CN110487193A - 一种基于单目视觉的圆柱工件直径检测方法 - Google Patents

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白景漪
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Abstract

一种基于单目视觉的圆柱工件直径检测方法，通过摄像头拍摄待测圆柱工件与标准参照物，并且利用待测圆柱工件与标准参照物在图像中的比例与实际的几何关系进行相关的计算，得到了待测圆柱工件的直径值。本发明规避了对摄像头的标定以及测量时物距、光照等条件不同引起误差，同时利用运动方向相反的第一定位块和第二定位块实现对待测圆柱工件的快速定位，避免了定位费时、困难的问题，最终达到检测精度高，检测操作简单、便捷的目的。

Description

一种基于单目视觉的圆柱工件直径检测方法
技术领域
本发明涉及检验设备领域，尤其涉及一种基于单目视觉的圆柱工件直径检测方法。
背景技术
质检是检验工件是否合格的一道工序，快速质检更可以提高生产的效率。如今对于圆柱形工件的测量大都采用游标卡尺及千分尺，虽然精度较高但测量规格都局限于较小制件，对大小不一的圆柱工件则需要多组量具，给测量带来很大的不便。随着机器视觉的快速发展，运用机器视觉进行工件尺寸的测量得到广泛的应用。目前通过单目视觉测量直径大部分需要知道被测物体圆心到镜头之间距离，夹持装置通常在圆柱两段使用顶针，该方法会损伤被测工件，并且不适用于大型工件和空心管材制品的夹持。
公开号为CN 104359414 A的专利，公开了一种“圆柱型物体直径尺寸视觉测量方法”。其根据映射关系结合摄像机光心参数等提出一种计算方法，从而实现圆柱工件的快速测量。该测量方法中使用到相机光心参数，相机厂商对于光心参数的精度往往不能保证，不能规避相机由于相机光心产生的精度误差。
公开号为CN 208187375 U的专利，公开了“一种辊筒直径测量与精度检测装置”，该装置通过非接触柱面的方式实现了直径以及圆度和圆柱度的测量，因辊筒直径不同，提出辊筒轴心与相机中心不同的3种位置关系。驱动电机调整相机位置使相机中心线与被测辊筒轴心的水平距离等于辊筒直径，定位过程较为复杂，不适用于快速测量。
上述通过机器视觉测量工件尺寸的方法，通常需要对相机提前进行标定，得到像素值与实际长度之间关系；且多次得到的照片中存在物距、光照等条件不同也会引起误差；此外，检测时工件与相机的位置对测量精度有着直接的影响，所以，驱动电机调整相机位置将会引入更多的因素造成精度误差。
为解决上述问题，本申请中提出一种基于单目视觉的圆柱工件直径检测方法。
发明内容
(一)发明目的
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种基于单目视觉的圆柱工件直径检测方法。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种基于单目视觉的圆柱工件直径检测方法，方法步骤包括：
S1、获得本方法所需的组件；组件包括摄像头、第一定位块、待测圆柱工件、底座、第二定位块、螺旋轴和标准参照物；
S2、对组件进行安装：在底座上设置安装槽；螺旋轴的两端设置有反向的螺纹；将第一定位块和第二定位块通过螺纹连接的方式对称安装在螺旋轴的两端，之后将装配好的螺旋轴安装在底座的安装槽中；
S3、将摄像头设置在底座的上方，并固定在合适的高度，根据摄像头的位置，得到摄像头与底座的距离H；
S4、将标准参照物和待测圆柱工件放置在底座上；待测圆柱工件的一端放置在第一定位块和第二定位块之间；转动螺旋轴，第一定位块和第二定位块做关于螺旋轴中点对称的运动，并最终夹持待测圆柱工件的两侧，使得摄像头和待测圆柱工件纵向轴线所构平面与底座垂直；
S5、标准参照物的宽度记为X2，待测圆柱工件在底座的点投影宽度记为X1；
S6、利用摄像头拍摄照片，并对得到的图像进行处理；
S7、待测圆柱工件在摄像头的成像面投影记为S1，标准参照物在摄像头的成像面投影记为S2；
S8、计算得到待测圆柱工件宽度所占像素点个数C1、标准参照物宽度所占像素点个数C2以及C1和C2的比值K；
S9、根据解得X1大小；
S10、根据光学原理，得到计算待测圆柱工件的半径R。
优选的，螺旋轴的一端设置有把手。
优选的，螺旋轴的两端螺纹除旋向外，其它参数完全相同。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明通过摄像头拍摄待测圆柱工件与标准参照物，并且利用待测圆柱工件与标准参照物在图像中的比例与实际的几何关系进行相关的计算，得到了待测圆柱工件的直径值，规避了对摄像头的标定以及测量时物距、光照等条件不同引起误差，同时利用运动方向相反的第一定位块和第二定位块实现对待测圆柱工件的快速定位，避免了定位费时、困难的问题，最终达到检测精度高，检测操作简单、便捷的目的。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于单目视觉的圆柱工件直径检测方法的光学原理示意图。
图2为本发明提出的一种基于单目视觉的圆柱工件直径检测方法中所有组件的安装结构示意图。
图3为本发明提出的一种基于单目视觉的圆柱工件直径检测方法中螺旋轴的结构示意图。
附图标记：1、摄像头；2、第一定位块；3、待测圆柱工件；4、底座；5、第二定位块；6、螺旋轴；7、把手；8、标准参照物。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1-3所示，本发明提出的一种基于单目视觉的圆柱工件直径检测方法，方法步骤包括：
S1、获得本方法所需的组件；组件包括摄像头1、第一定位块2、待测圆柱工件3、底座4、第二定位块5、螺旋轴6和标准参照物8；
S2、对组件进行安装：在底座4上设置安装槽；螺旋轴6的两端设置有反向的螺纹；将第一定位块2和第二定位块5通过螺纹连接的方式对称安装在螺旋轴6的两端，之后将装配好的螺旋轴6安装在底座4的安装槽中；
S3、将摄像头1设置在底座4的上方，并固定在合适的高度，根据摄像头1的位置，得到摄像头1与底座4的距离H；
S4、将标准参照物8和待测圆柱工件3放置在底座4上；待测圆柱工件3的一端放置在第一定位块2和第二定位块5之间；转动螺旋轴6，第一定位块2和第二定位块5做关于螺旋轴6中点对称的运动，并最终夹持待测圆柱工件3的两侧，使得摄像头1和待测圆柱工件3纵向轴线所构平面与底座4垂直；
S5、标准参照物8的宽度记为X2，待测圆柱工件3在底座4的点投影宽度记为X1；
S6、利用摄像头1拍摄照片，并对得到的图像进行处理；
S7、待测圆柱工件3在摄像头1的成像面投影记为S1，标准参照物8在摄像头1的成像面投影记为S2；
S8、计算得到待测圆柱工件3宽度所占像素点个数C1、标准参照物8宽度所占像素点个数C2以及C1和C2的比值K；
S9、根据解得X1大小；
S10、根据图1所示，根据反三角函数以及高度H满足OC+OB，可得:最终解得待测圆柱工件3半径R，
在一个可选的实施例中，螺旋轴6的一端设置有把手7。
在一个可选的实施例中，螺旋轴6的两端螺纹除旋向外，其它参数完全相同。
采用上述方法对两个圆柱工件直径进行检测，得的数据结果如表1和表2所示：
真实值(mm) 测量值(mm) 误差(％)
33.25 33.3176 0.203
表1
真实值(mm) 测量值(mm) 误差(％)
24.10 24.0518 0.200
表2
结合表1和表2可知，本发明通过摄像头1拍摄待测圆柱工件3与标准参照物8，并且利用待测圆柱工件3与标准参照物8在图像中的比例与实际的几何关系进行相关的计算，得到了待测圆柱工件3的直径值，规避了对摄像头1的标定以及测量时物距、光照等条件不同引起误差，同时利用运动方向相反的第一定位块2和第二定位块5实现对待测圆柱工件3的快速定位，避免了定位费时、困难的问题，最终达到检测精度高，检测操作简单、便捷的目的。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (3)

1.一种基于单目视觉的圆柱工件直径检测方法，其特征在于，方法步骤包括：
S1、获得本方法所需的组件；组件包括摄像头(1)、第一定位块(2)、待测圆柱工件(3)、底座(4)、第二定位块(5)、螺旋轴(6)和标准参照物(8)；
S2、对组件进行安装：在底座(4)上设置安装槽；螺旋轴(6)的两端设置有反向的螺纹；将第一定位块(2)和第二定位块(5)通过螺纹连接的方式对称安装在螺旋轴(6)的两端，之后将装配好的螺旋轴(6)安装在底座(4)的安装槽中；
S3、将摄像头(1)设置在底座(4)的上方，并固定在合适的高度，根据摄像头(1)的位置，得到摄像头(1)与底座(4)的距离H；
S4、将标准参照物(8)和待测圆柱工件(3)放置在底座(4)上；待测圆柱工件(3)的一端放置在第一定位块(2)和第二定位块(5)之间；转动螺旋轴(6)，第一定位块(2)和第二定位块(5)做关于螺旋轴(6)中点对称的运动，并最终夹持待测圆柱工件(3)的两侧，使得摄像头(1)和待测圆柱工件(3)纵向轴线所构平面与底座(4)垂直；
S5、标准参照物(8)的宽度记为X2，待测圆柱工件(3)在底座(4)的点投影宽度记为X1；
S6、利用摄像头(1)拍摄照片，并对得到的图像进行处理；
S7、待测圆柱工件(3)在摄像头(1)的成像面投影记为S1，标准参照物(8)在摄像头(1)的成像面投影记为S2；
S8、计算得到待测圆柱工件(3)宽度所占像素点个数C1、标准参照物(8)宽度所占像素点个数C2以及C1和C2的比值K；
S9、根据解得X1大小；
S10、根据光学原理，得到计算待测圆柱工件(3)的半径R。
2.根据权利要求1所述的一种基于单目视觉的圆柱工件直径检测方法，其特征在于，螺旋轴(6)的一端设置有把手(7)。
3.根据权利要求1所述的一种基于单目视觉的圆柱工件直径检测方法，其特征在于，螺旋轴(6)的两端螺纹除旋向外，其它参数完全相同。
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