CN108020159B - 基于机器视觉的轴类零件尺寸图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于机器视觉的轴类零件尺寸图像采集装置。其技术方案是：所述装置由安装架(1)、图像采集系统(2)、移动系统(3)和面光源(4)组成。所述图像采集系统(2)的远心镜头(13)与面阵CCD相机(12)连接，面阵CCD相机(12)通过固紧架(11)和升降架(10)固定在移动横梁(6)上。移动系统(3)的长夹具(17)和短夹具(20)通过各自的滑块活动地置于安装架(1)的第一导轨(7)和第二导轨(8)上；滚珠丝杠(16)与长夹具(17)的丝杠螺母(28)螺纹连接，滚珠丝杠(16)的另一端与伺服电机(14)轴连接。面光源(4)位于移动系统(3)的下方。本发明具有结构紧凑、图像质量高和适应性强的特点，为后续的图像处理提供可靠依据。

Description

基于机器视觉的轴类零件尺寸图像采集装置

技术领域

本发明属于轴类零件尺寸图像采集装置技术领域。具体涉及一种基于机器视觉的轴类零件尺寸图像采集装置。

背景技术

在工业智能化发展的时代背景下，制造业要提升产品质量，除了加强科研实力和管控能力外，还应提升和完善检测手段等。传统的人工检测手段，如游标卡尺、干涉仪、量规、显微镜测量已不再适应智能生产。就目前国内许多制造业对零件的尺寸检测而言，其检测工作还停留在单纯的人工视觉或人工视觉与机械量具、光学仪器相结合对产品进行人工抽检的阶段。采用基于机器视觉的尺寸检测装置，不仅可以避免人工检测的缺点，而且能实现对加工零件快速、准确和非接触的自动化检测。

机器视觉系统的特点是提高生产的柔性和自动化程度。在一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来替代人工视觉；同时在大批量工业生产过程中，用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度。而且机器视觉易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术，故引起本领域技术人员的广泛关注。

“大尺寸零件的视觉测量装置”(CN 101349542 B)专利技术，是一种利用机器视觉获得零件尺寸的大尺寸零件的视觉测量装置。其装置中选取了环形光源并采用前向照明方式，这对曲面零件的图像采集会造成图像明暗相间灰度不均，对后续的图像处理造成影响；镜头采用了广角镜头，不能克服视差，对于有一定深度的尺寸测量不易实现；无夹持装置，不能很好的固定和定位零件。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种结构紧凑、图像质量高和适应性强的基于机器视觉的轴类零件尺寸图像采集装置，为后续图像处理提供可靠依据。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述装置由安装架、图像采集系统、移动系统和面光源组成。所述图像采集系统安装在安装架的顶部，移动系统固定在安装架的下部，面光源位于移动系统的下方。

安装架由支撑架、移动横梁、第一导轨、第二导轨和电机座组成。所述支撑架为长方体框架，所述支撑架顶部的前后两根横梁对称地设有8~20个第一螺孔，所述第一螺孔靠近顶部右横梁的一侧；移动横梁通过螺钉与第一螺孔固定连接，所述移动横梁均匀地设有8~16个第二螺孔，第二螺孔靠近移动横梁的前侧。

第一导轨和第二导轨固定在支撑架底部左横梁和右横梁上，第一导轨和第二导轨与左横梁垂直；在支撑架底部左横梁的外侧水平地设有电机架。

图像采集系统由升降架、固紧架、面阵CCD相机和远心镜头组成。所述固紧架为两个相互垂直的平面所构成的L型整体，固紧架的垂直面与升降架的侧面固定连接。所述面阵CCD相机的上端与固紧架的水平面固定连接，所述远心镜头与面阵CCD相机连接。所述升降架通过螺钉与移动横梁的第二螺孔固定连接。

移动系统包括伺服电机、左轴承座、滚珠丝杠、长夹具、右轴承座、螺杆、短夹具和螺母。

所述长夹具包括长板、右顶针座、第二右滑块、螺杆固定座、右顶针、第一右滑块和丝杠螺母。所述右顶针通过右顶针座安装在长板的上表面，所述右顶针靠近长板的前侧；所述长板的下表面由前侧向后侧依次固定有第二右滑块、螺杆固定座、第一右滑块和丝杠螺母。

所述短夹具包括短板、左顶针座、左顶针、第二左滑块、螺杆滑动座和第一左滑块。所述左顶针通过左顶针座安装在短板的上表面；所述左顶针靠近短板的前侧，所述短板的下表面由前侧向后侧依次安装有第二左滑块、螺杆滑动座和第一左滑块；左顶针的中心线和右顶针的中心线为同一水平线，所述水平线与螺杆的轴线平行且位于同一垂直面，螺杆的轴线与滚珠丝杠平行；第一右滑块和第一左滑块位于第一导轨上；第二右滑块和第二左滑块位于第二导轨上。

所述滚珠丝杠的一端通过长夹具的丝杠螺母安装在右轴承座中，滚珠丝杠的另一端穿过左轴承座与伺服电机轴连接，滚珠丝杠与第一导轨平行；伺服电机固定安装在电机座上。

螺杆的一端固定在螺杆固定座，螺杆的另一端穿过螺杆滑动座与螺母螺纹连接。

面光源固定在安装板上，所述安装板的两侧对应地固定在第一导轨与第二导轨的下平面，面光源的上表面与远心镜头的光轴相互垂直。

所述第一螺孔的孔径为4~8mm，第一螺孔的孔距为6~10mm。

所述第二螺孔的孔径为4~8mm，第二螺孔的孔距为6~8mm。

所述螺杆的直径为3~5mm。

所述螺杆滑动座的中心位置处沿左右方向水平地设有通孔。

该轴类零件尺寸图像采集装置工作时，所述长夹具和短夹具通过螺母固紧待测轴类零件，伺服电机驱动滚珠丝杠转动，丝杠螺母将滚珠丝杠的旋转运动转化为直线运动，长板上固定有丝杠螺母，使长夹具和短夹具沿导轨运动，并经过远心镜头的正下方。其中长夹具和短夹具相对静止地做间歇式移动，每次移动固定的距离，面阵CCD相机通过远心镜头拍摄多幅重叠的被测工件局部图，直至将被测工件拍全，完成图像采集过程。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

第一、本发明提出了一种轴类零件夹具，不仅适用于最小直径大于螺杆直径的中小轴类零件，尤其能适用于最大直径小于50mm和最大长度小于500mm的大尺寸轴类零件，适应性强。

第二、本发明利用了面光源及背向照明方式，对被测轴类零件的曲面不会造成灰度不均匀的现象，图像质量高。

第三、本发明的图像采集系统使用了远心镜头，远心镜头具有高分辨率、低畸变和超宽景深的特点，可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化，能显著提高图像质量。

第四、本发明为大尺寸轴类零件提供了非接触式的视觉测量法，有效取代了人工测量技术，提高生产的柔性化和自动化。

第五、本发明为大尺寸轴类零件提供了成像质量高的图像采集装置，为后续的图像处理提供了可靠的依据。

第六、本发明集成了图像采集系统和移动系统，结构紧凑，使用方便，能有效的实现大尺寸轴类零件的高图像质量测量，可以很好的适应现场环境。

因此，本发明具有结构紧凑、图像质量高和适应性强的特点，为后续的图像处理提供可靠依据。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为图1中安装架1的示意图；

图3为图1中图像采集系统2的放大示意图；

图4为图1中移动系统3的放大示意图；

图5为图4中长夹具17的放大示意图；

图6为图4中短夹具20的放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明，以便对本发明的具体实施方式和一些细节有更透彻的理解。但所属领域的技术人员可以认识到，对众所周知的结构没有示出或进行详细地描述。

实施例1

一种基于机器视觉的轴类零件尺寸图像采集装置。如图1所示，所述装置由安装架1、图像采集系统2、移动系统3和面光源4组成。所述图像采集系统2安装在安装架1的顶部，移动系统3固定在安装架1的下部，面光源4位于移动系统3的下方。

如图2所示，安装架1由支撑架5、移动横梁6、第一导轨7、第二导轨8和电机座9组成。所述支撑架5为长方体框架，所述支撑架5顶部的前后两根横梁对称地设有10个第一螺孔，所述第一螺孔靠近顶部右横梁的一侧；移动横梁6通过螺钉与第一螺孔固定连接，所述移动横梁6均匀地设有12个第二螺孔，第二螺孔靠近移动横梁6的前侧。

如图2所示，第一导轨7和第二导轨8固定在支撑架5底部左横梁和右横梁上，第一导轨7和第二导轨8与左横梁垂直；在支撑架5底部左横梁的外侧水平地设有电机架9。

如图3所示，图像采集系统2由升降架10、固紧架11、面阵CCD相机12和远心镜头13组成。所述固紧架11为两个相互垂直的平面所构成的L型整体，固紧架11的垂直面与升降架10的侧面固定连接。所述面阵CCD相机12的上端与固紧架11的水平面固定连接，所述远心镜头13与面阵CCD相机12连接。所述升降架10通过螺钉与移动横梁6的第二螺孔固定连接。

如图4所示，移动系统3包括伺服电机14、左轴承座15、滚珠丝杠16、长夹具17、右轴承座18、螺杆19、短夹具20和螺母21。

如图5所示，所述长夹具17包括长板22、右顶针座23、第二右滑块24、螺杆固定座25、右顶针26、第一右滑块27和丝杠螺母28。所述右顶针26通过右顶针座23安装在长板22的上表面，所述右顶针26靠近长板22的前侧；所述长板的下表面由前侧向后侧依次固定有第二右滑块24、螺杆固定座25、第一右滑块27和丝杠螺母28。

如图6所示，所述短夹具20包括短板29、左顶针座30、左顶针31、第二左滑块32、螺杆滑动座33和第一左滑块34。所述左顶针31通过左顶针座30安装在短板29的上表面；所述左顶针31靠近短板29的前侧，所述短板29的下表面由前侧向后侧依次安装有第二左滑块32、螺杆滑动座33和第一左滑块34；左顶针31的中心线和右顶针26的中心线为同一水平线，所述水平线与螺杆19的轴线平行且位于同一垂直面，螺杆19的轴线与滚珠丝杠16平行；第一右滑块27和第一左滑块34位于第一导轨7上；第二右滑块24和第二左滑块32位于第二导轨8上。

如图4所示，所述滚珠丝杠16的一端通过长夹具17的丝杠螺母28安装在右轴承座18中，滚珠丝杠16的另一端穿过左轴承座15与伺服电机14轴连接。如图2和图4所示，滚珠丝杠16与第一导轨7平行；伺服电机14固定安装在电机座9上。

如图4所示，螺杆19的一端固定在螺杆固定座25，螺杆19的另一端穿过螺杆滑动座33与螺母21螺纹连接。

如图1和图2所示，面光源4固定在安装板上，所述安装板的两侧对应地固定在第一导轨7与第二导轨8的下平面，面光源4的上表面与远心镜头13的光轴相互垂直。

所述第一螺孔的孔径为4mm，第一螺孔的孔距为6mm。

所述第二螺孔的孔径为4mm，第二螺孔的孔距为6mm。

所述螺杆19的直径为3mm。

所述螺杆滑动座33的中心位置处沿左右方向水平地设有通孔。

实施例2

一种基于机器视觉的轴类零件尺寸图像采集装置。除下述技术参数外，其余同实施例1：

所述支撑架5顶部的前后两根横梁对称地设有8、9或11~20个第一螺孔；

所述移动横梁6均匀地设有8~11或13~16个第二螺孔；

所述第一螺孔的孔径为5~8mm，第一螺孔的孔距为7~10mm；

所述第二螺孔的孔径为5~8mm，第二螺孔的孔距为7mm或8mm；

所述螺杆19的直径为4mm或5mm。

本具体实施方式工作时，所述长夹具17和短夹具20通过螺母21固紧待测轴类零件，伺服电机14驱动滚珠丝杠16转动，丝杠螺母28将滚珠丝杠16的旋转运动转化为直线运动，长板22上固定有丝杠螺母28，使长夹具17和短夹具20沿第一导轨7和第二导轨8运动，并经过远心镜头13的正下方。其中长夹具17和短夹具20相对静止地做间歇式移动，每次移动固定的距离，面阵CCD相机12通过远心镜头13拍摄多幅重叠的被测工件局部图，直至将被测工件拍全，完成图像采集过程。

本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：

第一、本具体实施方式提出了一种轴类零件夹具，不仅适用于最小直径大于螺杆19直径的中小轴类零件，尤其能适用于最大直径小于50mm和最大长度小于500mm的大尺寸轴类零件，适应性强。

第二、本具体实施方式利用了面光源4及背向照明方式，对被测轴类零件的曲面不会造成灰度不均匀的现象，图像质量高。

第三、本具体实施方式的图像采集系统使用了远心镜头13，远心镜头13具有高分辨率、低畸变和超宽景深的特点，可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化，能显著提高图像质量。

第四、本具体实施方式为大尺寸轴类零件提供了非接触式的视觉测量法，有效取代了人工测量技术，提高生产的柔性化和自动化。

第五、本具体实施方式为大尺寸轴类零件提供了成像质量高的图像采集装置，为后续的图像处理提供了可靠的依据。

第六、本具体实施方式集成了图像采集系统2和移动系统3，结构紧凑，使用方便，能有效的实现大尺寸轴类零件的高图像质量测量，可以很好的适应现场环境。

因此，本具体实施方式具有结构紧凑、图像质量高和适应性强的特点，为后续的图像处理提供可靠依据。

Claims (3)

1.一种基于机器视觉的轴类零件尺寸图像采集装置，其特征在于所述装置由安装架(1)、图像采集系统(2)、移动系统(3)和面光源(4)组成；所述图像采集系统(2)固定在安装架(1)的顶部，移动系统(3)安装在安装架(1)的下部，面光源(4)位于移动系统(3)的下方；

安装架(1)由支撑架(5)、移动横梁(6)、第一导轨(7)、第二导轨(8)和电机座(9)组成；所述支撑架(5)为长方体框架，所述支撑架(5)顶部的前后两根横梁对称地设有8~20个第一螺孔，所述第一螺孔靠近顶部右横梁的一侧；移动横梁(6)通过螺钉与第一螺孔固定连接，所述移动横梁(6)均匀地设有8~16个第二螺孔，第二螺孔靠近移动横梁(6)的前侧；

第一导轨(7)和第二导轨(8)固定在支撑架(5)底部左横梁和右横梁上，第一导轨(7)和第二导轨(8)与左横梁垂直；在支撑架(5)底部左横梁的外侧水平地设有电机座(9)；

图像采集系统(2)由升降架(10)、固紧架(11)、面阵CCD相机(12)和远心镜头(13)组成；所述固紧架(11)为两个相互垂直的平面所构成的L型整体，固紧架(11)的垂直面与升降架(10)的侧面固定连接；所述面阵CCD相机(12)的上端与固紧架(11)的水平面固定连接，所述远心镜头(13)与面阵CCD相机(12)连接；所述升降架(10)通过螺钉与移动横梁(6)的第二螺孔固定连接；

移动系统(3)包括伺服电机(14)、左轴承座(15)、滚珠丝杠(16)、长夹具(17)、右轴承座(18)、螺杆(19)、短夹具(20)和螺母(21)；

所述长夹具(17)包括长板(22)、右顶针座(23)、第二右滑块(24)、螺杆固定座(25)、右顶针(26)、第一右滑块(27)和丝杠螺母(28)；所述右顶针(26)通过右顶针座(23)安装在长板(22)的上表面，所述右顶针(26)靠近长板(22)的前侧；所述长板的下表面由前侧向后侧依次固定有第二右滑块(24)、螺杆固定座(25)、第一右滑块(27)和丝杠螺母(28)；

所述短夹具(20)包括短板(29)、左顶针座(30)、左顶针(31)、第二左滑块(32)、螺杆滑动座(33)和第一左滑块(34)；所述左顶针(31)通过左顶针座(30)安装在短板(29)的上表面；所述左顶针(31)靠近短板(29)的前侧，所述短板(29)的下表面由前侧向后侧依次安装有第二左滑块(32)、螺杆滑动座(33)和第一左滑块(34)；左顶针(31)的中心线和右顶针(26)的中心线为同一水平线，所述水平线与螺杆(19)的轴线平行且位于同一垂直面，螺杆(19)的轴线与滚珠丝杠(16)平行；第一右滑块(27)和第一左滑块(34)位于第一导轨(7)上；第二右滑块(24)和第二左滑块(32)位于第二导轨(8)上；

所述滚珠丝杠(16)的一端通过长夹具(17)的丝杠螺母(28)安装在右轴承座(18)中，滚珠丝杠(16)的另一端穿过左轴承座(15)与伺服电机(14)轴连接，滚珠丝杠(16)与第一导轨(7)平行；伺服电机(14)固定安装在电机座(9)上；

螺杆(19)的一端固定在螺杆固定座(25)，螺杆(19)的另一端穿过螺杆滑动座(33)与螺母(21)螺纹连接；

面光源(4)固定在安装板上，所述安装板的两侧对应地固定在第一导轨(7)与第二导轨(8)的下平面，面光源(4)的上表面与远心镜头(13)的光轴相互垂直；

所述第一螺孔的孔径为4~8mm，第一螺孔的孔距为6~10mm；

所述第二螺孔的孔径为4~8mm，第二螺孔的孔距为6~8mm。

2.如权利要求1所述的基于机器视觉的轴类零件尺寸图像采集装置，其特征在于所述螺杆(19)的直径为3~5mm。

3.如权利要求1所述的基于机器视觉的轴类零件尺寸图像采集装置，其特征在于所述螺杆滑动座(33)的中心位置处沿左右方向水平地设有通孔。