CN105588517A - 一种基于机器视觉的法兰直径测量装置 - Google Patents

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杨庆华
韩洪志
贾咪咪
荀一
王成龙
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Abstract

一种基于机器视觉的法兰直径测量装置，包括支架系统、旋转电机、工业相机和光源系统，所述支架系统包括支架底板、水平支架和竖直支架，所述竖直支架固定在所述支架底板上，所述水平支架安装在竖直支架的上端，所述旋转电机为步进电机，旋转电机固定在水平支架上，工业相机固定在相机固定板，相机固定板固定在旋转电机的转轴上，工业相机相对于转轴偏置且偏置距离可调；所述支架底板上安装光源系统，所述光源系统上设有供待测量法兰放置的测量工位，所述工业相机位于所述测量工位的上方，待测量法兰的内外圈圆弧的弧段位于所述工业相机的成像范围内。本发明提供一种能够快速、高精度、高效率的基于机器视觉的法兰直径测量装置。

Description

一种基于机器视觉的法兰直径测量装置
技术领域
本发明涉及机械零件直径测量装置，更具体的说，涉及一种基于机器视觉的法兰直径测量装置，属于工业制造零件测量领域。
背景技术
随着当今社会的发展趋势，机械产品越来越多，机加工件外表为圆状的零件也随着增多，特别是批量生产的零件，如圆型法兰、圆锥辊子、圆锥台等零件，目前的测量方法可分为接触式测量和非接触式测量，以接触式测量为主。接触式测量是由人工使用各种量具接触测量，不仅存在劳动力大、效率低下的问题，而且工作人员在长时间高强度的工作中极容易出现疏漏，从而影响直径测量的最终结果，特别是需要全检时费时费力，严重阻碍了快速批量生产的要求；非接触式测量如机器视觉测量，在工业相机分辨率一定的条件下，对于尺寸较小的零件工业相机可以对零件整体进行图像拍摄，获得足够多的像素点实现高精度测量，但对于尺寸大的零件，如果对零件整体进行图像拍摄，由于硬件条件限制，在工业相机分辨率一定的条件下不能获得足够多的像素点，达不到高精度测量，因此对于尺寸大的零件的测量需要一种快速、高精度、高效率的检测方法。
发明内容
为了克服传统测量方法在法兰直径测量过程中效率低下，以及普通的机器视觉测量对大尺寸法兰测量精度低等问题，本发明提出了一种能够快速、高精度、高效率的基于机器视觉的法兰直径测量装置。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种基于机器视觉的法兰直径测量装置，包括支架系统、旋转电机、工业相机和光源系统，所述支架系统包括支架底板、水平支架和竖直支架，所述竖直支架固定在所述支架底板上，所述水平支架安装在竖直支架的上端，所述旋转电机为步进电机，旋转电机固定在水平支架上，工业相机固定在相机固定板，相机固定板固定在旋转电机的转轴上，工业相机相对于转轴偏置且偏置距离可调；所述支架底板上安装光源系统，所述光源系统上设有供待测量法兰放置的测量工位，所述工业相机位于所述测量工位的上方，待测量法兰的内外圈圆弧的弧段位于所述工业相机的成像范围内。
进一步，所述支架系统还包括用于定位待测量法兰的V形口限位块，所述V形口限位块位于所述测量工位的侧边。
再进一步，所述光源系统为一块背光板，所述背光板固定在支架底板上，所述背光板的中心位于旋转电机转轴中心线上；所述测量工位位于在所述背光板上，所述待测量法兰位于所述背光板的中央。
更进一步，所述支架系统中，水平支架和竖直支架用螺栓连接且水平支架可相对竖直支架上下移动，来实现针对不同高度零件的工业摄像机的物距调整。
所述测量装置还包括法兰直径测量模块，所述法兰直径测量模块包括用于控制工业相机在旋转电机的驱动下绕着电机轴按照设定间隔周期性转动并在转动后拍摄一副图像，获得法兰内外圈圆弧上不同弧段的图像的间隔拍摄控制单元，用于将图像进行处理并利用最小二乘法拟合获得圆弧半径的圆弧半径测量单元，用于综合分析所有圆弧半径值且去除最大值和最小值求取平均值获得法兰的直径的法兰直径计算单元。
本发明的有益效果在于：1、结构简单紧凑、生产成本低、灵活性强、高精度、高效率；2、工业相机可以偏置距离和高度的调节，实现不同大小零件的测量；本发明通过不同位置弧段的半径测量，实现零件直径的高精度测量。
附图说明
图1是本发明所述装置的结构示意图。
图2是本发明所述装置的旋转电机与工业相机结构示意图。
图3是本发明所述装置的待检测法兰、背光板和V形口限位块结构示意图。
图4是本发明所述装置工业相机拍摄部分圆弧段图像。
图5是本发明的处理流程示意图。
图中，1-旋转电机、2-相机固定板、3-工业相机、4-待测量法兰、5-背光板、6-水平支架、7-竖直支架、8-V形口限位块、9-支架底板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
参照图1，一种基于机器视觉的法兰直径测量装置，包括支架系统、旋转电机1、相机固定板2、工业相机3和光源系统，所述支架系统包括支架底板9、水平支架6和竖直支架7，所述竖直支架7固定在所述支架底板9上，所述水平支架6安装在竖直支架7的上端；所述旋转电机为步进电机，所述旋转电机1固定在水平支架6上，所述工业相机3固定在相机固定板2上，相机固定板2固定在旋转电机1的转轴上；所述支架底板9上安装光源系统，所述光源系统上设有供待测量法兰放置的测量工位，所述工业相机3位于所述测量工位的上方，待测量法兰的内外圈圆弧的弧段位于所述工业相机3的成像范围内。
进一步，所述支架系统还包括用于定位待测量法兰的V形口限位块8，所述V形口限位块8位于所述测量工位的侧边。
再进一步，所述光源系统为一块背光板，所述背光板5固定在支架底板9上，所述背光板5的中心位于旋转电机1转轴中心线上，将待测量法兰4放置在背光板5中央位置上，用V形口限位块8定位。
通过背向光源照射突出法兰的外形轮廓特征；所述V形口限位块8固定在支架底板9上，且前后可以移动调节，针对某一直径法兰调节限位位置。
所述工业相机3通过相机固定板2与旋转电机1连接，工业相机3的中心线相对旋转电机1转轴偏置且偏置距离一定范围调节，针对某一直径法兰调整工业相机3的偏置距离使得相机中心线位于要检测得的圆弧附近，使得圆弧在工业相机3的成像范围内；所述水平支架6固定在竖直支架7，可相对于竖直支架7竖直上下移动，针对不同高度法兰调整工业相机3的物距，同时调整工业相机3的焦距，使得成像清楚，便于后期图像采集与处理。使用法兰标准件对工业相机进行标定。
所述工业相机3在旋转电机1的驱动下绕着电机轴转动，由于数据线的存在，使用正转一周再反转一周的方式，旋转电机正转翻转交替驱动工业相机转动，避免数据线缠绕。
所述工业相机3在旋转电机1的驱动下绕着电机轴转动，电机转轴每旋转10°(也可以是其他角度，例如15°等)，在背光源的作用下工业相机拍摄一副图像，获得法兰内外圈圆弧上不同弧段的图像，将原始图像数据通过数据线传输给计算机，最终由计算机对数字图像数据进行处理，利用最小二乘法拟合获得圆弧半径，综合分析所有半径值，去除最大值和最小值求取平均值获得法兰的直径。
所述计算机图像处理包含以下步骤：
1.图像预处理部分：采用中值滤波方法去除图像中的噪声干扰，从而消除图像采集过程以及传输过程中产生的孤立噪声点。
2.轮廓提取部分：为实现高精度测量，要求算法返回亚像素精度结果。首先通过双线性插值方法将离散的图像数据转换为连续函数，然后采用OTSU大津法获取图像的分割阈值。由于图像采集中零件背景简单，因此零件的轮廓位置即连续的图像函数为分割阈值的位置。
3.圆弧段半径检测部分：对提取轮廓后的二值化图像求取轮廓，采用最小二乘法拟合曲线，计算出该小段圆弧轮廓的半径。
4.数据处理部分：综合分析所有半径值，去除最大值和最小值求取平均值获得法兰的直径。
结合附图5对本发明的处理流程做进一步的详述：
1.根据待检测法兰的大小特征及型号，按数据库的相关配置参数，调整V形口限位块限位位置、工业相机的高度和偏置距离及焦距，使得获取的图像清晰完整。
2.使用标准件进行相机标定。
3.将待测法兰放置在所述背光板中央位置上，用V形口限位块定位，启动程序。
4.所述旋转电机带动工业相机旋转，将工业相机移到第一段待测圆弧上方。
5.所述工业相机在背光的作用下，采集圆弧图像。
6.所述将采集的圆弧图像通过数据线传递给所述计算机的测量程序。
7.所述计算机对数字图像数据进行测量并输出本弧段相应的测量结果并编号记录。
8.判断是否完成所有指定弧段半径测量，若没有，旋转电机驱动相机固定板使得工业相机转动10°(也可以是其他角度，例如15°等)，移到下一处圆弧段进行检测，重复步骤4-7，直到完成对零件上所有的指定弧段的测量。
9.当所有弧段测量完成后，计算机综合分析所有半径值，去除最大值和最小值求取平均值获得法兰的直径。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于机器视觉的法兰直径测量装置，其特征在于：包括支架系统、旋转电机、工业相机和光源系统，所述支架系统包括支架底板、水平支架和竖直支架，所述竖直支架固定在所述支架底板上，所述水平支架安装在竖直支架的上端，所述旋转电机为步进电机，旋转电机固定在水平支架上，工业相机固定在相机固定板，相机固定板固定在旋转电机的转轴上，工业相机相对于转轴偏置且偏置距离可调；所述支架底板上安装光源系统，所述光源系统上设有供待测量法兰放置的测量工位，所述工业相机位于所述测量工位的上方，待测量法兰的内外圈圆弧的弧段位于所述工业相机的成像范围内。
2.如权利要求1所述的基于机器视觉的法兰直径测量装置，其特征在于：所述支架系统还包括用于定位待测量法兰的V形口限位块，所述V形口限位块位于所述测量工位的侧边。
3.如权利要求1或2所述的基于机器视觉的法兰直径测量装置，其特征在于：所述光源系统为一块背光板，所述背光板固定在支架底板上，所述背光板的中心位于旋转电机转轴中心线上；所述测量工位位于在所述背光板上，所述待测量法兰位于所述背光板的中央。
4.如权利要求1或2所述的基于机器视觉的法兰直径测量装置，其特征在于：所述测量装置还包括法兰直径测量模块，所述法兰直径测量模块包括用于控制工业相机在旋转电机的驱动下绕着电机轴按照设定间隔周期性转动并在转动后拍摄一副图像，获得法兰内外圈圆弧上不同弧段的图像的间隔拍摄控制单元，用于将图像进行处理并利用最小二乘法拟合获得圆弧半径的圆弧半径测量单元，用于综合分析所有圆弧半径值且去除最大值和最小值求取平均值获得法兰的直径的法兰直径计算单元。
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