CN108534704A - 基于结构光的圆筒内壁检测系统 - Google Patents
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- G01B11/22—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring depth
Abstract
本发明公开了基于结构光的圆筒内壁检测系统，包括计算机、CCD相机、结构光控制器、反射镜和安装套筒；其特征在于，所述结构光控制器、反射镜中心、CCD相机都安置在安装套筒的中轴线上；结构光控制器到CCD相机的距离为一特定值；结构光照射到圆筒内壁表面，发生漫反射，反射的光斑与当前视场角内的物体共同成像于CCD相机上，其中光斑成像为一段高亮度线段，其他背景成像为比较低亮度的数据，实现光信号转换为电信号，经计算机采集光斑映射所成的高亮线段，并计算其质心，进而计算出待测距离；该系统的主要优势在于针对圆筒内壁表面检测精度的显著提高，同时可应用于深孔类零部件内壁检测中，方法简单、方便。
Description
技术领域
本发明涉及针对实物的三维检测领域，具体是基于结构光的圆筒内壁检测系统。
背景技术
目前，针对实物的三维检测技术，按照测量传感器是否与实物表面接触，可以分为接触式测量和非接触式测量两大类。
在触式测量中，以三坐标测量机最具代表性，三坐标测量机的基本操作是对“点”的测量，通过三坐标测量机上的探针接触被测物体表面，并沿着表面进行移动；在移动过程中，探针随着被测物体表面起伏变化而上下移动，不断记录下每一个点的位置；然后计算这些点之间的距离和位置关系，从而完成对被测点三维坐标的计算，获取到接触点的三维坐标。接触式测量的最大优点在于测量精度高，最高可达0.5μm；但缺点也十分明显，对于有深孔、特征几何尺寸多、只有少量自由曲面的规则零件有很好的测量效果。同时其测量速度慢、效率低；不能对超薄物体和软质材料进行测量；对于测头无法触及的表面无法获取三维数据，并且不易获取连续的三维坐标点。
随着科技的发展及高效率测量的需求，以计算机数字图像处理为主要手段的非接触式测量方式应运而生。该类方法主要基于光学、声学、磁学等领域中的基本原理，通过特定的算法，将一定的物理模拟量转化为实物表面的三维数据点。常用的非接触式测量方式可分为主动视觉和被动视觉两种：主动式视觉方法需要依靠一个专门的光源来提供被测物周围的亮度，使系统获取更多有用信息；被动式视觉方式无特殊光源，只接受被测物体表面的反射信息。非接触式测量法具有很多优点：非接触性、数字化速度快、可对柔软和易碎物体进行测量等。常见的主动式视觉方法有结构光法等；被动式视觉方法有立体视觉法等。其中立体视觉法又称为双目视觉法，是基于视差原理，由两台摄像机拍摄的多幅图像获取被测物体三维数据的方法。受限于圆筒内部有限的空间，立体视觉法不适用于此类测试情况。
结构光法是基于光学三角法测量原理，将一定模式的结构光投射在被测物体表面，在表面上形成由被测物体表面形状所调制的光条三维图像。另一位置的摄像机捕捉该三维图像，从而获得光条二维畸变图像。光条的畸变程度取决于光学投射器与摄像机之间的相对位置和被测物体表面形廓。直观上，沿光条显示出的位移（或偏移）与物体表面高度成比例，扭结表示了平面的变化，不连续显示了表面的物理间隙。当光学投射器与摄像机之间的相对位置一定时，根据结构光视觉传感器的系统参数，由畸变的二维光条图像坐标便可重现物体表面三维形廓。结构光三维视觉测量以其大量程、大视场、较高精度、光条图像信息易于提取、实时性强及主动受控等特点，近年来在工业环境中得到了广泛的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供基于结构光的圆筒内壁检测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
基于结构光的圆筒内壁检测系统，包括计算机、CCD相机、结构光控制器、反射镜和安装套筒；所述结构光控制器、反射镜中心、CCD相机都安置在安装套筒的中轴线上，其结构光发射方向与圆筒中心线平行；结构光控制器到CCD相机的距离为一特定值；结构光照射到圆筒内壁表面，发生漫反射，反射的光斑与当前视场角内的物体共同成像于CCD相机上，其中光斑成像为一段高亮度线段，其他背景成像为比较低亮度的数据，实现光信号转换为电信号，经计算机采集光斑映射所成的高亮线段，并计算其质心，进而计算出待测距离。
作为本发明进一步的方案：所述检测系统所依托的结构光不限于一类结构光，适用于点、线、面结构光等。
作为本发明再进一步的方案：所述安装套筒顶部开设有开口，安装套筒内从左到右依次设有CCD相机、反射镜和结构光控制器，CCD相机、结构光控制器和反射镜均固定安装在安装套筒内部，其中反射镜包括第一反射镜和第二反射镜，开口位于第一反射镜和第二反射镜之间，CCD相机与计算机电连接。
作为本发明再进一步的方案：所述CCD相机采用瑞士Baumer公司生产的的型号为TXG03的工业相机。
作为本发明再进一步的方案：所述镜头采用BX-T0.3X110的远心镜头。
作为本发明再进一步的方案：所述结构光控制器采用激光器。
作为本发明再进一步的方案：所述激光器采用BX-PT20V5的绿光激光光源。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、对比传统三维检测技术中检测圆筒手段的定性分析或定量计算精度不高，该系统采用结构光检测技术，实现了针对圆筒内壁表面三维信息的精确的定量计算；
2、针对圆筒内部有限的空间，采用上图中部件的分布，实现针对圆筒的精确检测。
3、该系统的主要优势在于针对圆筒内壁表面检测精度的显著提高，同时可应用于深孔类零部件内壁检测中，方法简单、方便。
附图说明
图1为基于结构光的圆筒内壁检测系统的结构示意图。
图2为基于结构光的圆筒内壁检测系统的系统框架图。
图3为基于结构光的圆筒内壁检测系统应用时的采集结构光图像。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1-3，基于结构光的圆筒内壁检测系统，包括计算机、CCD相机1、结构光控制器2、反射镜3和安装套筒4，所述安装套筒4顶部开设有开口41，安装套筒4内从左到右依次设有CCD相机1、反射镜3和结构光控制器2，CCD相机1、结构光控制器2和反射镜3均固定安装在安装套筒4内部，其中反射镜3包括第一反射镜31和第二反射镜32，开口41位于第一反射镜31和第二反射镜32之间，CCD相机1与计算机电连接，结构光控制器3负责提供投射到圆筒内壁的结构光；CCD相机1负责采集经过内壁表面漫反射后的变形的结构光；计算机负责接收CCD相机1采集的结构光图像，并针对采集到的图像进行分析、处理和存储；第二反射镜32负责反射从结构光控制器2投射过来的结构光，并以一定度角投射到内壁表面；第一反射镜31负责反射镜内壁表面漫反射后的变形的结构光，从而传递到CCD相机1镜头内；
所述结构光控制器、反射镜中心、CCD相机都安置在安装套筒的中轴线上，其结构光发射方向与圆筒中心线平行；结构光控制器到CCD相机的距离为一特定值。
本发明工作时，结构光照射到圆筒内壁表面，发生漫反射，反射的光斑与当前视场角内的物体共同成像于CCD相机上，其中光斑成像为一段高亮度线段，其他背景成像为比较低亮度的数据，实现光信号转换为电信号，经计算机采集光斑映射所成的高亮线段，并计算其质心，进而计算出待测距离，其具体过程如下：
1、结构光控制器2投射出结构光，经过第二反射镜32反射后投影到圆筒内壁表面；
2、结构光照射到圆筒内壁表面后，受到圆筒内壁曲面以及存在的凹槽的影响，导致经过内壁表面漫反射后的结构光发生变形；
3、经过漫反射后的变形的结构光经过第一反射镜31反射后，被CCD相机1采集得到结构光图像；
4、CCD相机1采集后的结构光图像传输到计算机，通过检测软件计算图像中结构光折断距离，获取圆筒内壁凹槽的深度。
申请的技术可以应用到现代工业针对深孔类零部件内表面加工程度的检测过程中，以工业中常用到的某一深孔类零部件为例，通过投射结构光到部件内壁，进而采集结构光图像，得到图3所示。
由于图像汇总折断的结构光光条之间的距离与对应的部件内壁凹槽实际深度成比例，利用计算机中软件计算图像中折断的结构光光条之间的距离约为29.2个像素，结合实际深度与图像距离之间的换算关系，推算得到部件内壁的实际深度约为1mm。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (7)
1.基于结构光的圆筒内壁检测系统，其特征在于，包括计算机、CCD相机、结构光控制器、反射镜和安装套筒；所述结构光控制器、反射镜中心、CCD相机都安置在安装套筒的中轴线上，其结构光发射方向与圆筒中心线平行；结构光控制器到CCD相机的距离为一特定值；结构光照射到圆筒内壁表面，发生漫反射，反射的光斑与当前视场角内的物体共同成像于CCD相机上，其中光斑成像为一段高亮度线段，其他背景成像为比较低亮度的数据，实现光信号转换为电信号，经计算机采集光斑映射所成的高亮线段，并计算其质心，进而计算出待测距离。
2.根据权利要求1所述的基于结构光的圆筒内壁检测系统，其特征在于，所述检测系统所依托的结构光不限于一类结构光，适用于点、线、面结构光。
3.根据权利要求1所述的基于结构光的圆筒内壁检测系统，其特征在于，所述安装套筒顶部开设有开口，安装套筒内从左到右依次设有CCD相机、反射镜和结构光控制器，CCD相机、结构光控制器和反射镜均固定安装在安装套筒内部，其中反射镜包括第一反射镜和第二反射镜，开口位于第一反射镜和第二反射镜之间，CCD相机与计算机电连接。
4.根据权利要求1所述的基于结构光的圆筒内壁检测系统，其特征在于，所述CCD相机采用瑞士Baumer公司生产的的型号为TXG03的工业相机。
5.根据权利要求4所述的基于结构光的圆筒内壁检测系统，其特征在于，所述CCD相机的镜头采用BX-T0.3X110的远心镜头。
6.根据权利要求1所述的基于结构光的圆筒内壁检测系统，其特征在于，所述结构光控制器采用激光器。
7.根据权利要求6所述的基于结构光的圆筒内壁检测系统，其特征在于，所述激光器采用BX-PT20V5的绿光激光光源。
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