CN110426348A - 一种圆柱内面检测装置及其检测方法 - Google Patents

一种圆柱内面检测装置及其检测方法 Download PDF

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莫志文
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Abstract

本发明公开了一种圆柱内面检测装置及其检测方法，圆柱内面检测装置包括：支架，其上设有托物座，托物座高度可调；相机，其设于支架且位于托物座上方；检测系统，其与相机连接；成像组件，其包括反射镜座和锥面反射镜，锥面反射镜设于反射镜座且位于托物座下方；其中，相机的光心线、托物座的中心轴线和锥面反射镜的圆锥中心轴线完全重合；与现有技术相比，本发明的圆柱内面检测装置，利用锥面反射镜使圆柱内面在锥面反射镜成像，方便观察、检测圆柱内面的情况；通过相机对待检测圆柱内面在锥面反射镜内所成的像进行拍照并传输到检测系统，检测系统将图像优化处理后，可以通过分析待检测圆柱内面成像的信息检查圆柱内面异常情况。

Description

一种圆柱内面检测装置及其检测方法
技术领域
本发明涉及机器视觉技术领域，具体地，涉及一种圆柱内面检测装置及其检测方法。
背景技术
目前市面上在使用的圆柱面内侧检测方法常用的有人眼观察检测、机械探针检测、预制模具套穿检测、机械旋转镜面反射检测。人眼观察检测是最传统的方法，即检查人员转动被检件观察其表面情况；机械探针检测是利用精密检测仪器设备进行检测，即通过机械装置将检测探针伸入指定位置对圆柱面内侧情况进行探知；预制模具套穿检测即预制好与被检件圆柱内侧相吻合的圆柱杆，将被检件与其套穿，根据套穿的情况对检查的结果进行判定，此方法只做定性检测，并且每种尺寸的圆柱杆只能检测一种对应尺寸的圆柱；机械旋转镜面反射检测即将反射镜安装在旋转轴上，将旋转的转轴沿被检件圆柱的轴心移动，从而对圆柱面内侧完成检测，传统镜面反射检查圆柱面会导致失真，同时机械传动机构会带来误差和磨损。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，提供一种圆柱内面检测装置及其检测方法。
一种圆柱内面检测装置，其包括：
支架，其上设有托物座，托物座高度；
相机，其设于支架且位于托物座上方；
检测系统，其与相机连接；
成像组件，其包括反射镜座和锥面反射镜，锥面反射镜设于反射镜座且位于托物座下方；
其中，相机的光心线、托物座的中心轴线和锥面反射镜的圆锥中心轴线完全重合；待检测圆柱体内面在锥面反射镜内成像，相机将待检测圆柱体在锥面反射镜内所成的像拍摄并传输给检测系统，检测系统对待检测圆柱内面所成的像进行数据采集，并与待检测圆柱内面数据进行对比分析。
根据本发明的一实施方式，设定相机的视野半径为F，锥面反射镜任意镜面与锥面反射镜的圆锥中心轴线的夹角为α；若待检测圆柱的内面高度为H，待检测圆柱的内面半径为R，待检测圆柱内面在锥面反射镜内成像被相机拍摄到的所成圆环的厚度/圆面的半径为r，则r＝2Hcosα≤F≤R，其中45°＜α＜90°。
根据本发明的一实施方式，当r＝F时，待检测圆柱内面在锥面反射镜所成的像为圆面，圆面半径为r,r＝2Hcosα。
根据本发明的一实施方式，当r＜F时，待检测圆柱内面在锥面反射镜所成的像为圆环，圆环外圆半径为F，圆环厚度为r,r＝2Hcosα，圆环内圆半径为F-r。
根据本发明的一实施方式，锥面反射镜顶部所在的圆面的直径小于待检测圆柱的内面半径。
一种利用圆柱内面检测装置检测圆柱内面的方法，包括以下步骤：
将待检测圆柱放置于托物座；
调整锥面反射镜，使相机的光心线、待检测圆柱及锥面反射镜的圆锥中心轴线完全重合；
调整托物座的高度，使待检测圆柱整个内面在锥面反射镜内成像，待检测圆柱内面在锥面反射镜内所成的像为圆环或圆面；
调整相机的视野，使相机视野刚好覆盖待检测圆柱的内面在锥面反射镜内所成的像；
相机对待检测圆柱内面在所述锥面反射镜内所成的像进行拍摄；
相机将所拍摄的图片传送到检测系统；
检测系统将相机拍摄的图像进行分析。
根据本发明的一实施方式，将待检测圆柱放置于托物座前，还包括以下步骤：
将待检测圆柱的内面的高度H和半径R输入检测系统；
检测系统根据圆柱内面的高度H和半径R的数据，将待检测圆柱内面展开生产第一长方形，第一长方形的长为2πR，高为H；以第一长方形其中一个顶点P0为原点，第一长方形上的任一点P的坐标为其中，0°≤n≤360°，0≤b≤1。
根据本发明的一实施方式，检测系统将相机拍摄的图像进行分析包括以下步骤：
检测系统根据相机拍摄的图片对所得图片的参数进行分析；
检测系统根据相机的视野半径F和相机拍摄图片的厚度r的数据，生产一个第二长方形；
以第二长方形与第一长方形上P0对应点为原点P0’，将图片上任一点P’与点P0’之间的圆弧长度作为横坐标值，点P’所在圆环/圆面的半径线段上的点的横坐标均为P’与点P0’的弧长；将该半径线段上的点与该半径线段在圆环内圆上的点(圆心)的距离设为纵坐标值，第二长方形上任一点P’的坐标为
检测系统检测第二长方形的内任一点的信息。
根据本发明的一实施方式，检测系统将相机拍摄的图像进行分析还包括以下步骤：
检测系统并将第二长方形内的点与第一长方形上的点一一对应，得出第一长方形的表面信息，进而得出圆柱内面的信息。
与现有技术相比，本发明的一种圆柱内面检测装置及其检测方法具有以下优点：
本发明的圆柱内面检测装置，利用锥面反射镜使圆柱内面在锥面反射镜成像，方便观察、检测圆柱内面的情况；通过相机对待检测圆柱内面在锥面反射镜内所成的像进行拍照和数据采集并传输到检测系统，检测系统将图像优化处理后，可以通过分析待检测圆柱内面成像的信息检查圆柱内面是否有污渍、表面是否有异常情况。
附图说明
图1为本发明的圆柱内面检测装置的结构示意图；
图2为待检测圆柱成像关系示意图；
图3为待检测圆柱在锥面反射镜内成像为圆环时的示意图；
图4为待检测圆柱在锥面反射镜内成像为圆面时的示意图；
图5为圆柱内面展开的第一长方形与相机拍摄的圆环展开的第二长方形之间相互对应关系示意图；
图中1.支架、11.托物座、2.相机、3.反射镜座、4.锥面反射镜、5.待检测圆柱本发明功能的实现及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1，图1为本发明的圆柱内面检测装置的结构示意图；如图所示，圆柱内面检测装置包括支架1、相机2、检测系统(图中未标示)及成像组件；支架1上设有托物座11，托物座11用于放置待检测圆柱5，待检测圆柱5放置于托物座11上时，待检测圆柱5的中心线与托物座11的中心轴重合，托物座11在支架1上的高度可调，当待检测圆柱5放置于托物座11上时，可以调整托物座11在支架1上的高度，直到待检测圆柱5的整个内面全部在成像组件内成像；相机2设于支架1且位于托物座11上方，相机2的光心线与托物座11的中心线重合，相机2用于对待检测圆柱2内面在成像组件内所成像进行信息采集并传输给检测系统；检测系统与相机2连接，用于根据相机2输出的信息对待检测圆柱5内面的成像信息进行分析优化，并将待检测圆柱5内面的成像信息与待检测圆柱5内面对应；成像组件包括反射镜座3和锥面反射镜4，锥面反射镜4设于反射镜座3且位于托物座11下方，托物座11的中心轴线和锥面反射镜4的圆锥中心轴线完全重合，锥面反射镜4用于观察待检测圆柱5的内面，通过调整锥面反射镜4与待检测圆柱5的相对高度及锥面反射镜4的锥角，使待检测圆柱5的内面全部在锥面反射镜4内成像。
在本实施例中，设定相机2的视野半径为F，锥面反射镜4任意镜面与锥面反射镜4的圆锥中心轴线的夹角为α；若待检测圆柱5的内面高度为H，待检测圆柱5的内面半径为R，待检测圆柱5内面在锥面反射镜4内成像被相机2拍摄到的所成圆环的厚度/圆面的半径为r，因为相机2是透过待检测圆柱5对待检测圆柱5内面成像进行拍摄，为了保证相机2只拍摄待检测圆柱5内面投影信息，F≤R；为了保证待检测圆柱5内面在锥面反射镜4内的成型全部被相机2的视野捕捉，相机2的视野半径F≥r；所以相机2拍摄的待检测圆柱5内面在锥面反射镜4内所成的圆环的厚度或圆面的半径r、相机2的视野半径F及待检测圆柱5内面半径R之间满足：r≤F≤R。
如图2所示，图2为待检测圆柱成像关系示意图；在本实施例中，线段L1为待检测圆柱5内面位于同一竖直线段H在锥面反射镜4内所成的像，线段r为相机2拍摄L1时待检测圆柱5内面在锥面反射镜4内所成像转换为圆环/圆面时，圆环的厚度/圆面的半径，线段L2为线段H的延长线，线段L3为线段L1的延长线，线段L2与线段L3在锥面反射镜4处相交；L4为线段H上最高点与锥面反射镜4成像的连接，L5为L1远离r的一端与L4的连接线，L2、L3、L4、L5构成一个平行四边形，L6为平行四边形的对角线，线段L7为线段L1靠近r的一端向L5的垂线；根据成像原理，可知L1＝H，L2＝L3＝L4＝L5，其中L3、L5及L6构成一个等腰三角形，等腰三角形两个底角均为α(α为锥面反射镜4的锥角)，则等腰三角形的顶角为180°-2α，L7＝L1Sin(180°-2α)＝H Sin(180°-2α)＝r Sin2α；所以可以得出，
所以r＝2Hcosα；由于L3、L5及L6构成一个等腰三角形的顶角等于180°-2α、L1与L7的夹角等于90°-(180°-2α)＝2α-90°，所以45°＜a＜90°。
请参阅图3、图4，图3为待检测圆柱在锥面反射镜内成像为圆环时的示意图；图4为待检测圆柱在锥面反射镜内成像为圆面时的示意图。如图所示，在本实施例中，相机2的视野覆盖待检测圆柱5内面在锥面反射镜4内所成的像，不论待检测圆柱5内面在锥面反射镜4内成像为圆环或圆面，相机2的视野半径都与待检测圆柱5内面在锥面反射镜4内成像的外环相等，当r＝F时，待检测圆柱5内面在锥面反射镜4所成的像为圆面，圆面半径为r,r＝2Hcos a；当r＜F时，待检测圆柱5内面在锥面反射镜4所成的像为圆环，圆环外圆半径为F，圆环厚度为r,r＝2Hcos a，圆环内圆半径为F-r。
请复阅图3及4，如图所示，在本实施例中，为了避免待检测圆柱5外面在锥面反射镜4内成像，锥面反射镜4顶部所在的圆面的直径小于待检测圆柱5的内面半径；待检测圆柱5的外面不会在锥面反射镜4内成像，相机2只可拍摄到待检测圆柱5内面在锥面反射镜4内的成像信息。
一种利用圆柱内面检测装置检测圆柱内面的方法，包括以下步骤：
将待检测圆柱5放置于托物座11；
调整锥面反射镜4，使相机2的光心线、待检测圆柱5及锥面反射镜4的圆锥中心轴线完全重合；
调整托物座11的高度，使待检测圆柱5整个内面在锥面反射镜4内成像，待检测圆柱5内面在锥面反射镜4内所成的像为圆环或圆面；
调整相机2的视野，使相机2视野刚好覆盖待检测圆柱5的内面在锥面反射镜4内所成的像；
相机2对待检测圆柱5内面在锥面反射镜4内所成的像进行拍摄；
相机2将所拍摄的图片传送到检测系统；
检测系统将相机2拍摄的图像进行分析。
本检测圆柱内面的方法，将待检测圆柱5放置于托物座11前，还包括以下步骤：
将待检测圆柱5的内面的高度H和半径R输入检测系统；
检测系统根据圆柱5内面的高度H和半径R的数据，将待检测圆柱5内面展开生产第一长方形，第一长方形的长为2πR，高为H；以第一长方形其中一个顶点P0为参照点，第一长方形上的任一点P的坐标为其中，0°≤n≤360°，0≤b≤1。
本检测圆柱内面的方法，检测系统将相机2拍摄的图像进行分析包括以下步骤：
检测系统根据相机2拍摄的图片对所得图片的参数进行分析；
检测系统根据相机2的视野半径F和相机拍摄图片的厚度r的数据，生产一个第二长方形；
以第二长方形与第一长方形上P0对应点为原点P0'，将图片上任一点P’与点P0’之间的圆弧长度作为横坐标值，点P’所在圆环/圆面的半径线段上的点的横坐标均为P’与点P0’的弧长；将该半径线段上的点与该半径线段在圆环内圆上的点(圆心)的距离设为纵坐标值，第二长方形上任一点P’的坐标为
检测系统检测第二长方形的内任一点的信息。
本检测圆柱内面的方法，检测系统将相机拍摄的图像进行分析还包括以下步骤：
检测系统并将第二长方形内的点与第一长方形上的点一一对应，得出第一长方形的表面信息，进而得出圆柱内面的信息。
请参阅图5，图5为圆柱内面展开的第一长方形与相机拍摄的圆环展开的第二长方形之间相互对应关系示意图；如图所示，待检测圆柱5内面展开的第一长方形与相机2拍摄的圆环生产的第二长方形的对应关系如下：
待检测圆柱5内面生产的第一长方形上的任一点满足以下方程式：
0°≤n≤360°
Py＝bH，0≤b≤1；
PX的值随n变化，Py的值随b变化。
相机2拍摄的圆环生产第二长方形上的任一点满足以下方程式：
0°≤n≤360°
P′y＝bF-(F-r)＝bF-(F-2Hcosα)，0≤b≤1
P′x的值随n变化，P′y的值随b变化。
Px与P′x的变量均为n；Py与P′y的变量均为b；在H、F数值可知的情况下；
为常数；
为常数，F-2Hcosα为常数；
所以第二长方形上的点与待检测圆柱5内面在锥面反射镜4成像形成的第一长方形上的点之间有PX＝AP′x+B；Py＝CP′y+D的一一对应关系，其中A不等于0，C不等于0；通过分析第二长方形的表面信息，可以准确的推算出第一长方形上相对应的信息，进而得出待检测圆柱5的内表面情况。
待检测圆柱5内面展开的第一长方形与相机2拍摄的圆面生产的第二长方形的对应关系如下：
待检测圆柱5内面生产的第一长方形上的任一点满足以下方程式：
0°≤n≤360°
Py＝bH，0≤b≤1；
Px的值随n变化，Py的值随b变化。
相机2拍摄的圆面生产第二长方形上的任一点满足以下方程式：
0°≤n≤360°，
P′y＝br＝b2Hcosα，0≤b≤1，
P′x的值随n变化，P′y的值随b变化。
Px与P′x的变量均为n；Py与P′y的变量均为b；在H、F数值可知的情况下；
为常数；
为常数；
所以第二长方形上的点与待检测圆柱5内面在锥面反射镜成像形成的第一长方形上的点之间有PX＝AP′x；Py＝CP′y的一一对应关系，其中A不等于0，C不等于0；通过分析第二长方形的表面信息，可以准确的推算出第一长方形上相对应的信息，进而得出圆柱的内表面情况。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种圆柱内面检测装置，其特征在于，包括：
支架，其上设有托物座，所述托物座高度可调；
相机，其设于所述支架且位于所述托物座上方；
成像组件，其包括反射镜座和锥面反射镜，所述锥面反射镜设于所述反射镜座且位于所述托物座下方；
检测系统，其与所述相机连接；
其中，所述相机的光心线、所述托物座的中心轴线和所述锥面反射镜的圆锥中心轴线完全重合，待检测圆柱体内面在所述锥面反射镜内成像，所述相机将待检测圆柱体在所述锥面反射镜内所成的像拍摄并传输给检测系统，检测系统对待检测圆柱内面所成的像进行数据采集，并与待检测圆柱内面数据进行对比分析。
2.根据权利要求1所述的圆柱内面检测装置，其特征在于，设定所述相机的视野半径为F，锥面反射镜任意镜面与锥面反射镜的圆锥中心轴线的夹角为α；若待检测圆柱的内面高度为H，待检测圆柱的内面半径为R，待检测圆柱内面在锥面反射镜内成像被相机拍摄到的所成圆环的厚度/圆面的半径为r，则r＝2Hcosα≤F≤R，其中45°＜α＜90°。
3.根据权利要求2所述的圆柱内面检测装置，其特征在于，当所述r＝F时，所述待检测圆柱内面在所述锥面反射镜所成的像为圆面，圆面半径为r,r＝2Hcosα。
4.根据权利要求2所述的圆柱内面检测装置，其特征在于，当所述r＜F时，所述待检测圆柱内面在所述锥面反射镜所成的像为圆环，圆环外圆半径为F，圆环厚度为r,r＝2Hcosα，圆环内圆半径为F-r。
5.根据权利要求1-4任一项所述的圆柱内面检测装置，其特征在于，所述锥面反射镜顶部所在的圆面的直径小于待检测圆柱的内面半径。
6.利用上述任一项圆柱内面检测装置检测圆柱内面的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将待检测圆柱放置于托物座；
调整锥面反射镜，使相机的光心线、待检测圆柱及锥面反射镜的圆锥中心轴线完全重合；
调整托物座的高度，使待检测圆柱整个内面在锥面反射镜内成像，待检测圆柱内面在锥面反射镜内所成的像为圆环或圆面；
调整相机的视野，使相机视野刚好覆盖待检测圆柱的内面在锥面反射镜内所成的像；
相机对待检测圆柱内面在所述锥面反射镜内所成的像进行拍摄；
相机将所拍摄的图片传送到检测系统；
检测系统将相机拍摄的图像进行分析。
7.根据权利要求6所述的检测圆柱内面的方法，其特征在于，将待检测圆柱放置于托物座前，还包括以下步骤：
将待检测圆柱的内面的高度H和半径R输入检测系统；
检测系统根据圆柱内面的高度H和半径R的数据，将待检测圆柱内面展开生产第一长方形，第一长方形的长为2πR，高为H；以第一长方形其中一个顶点P0为原点，第一长方形上的任一点P的坐标为其中，0°≤n≤360°，0≤b≤1。
8.根据权利要求7所述的检测圆柱内面的方法，其特征在于，检测系统将相机拍摄的图像进行分析包括以下步骤：
检测系统根据相机拍摄的图片对所得图片的参数进行分析；
检测系统根据相机的视野半径F和相机拍摄图片的厚度r的数据，生产一个第二长方形；
以第二长方形与第一长方形上P0对应点为原点P0’，将图片上任一点P’与点P0’之间的圆弧长度作为横坐标值，点P’所在圆环/圆面的半径线段上的点的横坐标均为P’与点P0’的弧长；将该半径线段上的点与该半径线段在圆环内圆上的点(圆心)的距离设为纵坐标值，第二长方形上任一点P’的坐标为
检测系统检测第二长方形的内任一点的信息。
9.根据权利要求8所述的检测圆柱内面的方法，其特征在于，检测系统将相机拍摄的图像进行分析还包括以下步骤：
检测系统并将第二长方形内的点与第一长方形上的点一一对应，得出第一长方形的表面信息，进而得出圆柱内面的信息。
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