CN110319783A - 一种导轨检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导轨检测装置及检测方法，其中导轨检测装置包括图像拍摄模块、位移测量模块、导向滑轨和驱动机构，利用驱动机构驱动图像拍摄模块沿导向滑轨移动，使图像拍摄模块平行于待测导轨方向移动，并通过图像拍摄模块对待测导轨的安装孔进行拍摄获取安装孔位置，同时利用位移测量模块测量图像拍摄模块沿待测导轨长度方向的位移量，这样将图像拍摄模块的位移量与拍摄图片结合进行计算得到安装孔的孔距，导轨检测方法基于导轨检测装置，实现导轨孔距的高精度自动化测量，无需人工操作，测量精度高。

Description

一种导轨检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及图像检测技术领域，特别涉及一种导轨检测装置及检测方法。

背景技术

导轨作为导向装置，能够在负载的情况下实现高精度的直线运动，在加工设备上广泛应用，导轨的精度也直接影响加工精度，因此对导轨的精度检测至关重要。

目前导轨的安装通常通过安装孔进行连接，在导轨上沿长度方向开设安装孔，利用螺栓穿过安装孔将导轨固定，由于导轨在长期使用过程会处于高负载的状态，若安装孔的间隔设置不合理会造成导轨受力不均匀，如安装孔孔距过大，容易影响导轨的稳定性，甚至引起导轨脱离失效，影响加工精度。现有的导轨安装孔孔距的检测通常采用人工方式测量，检测过程费时费力，检测误差较大，测量准确度低。市场上并未出现针对导轨安装孔的自动化检测装置。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种适用于导轨的检测装置及导轨检测方法，能够实现导轨安装孔孔距的高精度自动化测量。

根据本发明的一方面，提供一种导轨检测装置，包括：

图像拍摄模块，用于拍摄待测导轨的安装孔；

位移测量模块，用于测量所述图像拍摄模块沿待测导轨长度方向的位移量；

导向滑轨，所述图像拍摄模块可滑动连接于所述导向滑轨上，所述位移测量模块设于所述导向滑轨；

驱动机构，驱动所述图像拍摄模块沿所述导向滑轨移动以拍摄待测导轨上各安装孔的位置。

优选的，还包括有用于固定所述待测导轨的定位机构，所述定位机构包括底座、设于所述底座上的定位柱和气缸，所述气缸的推杆与所述定位柱对应以配合夹紧所述待测导轨。结构简单实用，利用多个定位机构沿待测导轨长度方向布置，可适用于不同型号待测导轨的夹紧定位。

优选的，还包括用于支撑所述待测导轨的辊轮，所述辊轮设置与所述底座上支撑待测导轨的端面持平。利用辊轮支撑待测导轨，这样待测导轨可左右移动以便在长度方向的端面能够准确定位；同时，由于辊轮与待测导轨之间是线接触，定位机构夹紧待测导轨时，可减小摩擦力对待测导轨自由弯曲的影响，保证待测导轨与导向滑轨在长度方向上的平行度。

优选的，所述图像拍摄模块包括工业相机和放大镜，所述工业相机通过放大镜调节拍摄区域。

优选的，所述驱动机构包括滑座、驱动电机和传动机构，所述图像拍摄模块安装于所述滑座上，所述滑座与所述导向滑轨连接，所述驱动电机通过传动机构驱动滑座沿所述导向滑轨移动。结构稳定牢固，使图像拍摄模块的滑行移动更稳定，拍摄精度更高。

进一步的，所述滑座上设有用于调节工业相机高度位置的位置调节机构，通过位置调节机构微调工业相机的位置，从而调节拍摄区域。

有益效果：该导轨检测装置针对待测导轨的安装孔进行检测，利用驱动机构驱动图像拍摄模块沿导向滑轨移动，使图像拍摄模块平行于待测导轨方向移动，并通过图像拍摄模块对待测导轨的安装孔进行拍摄获取安装孔位置，同时利用位移测量模块测量图像拍摄模块沿待测导轨长度方向的位移量，这样将图像拍摄模块的位移量与拍摄图片结合进行计算得到安装孔的孔距，实现导轨孔距的高精度自动化测量，无需人工操作，测量精度高，从而保证待测导轨安装孔的均匀分布。

根据本发明的另一方面，提供一种导轨检测方法，包括以下步骤：

步骤1，测量图像拍摄模块沿待测导轨长度方向移动的位移量；

步骤2，图像拍摄模块拍摄待测导轨上的安装孔，结合位移量算出孔心位置；

步骤3，根据各安装孔的孔心位置得出安装孔之间的孔距。

优选的，所述步骤2包括以下步骤：

步骤2a，拍摄安装孔一侧的孔边，将拍摄的图片经过数字滤波分析处理，得到所拍摄的孔边在图片中的像素位置数据，将该孔边的像素位置数据结合位移量算出该孔边在待测导轨长度方向上的位置；

步骤2b，将图像拍摄模块移到安装孔另一侧的孔边，同理进行相同的操作得到另一侧孔边在待测导轨长度方向上的位置；

步骤2c，将两侧孔边的位置数据相加取平均值，得到孔心的位置。

在所述步骤2中，图像拍摄模块的拍摄视野控制在2mm×2mm的方形区域，设置拍摄分辨率为1024×768，拍摄的图片中单个像素对应实际尺寸为2mm/1024＝0.002mm，通过对图片的所有像素进行相应的数字滤波分析处理，所述数字滤波分析处理包括像素截取处理、数据平均值处理和数据判断处理。

在所述步骤2中，将孔边的像素位置数据结合位移量算出该孔边在待测导轨长度方向上的位置，该计算方法为，孔边的像素位置为孔边与图片边缘的像素尺寸，位移量为图像拍摄模块所拍摄的图片边缘在待测导轨长度方向上的位移尺寸，将孔边的像素尺寸与位移尺寸相加得到孔边在待测导轨长度方向上的位置。

有益效果：该导轨检测方法基于导轨检测装置而实现对待测导轨的安装孔孔距的自动化测量，测量图像拍摄模块沿待测导轨长度方向移动的位移量，利用图像拍摄模块拍摄待测导轨上的安装孔，根据安装孔所拍摄的图片数据结合位移量算出孔心位置，根据各安装孔的孔心位置便得出安装孔之间的孔距，检测过程由计算机控制，数据处理效率高，实现导轨孔距的高精度自动化测量，测量精度高，检测更高效。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；

图1为本发明实施例的导轨检测装置整体结构示意图；

图2为图1中A处的放大结构示意图；

图3为图1中B处的放大结构示意图；

图4为本发明实施例中图像拍摄模块的结构示意图；

图5为本发明实施例中定位机构的结构示意图；

图6为本发明实施例中辊轮的结构示意图；

图7为本发明实施例的导轨检测方法的流程图；

图8为本发明实施例的孔边寻找程序算法的流程图；

图9为本发明实施例中工业相机拍摄孔边的照片。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1-图3，实施例提供的一种导轨检测装置，包括机架10，在机架10上设置图像拍摄模块20、位移测量模块40、导向滑轨50和驱动机构30，其中图像拍摄模块20用于拍摄待测导轨80的安装孔81；该位移测量模块40用于测量图像拍摄模块20沿待测导轨80长度方向的位移量，该位移测量模块40安装在导向滑轨50的侧边，图像拍摄模块20可滑动连接在导向滑轨50上，导向滑轨50与待测导轨80平行设置，图像拍摄模块20由驱动机构30驱动沿导向滑轨50移动，即图像拍摄模块20沿待测导轨80长度方向移动，移动时位移测量模块40实时检测图像拍摄模块20的位置。将拍摄的安装孔81图片进行处理并结合图像拍摄模块20的位移量计算得到安装孔81的孔距，实现导轨孔距的高精度自动化测量。

为了提高结构的稳定性，在机架10上设置有两平行的工业铝型材，其中，导向滑轨50安装在左侧铝型材11的顶面上，该导向滑轨50为导向导轨副，位移测量模块40安装在铝型材的侧面，实施例的位移测量模块40为磁栅位移传感器，磁栅位移传感器是利用磁栅与磁头的磁作用进行测量的位移传感器，是一种数字式传感器，成本较低且便于安装和使用。磁栅位移传感器由磁栅、磁头和检测电路组成，测量时，检测时，磁头和磁栅产生相对运动时才会输出信号，检测电路将磁头相对于磁栅移动的位移量输出至上位计算机，实施例中图像拍摄模块20移动时带动磁头沿磁栅直线移动，这样使磁头和磁栅产生相对运动以测出图像拍摄模块20的位移量。

工作时，该磁栅位移传感器能够实时检测图像拍摄模块20的位移。在右侧铝型材12顶面上安装有定位机构60和辊轮70，实施例中设置三个定位机构60和四个辊轮70且两者间隔分布，测量时待测导轨80放置在定位机构60上进行定位，辊轮70支撑待测导轨80，各定位机构60与导向滑轨50平行，以保证测量时图像拍摄模块20对待测导轨80的对焦精度。

参见图5，实施例中，定位机构60包括底座61、设于底座61上的定位柱62和气缸63，采用方形钢管作为底座61，该底座61通过安装块65固定在右侧铝型材12上，底座61的一端安装有圆柱形定位柱62，另一端安装气缸63，气缸63的推杆64与定位柱62对应，定位柱62与气缸63之间用于放置待测导轨80，工作时气缸63驱动推杆64伸出并与定位柱62配合夹紧待测导轨80，该实施例采用多个定位机构60沿待测导轨80长度方向布置，这样可适用于不同型号待测导轨80。各定位机构60上的定位柱62设置与导向滑轨50保持平行，这样在夹紧定位待测导轨80时能够保证待测导轨80与导向滑轨50平行。

参见图6，采用辊轮70支撑待测导轨80，辊轮70通过支座71安装在铝型材的顶面，相邻定位机构60之间分别设置一个辊轮70，辊轮70设置与底座61上支撑待测导轨80的端面持平，即待测导轨80放置在底座61上时辊轮70能够刚好支撑待测导轨80，辊轮70可以辅助待测导轨80沿长度方向移动调节位置。由于辊轮70与待测导轨80之间是线接触，定位机构60夹紧待测导轨80时，可减小摩擦力对待测导轨80自由弯曲的影响，保证待测导轨80与导向滑轨50在长度方向上的平行度，使用更灵活方便。

参见图4，实施例采用的驱动机构30包括滑座32、驱动电机31和传动机构，图像拍摄模块20安装在滑座32上，该图像拍摄模块20包括工业相机21和放大镜22，放大镜22连接在工业相机21的前端，滑座32与导向滑轨50滑动连接，驱动电机31通过传动机构驱动滑座32沿导向滑轨50移动，驱动电机31可安装在滑座32或机架10上。以驱动电机31安装在滑座32上为例进行说明，如图2-4所示，传动机构包括齿轮33和齿条34，齿条34安装在左侧铝型材11顶面且与导向滑轨50平行，驱动电机31固定在滑座32上且与齿轮33连接，齿轮33与齿条34啮合传动，这样驱动电机31驱动齿轮33转动时，齿轮33沿齿条34移动，从而带动滑座32沿导向滑轨50移动，结构稳定牢固，使工业相机21和放大镜22的滑行移动更稳定，拍摄精度更高。当然传动机构不限于齿轮33和齿条34的传动方式，也可采用如传动带和同步轮等结构进行传动。

参见图4，为了便于调节工业相机21的拍摄位置，容易理解的，可通过在滑座32上设置位置调节机构23，通过该位置调节机构23微调工业相机21的高度位置，从而调节拍摄区域，即能够调节使工业相机21准确拍摄安装孔81，保证测量时工业相机21对安装孔81的对焦精度，该位置调节机构23包括手柄231和调节螺杆232，通过手柄231带动调节螺杆232转动，使调节螺杆232驱动放大镜22上下移动，同时工业相机21随放大镜22一起移动，从而达到微调工业相机21拍摄位置的目的，该位置调节机构23属于本领域常规的工业相机微调装置，此处不再详述其具体连接结构。

实施例中，工业相机21通过放大镜22调节拍摄区域，将工业相机21的拍摄视野控制在2mmX2mm的方形区域，为了使测量精度更高，工业相机21拍摄分辨率设置为1024×768，由于安装孔81的孔径比拍摄视野大，拍摄区域不能拍摄整个孔的图像，因此测量时，由计算机控制将工业相机21视野先对准安装孔81一侧的孔边82，将拍摄视野内的图像，放大投影到工业相机21的CMOS感光器件上，通过工业相机21内部处理，生成分辨率为1024×768的图像照片，得到所拍摄的孔边82在照片中的像素位置数据，将此像素位置数据与位移测量模块40测得的位置数据进行计算，得到孔边82在待测导轨80长度方向上的位置尺寸，然后将工业相机21移动到所在孔的另一侧孔边，进行相同操作，得到另一侧孔边位置尺寸。两者相加取平均，可得出孔心的位置尺寸，使用相同方法，拍摄待测导轨80上第一安装孔81的孔心位置尺寸与其它安装孔81的孔心位置尺寸，可得到待测导轨80任意安装孔81与第一安装孔81的孔距尺寸数值，实现安装孔81孔距高精度的自动化测量。

另有，参见图7，提供一种导轨检测方法，该导轨检测方法基于上述的导轨检测装置而实现安装孔81孔距的自动化测量，具体包括以下步骤：

步骤1，测量图像拍摄模块20沿待测导轨80长度方向移动的位移量。具体步骤为将待测导轨80放置在导轨检测装置上并进行固定定位，图像拍摄模块20沿待测导轨80长度方向移动以拍摄待测导轨80上安装孔81的位置，图像拍摄模块20移动时利用磁栅位移传感器实时获取图像拍摄模块20的位移量。

步骤2，图像拍摄模块20拍摄待测导轨80上的安装孔81，结合位移量算出孔心位置。由于采用的工业相机21的拍摄分辨率为1024×768，安装孔81的孔径比工业相机21的拍摄视野大，拍摄区域不能拍摄整个孔的图像，因此测量时，由计算机控制将工业相机21依次对安装孔81两侧的孔边进行拍摄，经处理分别得到两侧孔边在待测导轨80长度方向上的位置尺寸，然后将两孔边的位置尺寸相加取平均，可得出孔心的位置尺寸，其中照片的数据处理及相应的计算方法由计算机执行操作。

步骤3，根据各安装孔81的孔心位置得出安装孔81之间的孔距。由步骤2测量获得待测导轨80上第一安装孔81的孔心位置尺寸与其它安装孔81的孔心位置尺寸，如利用第二安装孔81的孔心位置尺寸减去第一安装孔81的孔心位置尺寸便可得到第一安装孔81与第二安装孔81的孔距，如此类推，从而得到待测导轨80任意安装孔81与第一安装孔81的孔距尺寸数值，实现安装孔81孔距高精度的自动化测量。

参见图8，在一实施例中，上述的步骤2采用孔边寻找程序算法获取孔心位置尺寸，以待测导轨80上第一安装孔81的拍摄为例，其它安装孔81的测量步骤相同，具体步骤包括有：

步骤2a，工业相机21的拍摄视野控制在2mm×2mm的方形区域，设置拍摄分辨率为1024×768，拍摄的图片中单个像素对应实际尺寸为2mm/1024＝0.002mm，工业相机21拍摄待测导轨80上安装孔81左侧的孔边82，如图9所示，将拍摄的图片的所有像素进行数字滤波分析处理，得到所拍摄的孔边82在图片中的像素位置数据，将该孔边82的像素位置数据结合位移量算出左侧孔边82在待测导轨80长度方向上的位置。其中，数字滤波分析处理包括像素截取处理、数据平均值处理和数据判断处理。

步骤2b，将工业相机21移到安装孔81右侧的孔边，工业相机21的拍摄分辨率不变，将拍摄的图片的所有像素进行数字滤波分析处理，得到右侧孔边在图片中的像素位置数据，将该孔边的像素位置数据结合位移量算出右侧孔边在待测导轨80长度方向上的位置。

步骤2c，将两侧孔边的位置数据相加取平均值，得到孔心的位置。这样，根据上述步骤依次测量待测导轨80上各个安装孔81的孔心位置尺寸，然后根据上述步骤3即可得到待测导轨80安装孔81的孔距尺寸数值。

在上述步骤中，将孔边的像素位置数据结合位移量算出该孔边在待测导轨80长度方向上的位置，该计算方法为：孔边的像素位置为孔边与图片左侧边缘的像素尺寸，位移量为工业相机21所拍摄的图片边缘在待测导轨80长度方向上的位移尺寸，将孔边的像素尺寸与位移尺寸相加得到孔边在待测导轨80长度方向上的位置。以安装孔81左侧孔边的测量为例，工业相机21移动对准安装孔81左侧孔边时，磁栅位移传感器测量的位移量为工业相机21沿导向滑轨50移动的位移，该位移尺寸相当于业相机所拍摄的图片左侧边缘在待测导轨80长度方向上的位移尺寸，这样孔边的位置尺寸等于该位移尺寸加上孔边在图片上的像素尺寸，该测量方法测量精度高。

在一实施例中，数字滤波分析处理包括像素截取处理、数据平均值处理和数据判断处理，像素截取处理过程为工业相机21所拍摄图片的分辨率1024X768，则此照片包含1024X768个数据点数据(水平为1024列，垂直方向为768行)，每个数据点都对应一个RGB，为减小需要数据的数据量，提高数据处理速度和减小孔边弧度对孔边判断造成的影响，只取RGB中200-300个像素高度的数据进行处理，此为像素截取处理，然后将将截取的数据作数据平均值处理，可减小毛刺对孔边沿判断的影响。从拍摄的照片也可以看出，所拍摄的孔边位置存在明显的明暗分界线，计算机程序只需要根据设定阀值对平均后的数据进行判断，即可获取孔边在图片中的位置。当然，拍摄分辨率和像素截取数量根据实际的测量精度要求而设定，并不限于本实施例的取值范围。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种导轨检测装置，其特征在于：包括：

图像拍摄模块，用于拍摄待测导轨的安装孔；

位移测量模块，用于测量所述图像拍摄模块沿待测导轨长度方向的位移量；

导向滑轨，所述图像拍摄模块可滑动连接于所述导向滑轨上，所述位移测量模块设于所述导向滑轨；

驱动机构，驱动所述图像拍摄模块沿所述导向滑轨移动以拍摄所述待测导轨上各安装孔的位置。

2.根据权利要求1所述的导轨检测装置，其特征在于：还包括有用于固定所述待测导轨的定位机构，所述定位机构包括底座、设于所述底座上的定位柱和气缸，所述气缸的推杆与所述定位柱对应以配合夹紧所述待测导轨。

3.根据权利要求2所述的导轨检测装置，其特征在于：还包括用于支撑所述待测导轨的辊轮，所述辊轮设置与所述底座上支撑待测导轨的端面持平。

4.根据权利要求1所述的导轨检测装置，其特征在于：所述图像拍摄模块包括工业相机和放大镜，所述工业相机通过放大镜调节拍摄区域。

5.根据权利要求1-4任一所述的导轨检测装置，其特征在于：所述驱动机构包括滑座、驱动电机和传动机构，所述图像拍摄模块安装于所述滑座上，所述滑座与所述导向滑轨连接，所述驱动电机通过传动机构驱动滑座沿所述导向滑轨移动。

6.根据权利要求5所述的导轨检测装置，其特征在于：所述滑座上设有用于调节工业相机高度位置的位置调节机构。

7.一种导轨检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，测量图像拍摄模块沿待测导轨长度方向移动的位移量；

步骤2，图像拍摄模块拍摄待测导轨上的安装孔，结合位移量算出孔心位置；

步骤3，根据各安装孔的孔心位置得出安装孔之间的孔距。

8.根据权利要求7所述的导轨检测方法，其特征在于：所述步骤2包括以下步骤：

步骤2a，拍摄安装孔一侧的孔边，将拍摄的图片经过数字滤波分析处理，得到所拍摄的孔边在图片中的像素位置数据，将该孔边的像素位置数据结合位移量算出该孔边在待测导轨长度方向上的位置；

步骤2b，将图像拍摄模块移到安装孔另一侧的孔边，同理进行相同的操作得到另一侧孔边在待测导轨长度方向上的位置；

步骤2c，将两侧孔边的位置数据相加取平均值，得到孔心的位置。

9.根据权利要求8所述的导轨检测方法，其特征在于：所述步骤2中，图像拍摄模块的拍摄视野控制在2mm×2mm的方形区域，设置拍摄分辨率为1024×768，拍摄的图片中单个像素对应实际尺寸为2mm/1024＝0.002mm，通过对图片的所有像素进行相应的数字滤波分析处理，所述数字滤波分析处理包括像素截取处理、数据平均值处理和数据判断处理。

10.根据权利要求8或9所述的导轨检测方法，其特征在于：所述步骤2中，将孔边的像素位置数据结合位移量算出该孔边在待测导轨长度方向上的位置，该计算方法为，孔边的像素位置为孔边与图片边缘的像素尺寸，位移量为图像拍摄模块所拍摄的图片边缘在待测导轨长度方向上的位移尺寸，将孔边的像素尺寸与位移尺寸相加得到孔边在待测导轨长度方向上的位置。