CN106441162A - 一种柱状物体垂直度的非接触式检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柱状物体垂直度的非接触式检测装置及方法。该装置利用相机和激光线实现对柱状物体实时的垂直度检测，激光线作为水平基准，相机对柱状物体成像，通过边缘检测的方法，以激光线为基准、实现对柱状物体顶部边沿位置的标定，通过对比物体顶部不同位置到基准线的距离来检测柱状物体的垂直度。通过本方案可以实现对柱状的高精度非接触式垂直度检测。测量精度在0.05°，相机视场范围θ＝60°、分辨率为5K×5K相机、激光器两台架设在被测物体的两侧，发射一条水平激光线，激光线长度大于柱状物的直径、一台小型工控机实现对圆柱物体的垂直度测量，系统的制造成本低、测量装置简单、易操作、测量准确度高。

Description

一种柱状物体垂直度的非接触式检测装置及方法

技术领域

本发明涉及了一种柱状物体垂直度的非接触式测量方法及装置，主要是针对大型柱状物体垂直度的检测。

背景技术

柱状工件在装配过程中存在的不平行度在两个方向都可能存在，即水平方向存在不平行度误差和竖直方向存在不平行度误差。因此在装配过程中必须通过一定方式的检测，以判断其装配质量是否满足设计要求。随着生产规模的扩大、生产速度的提高以及越来越严格的质量高要求，传统的人工检测方法已经无法胜任。本发明采用了非接触式的检测方法，利用激光技术与计算机视觉相结合的方法，最终通过图像处理技术来检测柱状物体的垂直度。在特定的工业环境中具有良好的应用前景，垂直度的检测方法简单、直观、高效。

发明内容

为了克服物理接触式直接测量的不足，本发明提供了一种柱状物体垂直度的非接触式测量装置及方法。该方法能够以简单准确快速的手段检测物体的垂直度，同时还能直接输出物体在水平、竖直方向的偏移量。

装置

装置由一台相机，两个激光器，一个工控机组成。相机的视场范围60°，图像分辨率为5K×5K；激光器为半导体激光器，分别位于被测物体两侧，发射两条激光；工控机位于相机后方，接收相机拍摄的图片进行处理，实时显示被测物体的垂直度偏差。

检测工件垂直度的方法具体有以下步骤：

步骤一：设置覆盖被测柱形物体2的激光线，以激光线作为水平参考系。第一激光器4-1和第二激光器4-2分别发射第一水平激光线1-1和第二水平激光线1-2，水平激光线作为标准水平参考系，其中两条激光线间的竖直距离为D；

步骤二：对相机3拍摄的图形做边缘提取，提取出柱状物体边沿。边缘检测采用边缘算子进行边缘提取，或者采用灰度阈值分割法进行边缘提取。

在一幅图像中，边缘有方向和幅度两个特性。沿着边缘走向的灰度变化平稳，而垂直于边缘走向的灰度变化剧烈。一阶微分是图像边缘和线条检测的最基本方法。基于一阶微分的边缘检测算子主要有Roberts算子、Sobel算子、Laplacian微分算子等。若f(x,y)表示图像在点(x,y)处的像素值，则该点的图像梯度函数近似为：

g(x,y)＝|f(x+1,y)-f(x,y)|+|f(x,y+1)-f(x,y)|

利用边缘算子作用与图像后，得到了用像素点梯度值代替像素灰度的梯度图像，边缘点得到了加强，非边缘点得到了抑制，选取合适的阈值对图像进行二值化，就能得到图像的边缘。用f(x,y)表示图像的灰度，(x,y)表示图像像素的空间坐标，T为阈值，二值化的公式为：

步骤三：计算现实世界中的长度单位与图像像素之间的转换关系；第一水平激光线1-1和第二水平激光线1-2在图像上的像素距离为d，则换算比例为：

N＝D/d

步骤四：计算柱状物体的水平方向偏移量：计算柱状物体顶部与被测物体2的左侧直线2-2和右侧直线2-3的交点A、B到第一水平激光线1-1的图像距离分别为d1、d2，则水平方向的距离差为

步骤五：计算物体的垂直方向偏移量：找到弧线段的中点C，并计算C到第一水平激光线1-1的图像距离为d3，则竖直方向的距离差可表示为：

步骤六：电子气泡输出偏差结果。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、非接触式测量，应用广泛，不受环境限制。

2、操作简单，不需要人工测量。

3、计算简单直接，参数可调。

附图说明：

图1为本发明非接触式柱状垂直度检测方法示意图。

图2为本发明激光线示意图；

图3为本发明非接触式柱状垂直度检测方法原理图。

图4为本发明图像处理边缘检测流程图。

图5为本发明输出检测结果的电子气泡垂直度偏差示意图。

具体实施方式

针对工业检测需求，设计一套装置实现对圆柱形金属件实时的垂直度检测，指导安装。检测需求包括：圆柱形金属件高度1000～2300mm、圆柱形金属件直径350～1200mm、检测精度0.05°～0.1°。设计参数如图2中D＝800mm、相机视场范围θ＝60°、实际工程实现测量精度0.05°，满足设计需求。

Claims (2)

1.一种柱状物体垂直度的非接触式检测装置，包括一台相机(3)、第一激光器(4-1)和第二激光器(4-2)，其特征在于：

所述的相机(3)的视场范围为60°，图像分辨率为5K×5K；

所述的第一激光器(4-1)和第二激光器(4-2)为半导体激光器；

所述的相机(3)放置在被测物(2)的正前方向；第一激光器(4-1)和第二激光器(4-2)分别放置在被测物体(2)的两侧，产生两条长度大于柱状物体直径的水平激光线，两水平激光线竖直相距1m；相机(3)将柱状物体和两激光线的图像输入工控机，经数据处理后获得柱状物体垂直度。

2.一种基于权利要求1所述的一种柱状物体垂直度的非接触式检测装置的垂直度检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：设置覆盖被测柱形物体(2)的激光线，以激光线作为标准水平参考系；第一激光器(4-1)和第二激光器(4-2)分别发射第一水平激光线(1-1)和第二水平激光线(1-2)，水平激光线作为标准水平参考系，其中两条激光线间的竖直距离为D；

步骤二：对相机(3)拍摄的图形做边缘提取，提取出柱状物体边沿；边缘检测采用边缘算子进行边缘提取，或者采用灰度阈值分割法进行边缘提取；

利用边缘算子作用与图像后，得到了用像素点梯度值代替像素灰度的梯度图像，边缘点得到了加强，非边缘点得到了抑制，选取合适的阈值对图像进行二值化，就能得到图像的边缘；用f(x,y)表示图像的灰度，(x,y)表示图像像素的空间坐标，T为阈值，二值化的公式为：

$f(x,y)=\left\{\begin{array}{cc}0& \left(f\right(x,y)<T)\\ 255& \left(f\right(x,y)<T)\end{array}\right.$

步骤三：计算现实世界中的长度单位与图像像素之间的转换关系；若第一水平激光线(1-1)和第二水平激光线(1-2)在图像上的像素距离为d，则换算比例为：

N＝D/d

步骤四：计算柱状物体的水平方向偏移量：计算柱状物体顶部与被测物体(2)的左侧直线(2-2)和右侧直线(2-3)的交点A、B到激光线的图像距离分别为d1、d2，则距离差为:

$\&dtri;X=(d1-d2)/N;$

步骤五：计算物体的垂直方向偏移量：找到弧线段的中点C，并计算C到激光线图像距离为d3，则竖直方向的距离差可表示为：

$\&dtri;Y=2*(d3-\frac{d1+d2}{2})/N$

步骤六：电子气泡输出偏差结果。