导致测量精度高的问题素。软件可预先设置试片标准厚度和最薄点，然后以最薄点为起点的60度分割逐点测量，并自动换算出平均厚度以及原始厚度，测量后的数据参数可保存、调用及输出报表(直接输出至EXCEL)可以打印远传。可使单次测量速度最快达到2秒/次，测量更准确更快大大提高了工作效率。软件可设置当测量试片符合标准要求时，绿灯亮，不符合标准要求时则红灯亮，同时还有不同的声音提示。从而更方便测量判定试片是否符合标准要求。

光学量测系统通常会自物体正上方拍摄(不纪录物体侧面)以测量其直径或直线距离。由于许多机械零组件无法精准定位或具有高度差或厚度等问题，工程师需要可靠光学量测系统来判定影像与物体的实际间距。

在一般标准镜头下，物体的影像大小会因为与镜头的距离不同而改变。同样的，不同大小的对象可能会受距离的影响而看起来相同。反观双远心镜头能容许一定程度的距离改变，在＂限定景深＂或＂远心度区间＂内，影像不会因物体与镜头间距离的改变而放大或缩小。

此特性是由于在光学系统中，只有与光轴平行的光束会被接收，因此远心镜头必须大于或等于被摄物体的直径。“Telecentric”这个单字是来自于希腊前缀”tele-”(遥远)以及字根”center”(中心，在此代表着光学系统的轴心)，代表此光学系统的入射光线在通过远心镜头时是与镜头的中央轴心平行，而成像点会在远心镜头的焦点平面上。在远心系统内，唯有与轴心平行或接近平行的光束会被接受。

在此我们举个简单的例子来说明两种光学系统的差异性。首先我们使用一个焦距为12毫米的标准镜头(f＝12mm)及以1/3吋的侦测器为接口来测定放置于200毫米(s＝200mm)外的20毫米(H＝20mm)对象。当对象位移1毫米(ds＝1mm)时，其成像大小将会有约略0.1毫米的差异(如以下公式)。

dH＝(ds/s)xH＝(1/200)x20mm＝0,1mm。

在telecentric光学系统下，成像的大小的变化取决于”telecentric曲线”，一个高品质远心镜头的曲线角度(theta)能趋近于0.1°(0,0017rad)，代表当物体同样移动1毫米(ds＝1mm)时，其成像将只会有0.0017毫米的改变。

dH＝dsxtheta＝1x0,0017mm＝0,0017mm。

因此相较于标准镜头，远心镜头能将放大倍率的误差缩小至1/10或甚至1/100。

“Telecentricrange”或是”telecentricdepth”代表在维持放大倍率下能摆设物体的范围。然而当物体不在telecentricrange中并不代表镜头功能就不具远心的特性，影像的变异程度主要是由镜头的”远心曲线”(由前文的”theta”所定出来的)或”远心度”所决定，这个曲线决定了物体在移动时造成的影像误差大小，然而当主要入射光束与光轴”平行”时，成像的大小就不会因物体置放的距离而影响。由于远心镜头必须接收与光轴平行的入射光源，远心镜头的尺寸必须比拍摄物体还大，因此远心镜头会比一般镜头大且厚重，成本也比一般镜头高。

影像的变形是限制光学量测准确性的重要因素之一，再好的镜头都还是无法避免。然而有时候一或数个像素的错误可能具决定性的影响。失真度也可以说是影像与实际画面的差异度。失真度是利用影像点与影像中心位置的距离和在标准影像(未失真影像)的实际距离之间的差异来计算。举例来说，一个与画面中心距离200像素的标的在影像画面中只有和中心点间隔198个像素，其失真度则为：distortion＝(198-200)/200＝-2/200＝1％。

影像的失真可被视作真实画面经过二维几何性变形的结果，由于通常不是线性改变而是二或三度的多项式的变形，影像会被些许的拉扯及扭曲。一般的镜头具有数度或数十度的失真度，不过由于大部分的影像镜头是用在一般监测系统或普通摄影中，些许的影像失真是能被容许的，但此瑕疵让精密影像测量变的困难。高品质的双远心镜头只具有低于0.1％失真度的特性，虽然这个数次听起来很小，但在高分辨率的摄影机下仍能造成将近一个像素的误差。因此许多失真的影像会利用软件做校正：将校正用图样(此图样的精密度必须比)置于镜头下方拍摄，之后利用软件计算影像校正公式，将失真影像做校正。由于影像的失真程度与物体和镜头的距离有极高的关联性，因此必须格外留意物体在被摄影时与镜头的距离。

除了与双远心镜头的距离以外，物体和双远心镜头之间必须尽量保持垂直，所谓的梯形性失真是另一个影像测量系统中必须克服的问题，如果拍摄物体没有被放置于中心点，此类的影像通常据非对称性也很难利用软件校正。

使用一般光学镜头拍摄非平面物体时，物体的大小会因为距离而改变。因此拍摄管柱形物体时，管柱顶端与底端会成被拍摄成像为同心圆而非同样的双圆。而在远心镜头下，圆柱底端则会与柱顶的圆完全重叠。在一般光学镜头下，没有与光轴平行的纵向光束会在感光源件上投射成平行距离，然而只些接收平行光束的远心镜头则不会有视觉误差的问题。

一般镜头通常会将3D物体的立体影像(包括空间距离)转换成2D影像，而远心镜头只会纪录2D平面影像而不受物体的立体距离影响，这个特性在影像量测系统中具有极大的优势。

一般镜头会将光束(镜头左边)的纵向距离投射成平行影像，而远心镜头不会有这种情形。影像的分辨率是利用CTF(contrasttransferfunction)将影像的对比清晰度量化。很多影像系统是利用多个低画素相机搭配低分辨率的便宜镜头，因而只得到非常模糊的影像。而远心镜头的高分辨率让它能搭配低像素高分辨率的相机而依然得到良好的影像品质。

影像拍摄时，背景光线常常会让物体的轮廓变的难以界定，主要是因为背景的强光会与物体边缘的阴影重叠，除此之外，当光线自不同角度投射于物体上时，某些光源被物体反射后仍然被镜头所接收，这种光线常常会被误判来自物体背后，造成边缘判定上的误差，因此当物体具有高度立体特性时容易会出现误差。

这个问题在远心镜头下能被明显的改善，当光圈缩的够小时，只有与光轴平行的光束能通过镜头，因此被物体反射的光线就不会被接收，影像的精准性也就能明显提升。如果想要更进一步的提升影像的品质，可利用collimated(或称“telecentric”)光源设备搭配远心镜头，在这种配备能让相机与光源互相配合，让所有自collimated光源发出的光都能是被镜头所接收的平行光束，让噪声与曝光时间都能大幅的降低。除此之外，边缘定位的问题也因光源的控制而有明显的改善。Collimated(telecentric)光源设备只提供与光轴接近平行的光束

本发明采用上述结构，具有设备体积小、测量范围大、测量时间短、测量精度高的优点。

以上说明并非限制本发明的技术方案，凡是不脱离本发明精神的技术，均属于本发明的权利要求范围内。

Claims (6)

1.智能线缆厚度快检测量仪，其特征在于：设有桌子、设于所述桌子下方的柜子、设于所述桌子左边桌面上的影像测量器、设于所述桌子右边桌面上的电脑；所述影像测量器与所述电脑之间通过通讯电缆电性连接；所述影像测量器设有基座、下端固定连接在所述基座后侧端的立柱、设于基座上方且固定连接在所述立柱上端的镜头保护罩、设于所述基座上端的高清玻璃载物台、设于所述高清玻璃载物台下方所述基座内部的Collimated光源设备、设于所述高清玻璃载物台与所述Collimated光源设备之间且用于将Collimated光源设备所发出光线改变成平行光的第一镜片、设于所述高清载物台正上方且安装在所述镜头保护罩下端用于接收与光轴平行光线的双远光镜头、CCD摄像机、控制系统；所述控制系统与所述CCD摄像机、Collimated光源设备电性连接；所述控制系统设有输入模块、MCU控制单元、接口模块、指示灯，所述MCU控制单元均与所述输入模块、接口模块、指示灯电性连接；所述接口模块通过电缆与所述电脑通讯；所述高清玻璃载物台通过一玻璃载物台固定架固定安装在所述基座上端。

2.根据权利要求1所述智能线缆厚度快检测量仪，其特征在于：所述摄像测量器下端四个角分别设有用于调节基座水平度的第一调节螺栓。

3.根据权利要求1所述智能线缆厚度快检测量仪，其特征在于：所述桌子由桌面和若干条桌腿组成，所述桌腿下端设有用于调节桌面水平度的第二调节螺栓。

4.根据权利要求1所述智能线缆厚度快检测量仪，其特征在于：所述Collimated光源设备设有至少两个Collimated光源。

5.根据权利要求1所述智能线缆厚度快检测量仪，其特征在于：所述立柱为由大理石材料制成的立柱，所述基座为由大理石材料制成的基座，所述镜头保护罩为由塑钢材料制成的镜头保护罩。

6.根据权利要求1所述智能线缆厚度快检测量仪，其特征在于：所述双远心镜头由第二镜片和第三镜片组成，所述第二镜片为设于所述双远心镜头下端用于将平行光线缩小的第二镜片，所述第三镜片为设于所述双远心镜头上端用于将光线放大成平行光线的第三镜片。