CN107084748B - 基于视觉的激光投线仪自动检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视觉的激光投线仪自动检测系统，包括待检测激光投线仪、用于放置激光投线仪的平台，以及四块竖放板和一块横放板，横放板放置在投线仪的正前方，四块竖放板位于投线仪四周的四个方向上；横放板和竖放板至少在两端和中间各设置一个刻度板；刻度板前方设有一摄像头，摄像头与树莓派连接，树莓派连接到局域网交换机，接收上位机的指令并将获取的图像传送至上位机，上位机通过图像处理得到激光投线仪的精度指标。本发明通过机器视觉检测技术获取激光线和刻度线的位置信息，可以降低生产成本，也避免了检测过程中的人为误差和对人眼的伤害，且系统装配方便，结构合理，稳定性好，完全可以满足各项精度指标的要求。

Description

基于视觉的激光投线仪自动检测系统

技术领域

本发明涉及一种激光投线仪检测系统，尤其涉及一种基于视觉的激光投线仪检测系统，属于机器视觉、智能系统技术领域。

背景技术

激光投线仪又称为激光标线仪，激光水准仪等，是一种新型非接触式的标线测量仪器。这种仪器使用方便，成本低廉，是用于基准线标定的精密测量仪器。其工作原理是采用半导体激光二极管发射波长为635nm的激光，再穿透柱透镜或是玻璃棒，从而投射出红色的水平激光线和竖直激光线，用于基准标定。近几年市场上还出现了一些绿光和蓝光的激光投线仪，取得了不错的效果。

经过精度检测的激光投线仪在使用时达到安平状态后，可以投射出误差范围内的水平激光线和竖直激光线。不同类型的激光投线仪投射出的水平线和竖直线的数量不同，有的只能投射出一条水平激光线和一条竖直激光线，属于1V1H，而最多的能投射4条水平激光线和4条竖直激光线，属于4V4H。2条及以上的竖直激光线会在天顶处有一个交点，也就是天顶点。

激光投线仪需要进行检测的精度指标主要有激光线的直线度、正交精度、天顶点精度以及激光线宽等，以保证出厂产品符合业内标准。由于传统的检测方法是将激光线打在基准标靶上，然后通过监控系统将画面传输到检测人员面前的显示器，由人眼进行判断，这种方法成本较高，对人眼造成一定的伤害，还会引入人为误差。

目前与本发明最接近的技术是基于多线阵CCD的激光投线仪数字化检测装置，该技术通过设置立体墙面、线阵CCD检测器、面阵CCD检测器、串口HUB和上位机进行检测。该项技术主要存在以下两个问题：第一是对于多条水平激光线和竖直激光线的激光投线仪，要通过多次转动才能检测得到全部精度指标；第二是该技术的所有CCD都固定在墙上，不利于系统更换位置。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种基于视觉的激光投线仪自动检测系统，通过机器视觉检测技术，解决传统精度检测方法中存在的问题，提高生产企业的效率。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明具体技术方案如下：

一种基于视觉的激光投线仪自动检测系统，包括：待检测激光投线仪、用于放置所述激光投线仪的平台，以及四块竖放板和一块横放板，所述横放板放置在待检测激光投线仪的正前方，所述四块竖放板分别位于激光投线仪四周的四个方向上；所述横放板和竖放板至少在两端和中间位置各设置一个标准刻度板；每个标准刻度板前方设有一个摄像头，用于获取激光线打在刻度板上的图像，每个摄像头与一个树莓派连接，每个树莓派通过网线连接到局域网交换机，与局域网内的上位机通信，接收上位机的指令获取图像并将图像传送至上位机，上位机通过对图像的处理得到激光投线仪的精度指标。

作为优选，所述横放板长5-5.5m，宽0.4-0.5m，放置在激光投线仪的正前方1-1.2m位置处；所述竖放板长3-3.5m，宽0.4-0.5m，放置在激光投线仪的四周前方1-1.2m位置处。

作为优选，所述横放板和竖放板通过支架固定。

作为优选，每个标准刻度板上都有一条水平线和一条竖直线，每块板子上的三块标准刻度板上的线已经通过经纬仪或全站仪进行标定，横放板上的三个刻度板上的水平线在同一条水平线上，竖放板的三个刻度板上的竖直线在同一条竖直线上。

作为优选，所述摄像头放置在标准刻度板的前15-25cm位置处。

作为优选，上位机基于图像获取的激光投线仪的精度指标的方法包括：

(1)在只含刻度板的图像中进行阈值分割，提取刻度线位置；

(2)将包括激光线和刻度线的图像与只含刻度板图像做差，从做差后的图像提取激光线位置；

(3)基于激光线的位置及与刻度线之间的距离信息计算激光投线仪的精度指标。

作为优选，所述从做差后的图像提取激光线位置，包括：将做差后的图像从RGB色彩空间转换到HSV色彩空间，并提取V通道的单通道图像；对提取出的V通道图像进行滤波及阈值分割，提取激光线位置。

有益效果：本发明与现有的检测系统相比，有以下几点有益效果：

1、本发明设计巧妙，系统装配方便，结构合理，安装完成后非常稳定，可以实现激光投线仪大部分精度指标的检测。

2、本发明通过安装在水平线、竖直线方向的15个摄像头，采集激光线投射在标准刻度板上的图像，通过机器视觉检测技术获取激光线和刻度线的位置信息，避免了检测过程中的人为误差和对人眼的伤害，完全可以满足各项精度指标的要求。

3、本发明在首次进行支架安装后，后期使用就不用再对标准刻度板进行标定，成本低廉、稳定性好、精度高，可以提高检测效率，降低生产成本，保证产品合格率。

附图说明

图1是本发明实施例的俯视图。

图2是本发明实施例的横放板正视图。

图3是本发明实施例的竖放板正视图。

图4是本发明实施例的标准刻度板示意图。

图5是本发明实施例的系统结构框图。

图中，1-平台，2-待检测激光投线仪，3-横放板，4-竖放板，5-摄像头，6-标准刻度板，7-树莓派，8-交换机，9-上位机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：

如图1-5所示，本发明实施例公开的一种基于视觉的激光投线仪自动检测系统，包括待检测激光投线仪2、中间的平台1和四周的一块横放板3和四块竖放板4。待检测激光投线仪2被固定在最中间的平台1上，其投射出的水平激光线能够投射在正前方的标准刻度板6上；激光投线仪2的正前方1-1.2m处是一块横放板3，通过支架固定，在其两端和中间各有一个经过标定的刻度板；激光投线仪的四周是四块竖放板4，通过支架固定，在其两端和中间各有一个经过标定的标准刻度板6；每块长板上的三块标准刻度板6都已经经过经纬仪或是全站仪进行校准，固定在长板上，无需再次标定；每一块标准刻度板6的前15-25cm位置处，都有一个500万像素的摄像头5固定在支架上，用于获取图像；横放板3上的三个刻度板上的水平线在同一条水平线上，竖放板4的三个刻度板上的竖直线在同一条竖直线上。其中横放板3长5-5.5m，宽0.4-0.5m，竖放板4长3-3.5m，宽0.4-0.5m，其尺寸可以根据实际需要设置，满足精度测量要求即可。横放板3和竖放板4与激光投线仪间的距离以及摄像头5与标准刻度板6的距离也可根据实际测量结果进行调整，能便于图像处理和满足测量精度即可。

每个摄像头5通过排线连接到树莓派7的CSI接口上；15个树莓派7与上位机9通过网线和以太网交换机8相连，构成一个局域网。

本发明实施例的自动检测系统的工作原理为：

整套系统组装完成以后，通过15个摄像头获取激光线投射在标准刻度板上的图像，15个树莓派和上位机通过Socket通讯构成客户端服务器架构，上位机可以给各个客户端下达命令，将图像借助局域网传输到上位机上，从而实现对15个摄像头图像的采集。在上位机上再开发了图像处理算法，对采集得到的图像进行处理，得到激光线与刻度线的位置情况，计算得到激光投线仪的各项精度指标。例如，通过激光投线仪正前方的横放板上固定的三个摄像头可以检测得到水平激光线的直线度、激光线宽等指标的检测。

将获取到的激光线投射在刻度板上的图像通过树莓派传输至上位机，再由上位机进行图像处理，其主要分为以下几步：

1、在只含刻度板的图像中进行阈值分割，提取刻度线位置；

2、将激光线和刻度线的图像同只含刻度板图像做差，减去背景；

3、将做差后的图像从RGB色彩空间转换到HSV色彩空间，并提取V通道的单通道图像；

4、对提取出的V通道图像进行中值滤波，再通过阈值分割，提取激光线位置；

5、通过计算得到激光线与刻度线之间的距离，计算激光投线仪的精度指标。其中精度指标主要包括激光直线度、激光线宽、正交精度等。其中，水平激光线的直线度的计算方法是：计算从横放板两端的刻度板上采集的两幅图像中的两处水平激光线和水平刻度线分别和竖直刻度线的交点A、B之间的距离D1和D2。竖直激光线的直线度计算类似。激光线宽的计算方法是：计算各个刻度板上激光线与刻度线交点处的激光线宽，选取最大的激光线宽作为精度标准。正交精度的计算方法是：分别计算竖直激光线与竖直刻度线在天顶上所成的角度，从而得到各条竖直激光线之间所成的角度，得到正交精度。

本发明实施例的自动检测系统中，可选用的摄像头型号为Waveshare RPi Camera(B)摄像头，这款摄像头支持调焦，可以在20cm位置处获得很好的拍摄效果。每个摄像头分别通过排线连接到单个树莓派上的CSI接口后，就可以通过树莓派调用摄像头进行图像获取。可选用的以太网交换机为TP-LINK普联TL-SL1218MP 16口POE交换机，15个树莓派分别通过网线连接到以太网交换机的端口上，上位机也通过网线连接到以太网交换机，通过ipv4地址的设置，构成一个局域网，通过Socket通信，实现上位机下达命令，树莓派将图像传输到上位机。上位机选用PC机或者是笔记本电脑等计算机，搭载Windows7操作系统，提供网线和USB接口。

本发明可以实现对1V1H-4V4H各种类型的激光投线仪的精度指标检测，在每次启动程序进行检测前，先启动上位机上的Windows应用程序，再启动15个树莓派，树莓派上的客户端程序被设置为开机启动，等待全部树莓派连接服务器。将激光投线仪安放好后，投射激光线到刻度线附近，工作人员在服务器端下达图像获取命令，等待图像获取并传输到上位机。图像传输完成以后，就可以在服务器端通过图像处理算法开始检测，得到激光投线仪的各项精度指标是否合格。检测结果可以选择保存到数据库。

Claims (5)

1.一种基于视觉的激光投线仪自动检测系统，其特征在于：包括：待检测激光投线仪、用于放置所述激光投线仪的平台，以及四块竖放板和一块横放板，所述横放板放置在待检测激光投线仪的正前方，所述四块竖放板分别位于激光投线仪四周的四个方向上；所述横放板和竖放板至少在两端和中间位置各设置一个标准刻度板；每个标准刻度板上都有一条水平线和一条竖直线，每块板子上的三块标准刻度板上的线已经通过经纬仪或全站仪进行标定，横放板上的三个刻度板上的水平线在同一条水平线上，竖放板的三个刻度板上的竖直线在同一条竖直线上；每个标准刻度板前方设有一个摄像头，用于获取激光线打在刻度板上的图像，每个摄像头与一个树莓派连接，每个树莓派通过网线连接到局域网交换机，与局域网内的上位机通信，接收上位机的指令获取图像并将图像传送至上位机，上位机通过对图像的处理得到激光投线仪的精度指标；

其中上位机基于图像获取的激光投线仪的精度指标的方法包括：

(1)在只含刻度板的图像中进行阈值分割，提取刻度线位置；

(2)将包括激光线和刻度线的图像与只含刻度板图像做差，从做差后的图像提取激光线位置；

(3)基于激光线的位置及与刻度线之间的距离信息计算激光投线仪的精度指标。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉的激光投线仪自动检测系统，其特征在于：所述横放板长5-5.5m，宽0.4-0.5m，放置在激光投线仪的正前方1-1.2m位置处；所述竖放板长3-3.5m，宽0.4-0.5m，放置在激光投线仪的四周前方1-1.2m位置处。

3.根据权利要求1所述的一种基于视觉的激光投线仪自动检测系统，其特征在于：所述横放板和竖放板通过支架固定。

4.根据权利要求1所述的一种基于视觉的激光投线仪自动检测系统，其特征在于：所述摄像头放置在标准刻度板的前15-25cm位置处。

5.根据权利要求1所述的一种基于视觉的激光投线仪自动检测系统，其特征在于：所述从做差后的图像提取激光线位置，包括：将做差后的图像从RGB色彩空间转换到HSV色彩空间，并提取V通道的单通道图像；对提取出的V通道图像进行滤波及阈值分割，提取激光线位置。