CN111336939A - 一种基于机器视觉的隔爆接合面间隙在线检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的隔爆接合面间隙在线检测方法及装置，基于利用互成角度的线光源结构和放大成像模组实现煤矿隔爆电气设备的隔爆接合面间隙的在线检测，替换了目前人工塞尺测量的方法，实现了隔爆间隙在线、实时、精准测量的创新。具体地，本发明可以实时得到检测装置与隔爆间隙表面的距离与焦距之间的比值，作为实时标定隔爆间隙宽度的方法，不使用固定的夹具测量采样，解决了固定夹具的角度和距离的束缚，使标校的同时可以进行测量，方便灵活。

Description

一种基于机器视觉的隔爆接合面间隙在线检测方法及装置
技术领域
本发明涉及煤矿井下防爆电气设备隔爆接合面参数与机器视觉间隙检测领域，具体涉及一种基于机器视觉的隔爆接合面间隙在线检测方法及装置。
背景技术
隔爆型设备是煤矿井下应用最为广泛的电气设备，其防爆原理是以隔爆接合面的间隙为基础。隔爆接合面的间隙宽度是煤矿现场进行防爆检查的重要工作内容。目前，隔爆设备接合面间隙的测量采用塞尺人工筛查的方法，检测方式落后，并且无法实时、在线得知的隔爆间隙的精确宽度信息。因此研究一种隔爆接合面间隙宽度的便携式在线检测技术及装备对于大批量矿用隔爆电气设备防爆检测提供了一种先进且行之有效的手段。
国内外对于间隙的测量有多种方法，总体上可以分为接触法和非接触法。探针法是目前接触法间隙测量的最常用方法，采用叶尖放电方式，即依靠电机使外加直流电压的探针沿径向移动，当探针移向叶尖至发生放电为止，探针的行程与初始安装间隙之差即叶尖间隙。这种方法需要探针极小，具有相应的弹性和硬度，并且探针容易受到异物及油渍的污染造成阻塞，不适合于井下隔爆间隙的测量；非接触式测量法主要包括光学测量、成像测量等。非接触法在实际应用中具有探头不磨损、无损检测等优势具有更高的应用价值。光学测量法在国外航空航天、汽车制造领域有了比较成熟的产品，例如英国的Gapgun激光间隙枪，德国米铱gapCONTROL系列轮廓扫描传感器，间隙分辨率可达20μm，这些产品主要是采用激光三角反射式原理，激光二极管发出的激线型光束被照射到被测物体表面。反射回来的光线通过一组透镜，投射到感光元件矩阵上，反射光线投射到感光元件矩阵上，反射光线的强度取决于被测物体的表面特性。但此方法需要固定夹具的辅助，测量时适用条件、工作环境要求苛刻，成本高，不适合煤矿井下隔爆间隙日常检查使用。
如何做到既不接触到被测物体表面，又能精确确定测量透镜到被测物的垂直距离，精确地测量间隙宽度，是亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于机器视觉的隔爆接合面间隙在线检测方法及装置，利用互成角度的线光源结构和放大成像模组实现煤矿隔爆电气设备的隔爆接合面间隙的在线检测，检测方式方便灵活，替换目前人工塞尺测量的方法，实现隔爆间隙在线、实时、精准测量的创新。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于机器视觉的隔爆接合面间隙在线检测方法，包括如下步骤：
S1、在待测间隙的上方设置两组线光源，各组线光源位于同一水平线上，且各组线光源发出的线型光束与所述水平线具有相同的夹角θ；两组线光源之间设置有凸透镜，所述凸透镜的中心与各组线光源位于同一水平线上；所述凸透镜的上方设有CCD成像模组；调节凸透镜的焦距F，使待测间隙的成像处于清晰状态；
S2、令各组线光源向待测间隙射出线型光束，所述线型光束与待测间隙位于同一平面上并相交，各组线光源在待测间隙上的入射点之间的间隔经凸透镜成像并由CCD成像模组进行图像采集；
S3、测量各组线光源在待测间隙上的入射点之间的间隔6的长度b；通过两组线光源之间的直线长度a、线型光束与所述水平线具有相同的夹角θ、测量得到的各组线光源在待测间隙上的入射点之间的间隔的长度b，计算得到线光源和凸透镜所在水平线到待测间隙的垂直距离L：
Figure BDA0002410804450000031
S4、计算垂直距离L与凸透镜的焦距F之间的比值，确定CCD成像模组上的成像放大倍数
Figure BDA0002410804450000032
S5、根据CCD成像模组获取的成像的宽度以及步骤S4中得到的CCD成像模组上的成像放大倍数计算得到待测间隙的实际宽度。
本发明还提供一种实施上述方法的装置，包括线光源、凸透镜、CCD成像模组、图像分析计算模块和电源，所述电源为线光源、CCD成像模组和图像分析计算模块供电；
所述线光源包括两组，各组线光源位于同一水平线上，并且各组线光源发出的线型光束与所述水平线具有相同的夹角；所述线光源用于向待测间隙发出线型光束，线型光束与待测间隙在同一平面上并相交；
所述凸透镜设置在两组线光源之间，其中心与线光源位于同一水平线上，用于供两组线光源在待测间隙上的入射点之间的间隔经过凸透镜成像；
CCD成像模组位于所述凸透镜的上方，用于两组线光源在待测间隙上的入射点之间的间隔经过凸透镜成像后进行图像采集；
图像分析计算模块通讯连接于所述CCD成像模组，用于：预存各组线光源之间的直线距离a、线光源发出的线型光束与所述水平线具有相同的夹角θ；实时获取和存储凸透镜的焦距；获取并保存测量得到的各组线光源在待测间隙上的入射点之间的间隔的长度b；通过两组线光源之间的直线长度a、线型光束与所述水平线具有相同的夹角θ、测量得到的各组线光源在待测间隙上的入射点之间的间隔的长度b，计算得到线光源和凸透镜所在水平线到待测间隙的垂直距离L；计算垂直距离L与凸透镜的焦距F之间的比值，确定CCD成像模组上的成像放大倍数；获取CCD成像模组采集得到的成像，通过图像分析得到成像中待测间隙的图像宽度，并结合CCD成像模组上的成像放大倍数计算得到待测间隙的实际宽度。
进一步地，所述装置还包括有外壳，所述CCD成像模组、图像分析计算模块和电源设于所述外壳内，所述凸透镜和线光源设于所述外壳的端面。
进一步地，所述CCD成像模组采用多线阵CCD成像模组。
进一步地，所述线光源采用红光光源。
进一步地，所述电源采用电池。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明利用互成角度的线光源结构和放大成像模组实现煤矿隔爆电气设备的隔爆接合面间隙的在线检测，替换了目前人工塞尺测量的方法，实现了隔爆间隙在线、实时、精准测量的创新；
(2)本发明中固定了一组互成角度的线光源组来测量与隔爆间隙表面距离的方法，此方法可以实时得到检测装置与隔爆间隙表面的距离与焦距之间的比值，因此可以作为实时标定隔爆间隙宽度的方法。此方法不使用固定的夹具测量采样，解决了固定夹具的角度和距离的束缚，使标校的同时可以进行测量，方便灵活。
附图说明
图1为本发明实施例1方法的实施示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
实施例1
本实施例提供一种基于机器视觉的隔爆接合面间隙在线检测方法，如图1所示，主要用于检测待测间隙的宽度，包括如下步骤：
S1、在待测间隙5的上方设置两组线光源1和2，各组线光源1和2位于同一水平线上，且各组线光源1和2发出的线型光束与所述水平线具有相同的夹角θ；两组线光源1和2之间设置有凸透镜4，所述凸透镜4的中心与各组线光源1和2位于同一水平线上；所述凸透镜4的上方设有CCD成像模组；调节凸透镜4的焦距F，使待测间隙5(本实施例中为防爆电气设备的隔爆接合面间隙)的成像处于清晰状态；
S2、令各组线光源1和2向待测间隙5射出线型光束，所述线型光束与待测间隙5位于同一平面上并相交，各组线光源在待测间隙上的入射点之间的间隔经凸透镜成像并由CCD成像模组进行同步图像采集；
S3、测量各组线光源1和2在待测间隙5上的入射点之间的间隔6的长度b；通过两组线光源1和2之间的直线长度a、线型光束与所述水平线具有相同的夹角θ、测量得到的各组线光源1和2在待测间隙5上的入射点之间的间隔6的长度b，计算得到线光源和凸透镜所在水平线到待测间隙5的垂直距离L：
Figure BDA0002410804450000061
S4、计算垂直距离L与凸透镜的焦距F之间的比值，确定CCD成像模组上的成像放大倍数
Figure BDA0002410804450000062
更具体地，设线光源一1和线光源二2在待测间隙5上的入射点之间的间隔6在经过凸透镜成像后，经过CCD成像模组同步图像采集得到成像7，设成像7的长度为B，根据成像原理可得：
Figure BDA0002410804450000071
而凸透镜的焦距F已知，可以求出在CCD成像模组上的成像放大倍数为
Figure BDA0002410804450000072
S5、根据CCD成像模组获取的成像7的宽度以及步骤S4中得到的CCD成像模组上的成像放大倍数计算得到待测间隙的实际宽度。
通过上述方法，可以对很微小的隔爆接合面间隙的宽度进行测量。为了提高测量精度，可以通过改变垂直距离L进行多次标定。
上述方法中，在采集测量图像时，可进行间隔长度b和间隙宽度信息的同时采集，通过实际测量间隔长度b的值，推算出垂直距离L，进而求得图像距离和实际距离的关系，并立刻计算出较微小的间隙的宽度值。
实施例2
本实施例提供一种实施例1所述方法的装置，如图1所示，包括线光源1和2、凸透镜4、CCD成像模组、图像分析计算模块和电源8，所述电源8为线光源、CCD成像模组和图像分析计算模块供电；
所述线光源包括两组，各组线光源1和2位于同一水平线上，并且各组线光源1和2发出的线型光束与所述水平线具有相同的夹角；所述线光源用于向待测间隙发出线型光束，线型光束与待测间隙在同一平面上并相交；
所述凸透镜4设置在两组线光源1和2之间，其中心与线光源位于同一水平线上，用于供两组线光源在待测间隙5上的入射点之间的间隔6经过凸透镜4成像；
CCD成像模组位于所述凸透镜4的上方，用于两组线光源在待测间隙5上的入射点之间的间隔6经过凸透镜4成像后进行图像采集；
图像分析计算模块通讯连接于所述CCD成像模组，用于：预存各组线光源1和2之间的直线距离a、线光源发出的线型光束与所述水平线具有相同的夹角θ；实时获取和存储凸透镜4的焦距；获取并保存测量得到的各组线光源1和2在待测间隙5上的入射点之间的间隔6的长度b；通过两组线光源1和2之间的直线长度a、线型光束与所述水平线具有相同的夹角θ、测量得到的各组线光源1和2在待测间隙5上的入射点之间的间隔6的长度b，计算得到线光源和凸透镜所在水平线到待测间隙5的垂直距离L；计算垂直距离L与凸透镜的焦距F之间的比值，确定CCD成像模组上的成像放大倍数；获取CCD成像模组采集得到的成像7，通过图像分析得到成像7中待测间隙的图像宽度，并结合CCD成像模组上的成像放大倍数计算得到待测间隙的实际宽度。
进一步地，所述装置还包括有外壳3，所述CCD成像模组、图像分析计算模块和电源8设于所述外壳3内，所述凸透镜和线光源设于所述外壳3的端面。
进一步地，所述CCD成像模组采用多线阵CCD成像模组。多线阵CCD成像模组可以提高图像采集效率,节省检测时间。
进一步地，本实施例中，所述线光源采用红光光源。但是对于特殊物体表面的光反射效率不同，可以采取不同波长的光进行测量，以提高成像的对比度和灰度识别效率。
进一步地，所述电源采用电池。
上述装置在检测时不需要使用固定的夹具，解决了固定夹具的角度和距离的束缚，使标校的同时可以进行测量，方便灵活。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于机器视觉的隔爆接合面间隙在线检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在待测间隙(5)的上方设置两组线光源，各组线光源位于同一水平线上，且各组线光源发出的线型光束与所述水平线具有相同的夹角θ；两组线光源之间设置有凸透镜(4)，所述凸透镜(4)的中心与各组线光源位于同一水平线上；所述凸透镜(4)的上方设有CCD成像模组；调节凸透镜(4)的焦距F，使待测间隙(5)的成像处于清晰状态；
S2、令各组线光源向待测间隙(5)射出线型光束，所述线型光束与待测间隙(5)位于同一平面上并相交，各组线光源在待测间隙上的入射点之间的间隔(6)经凸透镜(4)成像并由CCD成像模组进行图像采集；
S3、测量各组线光源在待测间隙(5)上的入射点之间的间隔6的长度b；通过两组线光源之间的直线长度a、线型光束与所述水平线具有相同的夹角θ、测量得到的各组线光源在待测间隙(5)上的入射点之间的间隔(6)的长度b，计算得到线光源和凸透镜所在水平线到待测间隙(5)的垂直距离L：
Figure FDA0002410804440000011
S4、计算垂直距离L与凸透镜的焦距F之间的比值，确定CCD成像模组上的成像放大倍数
Figure FDA0002410804440000012
S5、根据CCD成像模组获取的成像(7)的宽度以及步骤S4中得到的CCD成像模组上的成像放大倍数计算得到待测间隙的实际宽度。
2.一种实施权利要求1所述的方法的装置，其特征在于，包括线光源、凸透镜(4)、CCD成像模组、图像分析计算模块和电源(8)，所述电源(8)为线光源、CCD成像模组和图像分析计算模块供电；
所述线光源包括两组，各组线光源位于同一水平线上，并且各组线光源发出的线型光束与所述水平线具有相同的夹角；所述线光源用于向待测间隙发出线型光束，线型光束与待测间隙在同一平面上并相交；
所述凸透镜(4)设置在两组线光源之间，其中心与线光源位于同一水平线上，用于供两组线光源在待测间隙(5)上的入射点之间的间隔(6)经过凸透镜(4)成像；
CCD成像模组位于所述凸透镜(4)的上方，用于两组线光源在待测间隙(5)上的入射点之间的间隔(6)经过凸透镜(4)成像后进行图像采集；
图像分析计算模块通讯连接于所述CCD成像模组，用于：预存各组线光源之间的直线距离a、线光源发出的线型光束与所述水平线具有相同的夹角θ；实时获取和存储凸透镜(4)的焦距；获取并保存测量得到的各组线光源在待测间隙(5)上的入射点之间的间隔(6)的长度b；通过两组线光源之间的直线长度a、线型光束与所述水平线具有相同的夹角θ、测量得到的各组线光源在待测间隙(5)上的入射点之间的间隔(6)的长度b，计算得到线光源和凸透镜所在水平线到待测间隙(5)的垂直距离L；计算垂直距离L与凸透镜的焦距F之间的比值，确定CCD成像模组上的成像放大倍数；获取CCD成像模组采集得到的成像(7)，通过图像分析得到成像(7)中待测间隙的图像宽度，并结合CCD成像模组上的成像放大倍数计算得到待测间隙的实际宽度。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括有外壳(3)，所述CCD成像模组、图像分析计算模块和电源(8)设于所述外壳(3)内，所述凸透镜和线光源设于所述外壳(3)的端面。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述CCD成像模组采用多线阵CCD成像模组。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述线光源采用红光光源。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电源采用电池。
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