CN110174055A - 一种高精度平面度检测的三维视觉检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高精度平面度检测的三维视觉检测装置，包括：外壳，垂直度检测杆，电动调节缸，一字激光发生器和工业相机；所述电动调节缸的下端转动连接在底端铰接板上，且底端铰接板连接在外壳的顶端一侧，且电动调节缸的顶部还转动连接到顶端铰接板上，所述一字激光发生器通过激光发生器固定支架固定安装在外壳的内侧，所述工业相机通过相机固定底板支撑并固定在外壳的内侧。可启动电动调节缸对检测装置旋转调节，使垂直度检测杆底端的橡胶检测板与被检测面紧贴平行，随机索取一个平面内的局部区域内的高密度的特征点，并且以此点集建立一个检测对象平面参考基准面，其余区域检测得到的点深度数据都可以与之作比较。

Description

一种高精度平面度检测的三维视觉检测装置

技术领域

本发明涉及工业生产与系统装配技术领域，更具体地说，特别涉及一种高精度平面度检测的三维视觉检测装置。

背景技术

在工业生产与系统装配领域，对零部件加工的平面度要求特别高，特别是高精密装配与加工领域，对目标平面的平面度误差非要高，有的甚至达到μ级尺寸精度，即0.001mm的精度要求。

目前在这样高精检测领域，部分检测方法是采样接触式的三坐标检测仪，但是设备的操作每次都会引入随机误差，而且跟检测操作人的动作有很大关系，因此现在大量发展非接触式的检测手段，主要鉴于非接触式的自动化程度高、随机误差干扰小，与操作者基本无关。其次，检测激光面需要与被检测端面垂直，在检测端面呈现倾斜状时，还需要重新对检测装置进行调整，固定之后调整非常不方便。

发明内容

（一）技术问题

综上所述，本发明提供一种高精度平面度检测的三维视觉检测装置，通过结构与功能性的改进，以解决件检测对象因安放位置的高低不平等差异引起的误差，检测激光面需要与被检测端面垂直，需要使检测装置方便调节的问题。

（二）技术方案

本发明提供了一种高精度平面度检测的三维视觉检测装置，具体包括：外壳，固定支架，转动固定孔，透孔，垂直度检测杆，限位孔，插销，橡胶检测板，连接板，限位挡板，电动调节缸，底端铰接板，顶端铰接板，干燥剂安置腔，一字激光发生器，激光发生器固定支架，电源线，工业相机，相机固定底板，数据线和高透玻璃；所述外壳的顶部连接有固定支架，且固定支架的一侧还设有转动固定孔，所述电动调节缸的下端转动连接在底端铰接板上，且底端铰接板连接在外壳的顶端一侧，且电动调节缸的顶部还转动连接到顶端铰接板上，所述一字激光发生器通过激光发生器固定支架固定安装在外壳的内侧，且一字激光发生器的电源线穿过外壳的侧面孔与外电源相连，所述工业相机通过相机固定底板支撑并固定在外壳的内侧，且工业相机的数据线也是穿过外壳的侧面孔出来与外置处理器相连。

进一步的，所述垂直度检测杆滑动卡装在两组连接板上，且垂直度检测杆的上下两端分别连接有限位挡板与橡胶检测板。

进一步的，所述垂直度检测杆上还设有限位孔，且限位孔上插装有插销。

进一步的，所述干燥剂安置腔设在外壳的左侧，内装填有干燥剂。

进一步的，所述一字激光发生器的底端面与橡胶检测板的底端面相平行。

进一步的，所述一字激光发生器与工业相机的底侧端均对应设有透孔，且一字激光发生器、工业相机的底端面分别与相对应的透孔端面平行。

进一步的，所述透孔的底侧端还镶嵌有高透玻璃。

（三）有益效果

本发明提供了一种高精度平面度检测的三维视觉检测装置，通过在外壳上设置垂直度检测杆，可将垂直度检测杆上的插销取下，并使垂直度检测杆底端的橡胶检测板接触到被检测端面，并可启动电动调节缸对检测装置旋转调节，使垂直度检测杆底端的橡胶检测板与被检测面紧贴平行，从而使激光面与被检测端面垂直，调节更加方便。

其次，在检测时，随机索取一个平面内的局部区域内的高密度的特征点，并且以此点集建立一个检测对象平面参考基准面，其余区域检测得到的点深度数据都可以与之作比较，这样就消除了检测对象因安放位置的高低不平等差异引起的误差。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的A处放大结构示意图；

图3是本发明的B处放大结构示意图；

图4是本发明的另一侧面结构示意图；

图5是本发明的C处放大结构示意图；

图6是本发明的内侧结构示意图；

图7是本发明系统检测流程示意图。

在图1至图7，部件名称或线条与附图编号的对应关系为：

1、外壳；101、固定支架；102、转动固定孔；103、透孔；2、垂直度检测杆；201、限位孔；202、插销；203、橡胶检测板；204、连接板；205、限位挡板；3、电动调节缸；301、底端铰接板；302、顶端铰接板；4、干燥剂安置腔；5、一字激光发生器；501、激光发生器固定支架；502、电源线；6、工业相机；601、相机固定底板；602、数据线；7、高透玻璃。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

请参考图1至图7:

为了解决现有技术中检测对象因安放位置的高低不平等差异引起的误差，检测激光面需要与被检测端面垂直，需要使检测装置方便调节的问题，本发明提出了一种高精度平面度检测的三维视觉检测装置，包括：外壳1，固定支架101，转动固定孔102，透孔103，垂直度检测杆2，限位孔201，插销202，橡胶检测板203，连接板204，限位挡板205，电动调节缸3，底端铰接板301，顶端铰接板302，干燥剂安置腔4，一字激光发生器5，激光发生器固定支架501，电源线502，工业相机6，相机固定底板601，数据线602和高透玻璃7；所述外壳1的顶部连接有固定支架101，开双槽，工作时，通过固定101固定本装置，且固定支架101的一侧还设有转动固定孔102，所述电动调节缸3的下端转动连接在底端铰接板301上，且底端铰接板301连接在外壳1的顶端一侧，且电动调节缸3的顶部还转动连接到顶端铰接板302上，所述一字激光发生器5通过激光发生器固定支架501固定安装在外壳1的内侧，且一字激光发生器5的电源线502穿过外壳1的侧面孔与外电源相连，所述工业相机6通过相机固定底板601支撑并固定在外壳1的内侧，且工业相机6的数据线602也是穿过外壳1的侧面孔出来与外置处理器处理单元，未画出相连。

外壳1采用硬质铝合金材料制作，其中激光发生器固定支架501与相机固定底板601具有较好的刚度，一字激光发生器5将激光投影到被测平面上，垂直投射，并且激光面垂直于被测对象的运动方向，工业相机6具有高帧率高分辨率的特性，其CCD基元尺寸较小，一般达到0.00375mm以下，主要作用是拍摄检测对象被激光线投射到的那部分图像。

因为检测过程中是检测对象在本装置的视野底下以一定的速度进行移动，因此相机的采样帧率有很高的要求，不能出现拖影现场，因此本装置的采样帧率在40帧左右，数据接口是千兆网口，通过数据网线将采集到的单帧图像快速传输给控制器，并且进行对应的图像处理与特征点提取。

系统的软件部分安装在处理单元，系统经标定后，获取了内部与外部参数集。经工业相机拍摄后，采集到的图像经数据线602发送到控制器的内存上或者在硬盘上储存，系统的软件系统从控制器的内存或硬盘上读取图像进行图像预处理并且进行特征点提取，经本系统的算法的计算后，获取每个目标点的三维XYZ坐标，从而生成对应的点云数据，因为检测对象是平面，因此生存的点云数据在空间可以生成一张与实际对象一致的立体平面，在Z轴方向上，即深度数据上的数据窜动峰值与谷值的差值大小反映了该平面的平面度数值指标。

一字激光发生器5的中心波长635纳米，工业相机6的中心线与垂直方向的夹角设为18-22度之间。系统为了消除因检测对象放置位置的差异性带来的数据误差，在检测时，可以随机索取一个平面内的局部区域内的高密度的特征点，并且以此点集建立一个检测对象平面参考基准面，其余区域检测得到的点深度数据都可以与之作比较，这样就消除了检测对象因安放位置的高低不平等差异引起的误差。

其中，垂直度检测杆2滑动卡装在两组连接板204上，且垂直度检测杆2的上下两端分别连接有限位挡板205与橡胶检测板203，将垂直度检测杆2上的插销202取下，并使垂直度检测杆2底端的橡胶检测板203接触到被检测端面，并可启动电动调节缸3对检测装置旋转调节，使垂直度检测杆2底端的橡胶检测板203与被检测面紧贴平行，从而使激光面与被检测端面垂直。

其中，垂直度检测杆2上还设有限位孔201，且限位孔201上插装有插销202，将可垂直度检测杆2提起，并利用插销202插入到限位孔201中，从而使垂直度检测杆2卡位在连接板204的上端侧。

其中，干燥剂安置腔4设在外壳1的左侧，内装填有干燥剂，干燥剂安置腔4有一个橡皮垫片金属盖，腔内放置适量的干燥剂，防止腔内时间长了受潮，并且腔内的干燥剂可以定期人为更滑，确保系统正常运转。可以定期更换，确保腔内干燥环境。

其中，一字激光发生器5的底端面与橡胶检测板203的底端面相平行，在橡胶检测板203与被检测端面平行时，可使一字激光发生器5发出的激光面能够与被检测端面垂直。

其中，一字激光发生器5与工业相机6的底侧端均对应设有透孔103，且一字激光发生器5、工业相机6的底端面分别与相对应的透孔103端面平行。

其中，透孔103的底侧端还镶嵌有高透玻璃7，封闭一字激光发生器5投射方孔的高透玻璃7，让一字激光顺利投射出来，又起到防尘防潮的作用，封闭相机视野方孔的高透玻璃7，其作用确保检测对象的视野高清拍摄，又起到防尘防潮的作用。

本实施例的具体使用方式与作用：

（1）将检测装置通过转动固定孔102转动卡位，然后将垂直度检测杆2上的插销202取下，并使垂直度检测杆2底端的橡胶检测板203接触到被检测端面，并可启动电动调节缸3对检测装置旋转调节，使垂直度检测杆2底端的橡胶检测板203与被检测面紧贴平行，从而使激光面与被检测端面垂直；

（2）图像采集装置以一定的帧率拍摄的图像通过数据线传输给控制器，即处理单元，处理单元对每一帧图像进行预处理，并且抽取特征点的信息，抽取每个电云的深度数据。其中选取一个局部领域作为该平面的参考面，计算所得的全部点云的深度数据与该参考平面作比较，计算其峰值与谷值，能快速检测出该平面的平面度指标。

（3）系统将计算得到的平面度指标在显示装置的可视化界面上显示，并且记录每个被检测对象的ID及其对应的平面度指标，以供上位机或者下位机系统对被检测对象的优次分拣。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (7)

1.一种高精度平面度检测的三维视觉检测装置，其特征在于，包括：外壳（1），固定支架（101），转动固定孔（102），透孔（103），垂直度检测杆（2），限位孔（201），插销（202），橡胶检测板（203），连接板（204），限位挡板（205），电动调节缸（3），底端铰接板（301），顶端铰接板（302），干燥剂安置腔（4），一字激光发生器（5），激光发生器固定支架（501），电源线（502），工业相机（6），相机固定底板（601），数据线（602）和高透玻璃（7）；所述外壳（1）的顶部连接有固定支架（101），且固定支架（101）的一侧还设有转动固定孔（102），所述电动调节缸（3）的下端转动连接在底端铰接板（301）上，且底端铰接板（301）连接在外壳（1）的顶端一侧，且电动调节缸（3）的顶部还转动连接到顶端铰接板（302）上，所述一字激光发生器（5）通过激光发生器固定支架（501）固定安装在外壳（1）的内侧，且一字激光发生器（5）的电源线（502）穿过外壳（1）的侧面孔与外电源相连，所述工业相机（6）通过相机固定底板（601）支撑并固定在外壳（1）的内侧，且工业相机（6）的数据线（602）也是穿过外壳（1）的侧面孔出来与外置处理器相连。

2.根据权利要求1所述高精度平面度检测的三维视觉检测装置，其特征在于：所述垂直度检测杆（2）滑动卡装在两组连接板（204）上，且垂直度检测杆（2）的上下两端分别连接有限位挡板（205）与橡胶检测板（203）。

3.根据权利要求1所述高精度平面度检测的三维视觉检测装置，其特征在于：所述垂直度检测杆（2）上还设有限位孔（201），且限位孔（201）上插装有插销（202）。

4.根据权利要求1所述高精度平面度检测的三维视觉检测装置，其特征在于：所述干燥剂安置腔（4）设在外壳（1）的左侧，内装填有干燥剂。

5.根据权利要求1所述高精度平面度检测的三维视觉检测装置，其特征在于：所述一字激光发生器（5）的底端面与橡胶检测板（203）的底端面相平行。

6.根据权利要求1所述高精度平面度检测的三维视觉检测装置，其特征在于：所述一字激光发生器（5）与工业相机（6）的底侧端均对应设有透孔（103），且一字激光发生器（5）、工业相机（6）的底端面分别与相对应的透孔（103）端面平行。

7.根据权利要求1所述高精度平面度检测的三维视觉检测装置，其特征在于：所述透孔（103）的底侧端还镶嵌有高透玻璃（7）。