CN107192340A - 一种测量孔、槽的位置与几何尺寸的机器视觉系统 - Google Patents

一种测量孔、槽的位置与几何尺寸的机器视觉系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测量孔、槽的位置与几何尺寸的机器视觉系统，包括传送装置、线激光器、线扫描相机，激光位移传感器和计算机，线激光器、线扫描相机和激光位移传感器均通过控制线与计算机连接。本发明有益效果：可以排除被测件表面颜色、图案、纹理、标识符及各种表面缺陷的干扰，非接触、高速度、高精度地对各种板材和圆柱面上的孔和槽成像，并自动测量孔、槽的位置、孔径、孔深、槽长、槽宽、槽深等几何尺寸，测量精度可以达到0.1mm、速度可达到1.5米/秒，适用于家居板、塑料板、纤维板和各种金属板、各种材质的圆柱面上的孔和槽的位置与几何尺寸测量。

Description

一种测量孔、槽的位置与几何尺寸的机器视觉系统
技术领域
本发明涉及于非接触检测技术领域，尤其是一种测量孔、槽的位置与几何尺寸的机器视觉系统。
背景技术
各种孔(包括通孔、盲孔、沉头孔、椭圆孔及其它截面形状的孔)和各种槽(包括键槽、定位槽、装饰槽等)是金属或非金属板件或圆柱面上常见的结构要素，其位置与几何尺寸的测量是其生产过程和质量控制的重要环节。传统的孔、槽位置与几何尺寸测量主要由人工使用游标卡尺等接触式仪器来完成，人工成本高、精度低、速度慢，难于实现高速在线检测。
封维忠等在“林业科学”杂志2008年2月刊上发表的“板材尺寸自动检测仪的研究”一文中，提出了一种基于线性CCD和计算机的木材板材头尾宽度和长度的自动测量仪，但该仪器不能排除颜色等的干扰，尚未达到行业标准要求的精度。2012年周丰伟等的发明专利(CN103175497A)“小孔测量机构”公布了一种基于机械测量头和接触法测量小孔内经和高度的装置，该装置属于手工检测技术。2014年农光壹等获得发明专利“一种激光光路调节小孔测量板”(CN204346675U)，公布了将调光小孔和高度刻度线整合为一体、通过激光斑和刻度线由人工测量小孔高度的仪器。同年，孙艳玲在发明专利“小孔位置度的测量方法”(CN104006775A)中公布了一种基于投影坐标仪、通过机械测头和光学测头人工测定小孔位置度的方法。2016年章震华等获得的发明专利“板材检测法”(CN105674885A)和“多功能板材检测装置”(CN105526869A),提出了基于检测平台、滑尺和百分表的组合装置、由人工检测板材宽度、长度、厚度、垂直度和平整度的方法。这些方法均属于接触式人工测量，速度和精度比较低。
近年来机器视觉在很多领域逐渐取代人工检测，在生产过程控制和产品质量检测中得到了广泛的应用。2017年4月，李雪娇等在“光电技术应用”期刊发表了“基于机器视觉的大型零件尺寸测量技术”一文，提出了大型零件的多图像拼接算法和基于边缘检测的零件尺寸算法，但没有涉及成像技术，不适用于孔和槽的位置和几何尺寸的机器视觉测量。2017年5月，谢俊等人在“工具技术”杂志上发表了“基于机器视觉的二维尺寸测量”一文，提出用LED光、CMOS面阵相机和计算机构成机器视觉系统测量环形零件中心孔内径的方法，但该方法只适用于单一的环形零件，且LED照明不能排除颜色、纹理、图案和表面缺陷等的干扰因素。
迄今为止，相关的专利和论文均没有涉及基于线激光成像的孔、槽位置和几何尺寸检测的机器视觉技术。由于平板件和圆柱件表面的颜色、纹理、图案、标识和表面缺陷的干扰，现有基于可见光的机器视觉技术获取的图像对比度低、噪音大，孔、槽等几何要素无法准确地分割、识别和测量。目前，各种家居板、塑料板、纤维板、金属板和各种圆柱件上的孔和槽的位置和几何尺寸测量仍然停留在手工阶段、无法用机器视觉技术完成，满足不了高速在线检测和全面检测的要求。
因此，对于上述问题有必要提出一种测量孔、槽的位置与几何尺寸的机器视觉系统。
发明内容
本发明目的是克服了现有技术中的不足，提供了一种高速度、高精度的测量孔、槽的位置与几何尺寸的机器视觉系统。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：
一种测量孔、槽的位置与几何尺寸的机器视觉系统，包括传送装置、线激光器、线扫描相机、激光位移传感器和计算机，所述线激光器、线扫描相机和激光位移传感器均通过控制线与计算机连接，所述传送装置为传送带构件或传送滚筒构件，所述传送带构件包括第一转筒、第二转筒和传送带，所述传送带绕在第一转筒与第二转筒之间，其以稳定的速度传输被检件，使被检测件以设定的距离和角度通过线激光和线扫描相机构成的成像区域。
优选地，所述第一转筒和第二转筒均设置有驱动电机，所述驱动电机通过线缆与计算机连接。
优选地，所述线激光器设置在传送带的左上方，所述线扫描相机设置在传送带上方。
优选地，所述激光位移传感器设置在传送带的右上方。
优选地，所述线激光器可以是一个或者两个以上。
优选地，所述线激光器发射的线激光以设定的频率和功率投射到被测件表面；所述线激光器发射的线激光的投射扇面与被测件的运动方向垂直、并以一定的角度与被检测件的表面相交。
优选地，所述线扫描相机的成像扇面垂直于被测件的传送方向，且与线激光的投射扇面相交于被检测件的表面，并以最佳成像参数或通过特定波长的滤光片获得几何要素清晰的图像。
优选地，所述激光位移传感器可以是一个或两个以上。
优选地，所述计算机连接线扫描相机对被检测件进行成像，计算机控制线扫描相机获取图像并完成孔、槽位置和平面几何尺寸的自动测量，同时驱动激光位移传感器对准孔或槽的中心，并通过多线程并行算法高速度、高精度地计算孔和槽的位置与各种几何尺寸。
优选地，所述被测件放置在传送带构件或传动滚筒上。
本发明有益效果：线激光成像技术排除了被测件表面颜色、纹理、图案、标识符和表面缺陷等的干扰，获取的图像几何要素清晰、突出，便于识别；计算机在算出孔、槽位置的基础上驱动激光位移传感器自动测量孔、槽深度。本专利利用激光和计算机技术非接触地完成测量，其精度可达0.1mm，速度可达1.5米/秒。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明第二种实施方式结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1并结合图2所示，一种测量孔、槽的位置与几何尺寸的机器视觉系统，包括传送装置1、线激光器2、线扫描相机3、激光位移传感器4和计算机5，所述线激光器2、线扫描相机3和激光位移传感器4均通过控制线与计算机5连接，所述传送装置为传送带构件或传送滚筒构件，所述传送带构件包括第一转筒、第二转筒和传送带，所述传送带绕在第一转筒与第二转筒之间。
进一步的，所述第一转筒和第二转筒均设置有驱动电机，所述驱动电机通过线缆与计算机5连接，所述线激光器2设置在传送带的左上方，所述线扫描相机3设置在传送带上方。
进一步的，所述激光位移传感器4设置在传送带的右上方，所述线激光器2可以是一个或者两个以上，所述线激光器发射的线激光以设定的频率和功率投射到被测件表面；所述线激光器2发射的线激光的投射扇面与被测件6的运动方向垂直、并以一定的角度与被检测件6的表面相交。
进一步的，所述线扫描相机3的成像扇面垂直于被测件6的传送方向，且与线激光的投射扇面相交于被检测件6的表面。
进一步的，所述激光位移传感器4可以是一个或两个以上，所述计算机5连接线扫描相机3对被检测件6进行成像，所述被测件6放置在传送带构件或传动滚筒上。
本发明的线激光成像技术排除了被测件表面颜色、纹理、图案、标识符和表面缺陷等的干扰，获取的图像几何要素清晰、突出，便于识别；计算机在算出孔、槽位置的基础上驱动激光位移传感器自动测量孔、槽深度，本专利利用激光和计算机技术非接触地完成测量，其精度可达0.1mm，速度可达1.5米/秒。
实施案例一：如图1所示所述线激光器2聚焦、投射特定频率和功率的线激光到被测件6表面，其线激光的投射扇面与被测件的运动方向垂直、且以一定的角度与被检测件6的表面相交；所述线扫描相机3的成像平面垂直于被测件6的传送方向，且与线激光的投射扇面相交于被检测件6的表面。所述传送带承载并驱动板材件以预定的距离和角度通过线激光和线扫描相机构成的成像区域；板材件的上表面经线扫描相机扫描、获取成图像。计算机控制线扫描相机3使其以最佳的参数成像或通过特定波长的滤光片排除颜色、纹理、图案、标识和表面缺陷等的干扰，获取结构要素清晰、突出的图像，并以多线程并行算法识别孔和槽、计算其位置和几何平面尺寸，所述激光位移传感器4在计算机5的控制下沿滑轨快速移动对准被测孔或槽的底部，并根据发射和反射的激光测定其与工件表面、孔底、槽底的距离，然后由计算机算出孔、槽的高度。
实施案例二：如图2的实施方式与图1相似，区别在于圆柱面工件的自转运动取代了平板工件的平移运动，线激光器2和线扫描相机3在其圆柱表面汇聚成成像聚焦线。
工作原理为：激光具有高能聚焦、光谱单纯、方向性好、发散角小等优良特性。当特定波长和功率的线激光投射在工件表面时，其在工件表层形成宽度0.1～1mm的激光成像线。孔、槽等低于工件表层的部分不在激光成像线内，线扫描相机以特定参数或通过特定的滤光片成像，可以排除颜色、纹理、图案、标识和表面缺陷等的干扰，获得工件及其孔、槽的清晰图像。激光位移传感器根据发射和反射的激光可以以0.01mm级的精度高速测量出工件表面、孔底和槽底对传感器的距离。计算机由此以多线程并行的图像处理算法得出孔、槽的位置和几何尺寸，实现高速度高精度检测。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种测量孔、槽的位置与几何尺寸的机器视觉系统，其特征在于：包括传送装置(1)、线激光器(2)、线扫描相机(3)、激光位移传感器(4)和计算机(5)，所述线激光器(2)、线扫描相机(3)和激光位移传感器(4)均通过控制线与计算机(5)连接，所述传送装置(1)为传送带构件或传送滚筒构件，所述传送带构件包括第一转筒、第二转筒和传送带，所述传送带绕在第一转筒与第二转筒之间；所述第一转筒和第二转筒均设置有驱动电机，所述驱动电机通过线缆与计算机(5)连接；所述线激光器(2)发射的线激光以设定的频率和功率投射到被测件表面；所述线激光器(2)发射的线激光的投射扇面与被测件(6)的运动方向垂直、并以一定的角度与被检测件(6)的表面相交。
2.如权利要求1所述的一种测量孔、槽的位置与几何尺寸的机器视觉系统，其特征在于：所述线激光器(2)设置在传送带的左上方，所述线扫描相机(3)设置在传送带上方。
3.如权利要求1所述的一种测量孔、槽的位置与几何尺寸的机器视觉系统，其特征在于：所述激光位移传感器(4)设置在传送带的右上方。
4.如权利要求1所述的一种测量孔、槽的位置与几何尺寸的机器视觉系统，其特征在于：所述线激光器(2)可以是一个或者两个以上。
5.如权利要求1所述的一种测量孔、槽的位置与几何尺寸的机器视觉系统，其特征在于：所述线扫描相机(3)的成像扇面垂直于被测件(6)的传送方向，且与线激光的投射扇面相交于被检测件的表面。
6.如权利要求1所述的一种测量孔、槽的位置与几何尺寸的机器视觉系统，其特征在于：所述激光位移传感器(4)可以是一个或两个以上。
7.如权利要求1所述的一种测量孔、槽的位置与几何尺寸的机器视觉系统，其特征在于：所述计算机(5)连接线扫描相机(3)对被检测件(6)进行成像。
8.如权利要求7所述的一种测量孔、槽的位置与几何尺寸的机器视觉系统，其特征在于：所述被测件(6)放置在传送带构件或传动滚筒上。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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