CN113048957A - 一种基于视觉的激光投线仪精度快速检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于视觉的激光投线仪精度快速检测系统，包括标准激光投线仪、待检测激光投线仪和设备支持框架，使用多个小支架构成，方便灵活调整。每一条激光线对应三个支架平行，三个支架大致放在同一直线上，并且每个支架配备一台摄像头和一个玻璃片，在玻璃片靠近摄像头侧放置刻度纸，将激光线从另一侧投射到玻璃片上，透过玻璃片显示在刻度纸上。利用摄像头拍摄的结果，使用USB直接传输至电脑端进行图像的处理，得到激光投线仪的精度指标。本发明通过更加合理的设置检测结构，避免了拍摄图片的畸变，并利用机器视觉检测技术获取激光线和刻度线的位置信息，可以降低检测成本，减少了激光对人眼的损伤也避免了检测过程中的人为误差。

Description

一种基于视觉的激光投线仪精度快速检测系统

技术领域

本发明涉及一种检测系统，具体涉及一种基于视觉的激光投线仪精度快速检测系统，属于机器视觉、智能系统技术领域。

背景技术

激光投线仪又称为激光标线仪，激光水准仪等，是一种新型非接触式的标线测量仪器。这种仪器使用方便，成本低廉，是用于基准线标定的精密测量仪器。其工作原理是采用半导体激光二极管发射波长为635nm的激光，再穿透柱透镜或是玻璃棒，从而投射出红色的水平激光线和竖直激光线，用于基准标定。近几年市场上还出现了一些绿光和蓝光的激光投线仪，取得了不错的效果。

经过精度检测的激光投线仪在使用时达到安平状态后，可以投射出误差范围内的水平激光线和竖直激光线。不同类型的激光投线仪投射出的水平线和竖直线的数量不同，有的只能投射出一条水平激光线和一条竖直激光线，属于1V1H，而最多的能投射4条水平激光线和4条竖直激光线，属于4V4H。2条及以上的竖直激光线会在天顶处有一个交点，也就是天顶点。

激光投线仪需要进行检测的精度指标主要有激光线的直线度、正交精度、天顶点精度以及激光线宽等，以保证出厂产品符合业内标准。由于传统的检测方法是将激光线打在基准标靶上，然后通过监控系统将画面传输到检测人员面前的显示器，由人眼进行判断，这种方法成本较高，对人眼造成一定的伤害，还会引入人为误差。

目前与本发明最接近的技术是基于多线阵CCD的激光投线仪数字化检测装置和基于平行光管的激光投线仪数字化检测装置。基于多线阵CCD的激光投线仪数字化检测装置通过设置立体墙面、线阵CCD检测器、面阵CCD检测器、串口HUB和上位机进行检测。该项技术主要存在以下两个问题：第一是对于多条水平激光线和竖直激光线的激光投线仪，要通过多次转动才能检测得到全部精度指标；第二是该技术的所有CCD都固定在墙上，不利于系统更换位置。基于平行光管的激光投线仪数字化检测装置通过校准平台和8根采样管构成，采样管由相机、镜头部分和平行光管部分组成，通过将图像借助USB传输到上位机，在上位机检测各个激光线的角度得到检测结果。该项技术主要存在以下两个问题：第一是所需的平行光管数量较多，装置成本较高；第二是校准的平台是固定的，且体积庞大，不利于系统的安装和移动。因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种基于视觉的激光投线仪精度快速检测系统，该技术方案通过机器视觉检测技术，解决传统精度检测方法中存在的问题，提高生产企业的效率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种基于视觉的激光投线仪精度快速检测系统，所述检测系统包括待检测激光投线仪或标准激光投线仪、水平支架组和竖直支架组，标准激光投线仪或待测激光仪通过自身支架固定，可自由调节高低将投射出的激光线投射到正前方的水平支架组和竖直支架组的玻璃片上；水平支架组和竖直支架组均设置在激光投线仪的正前方，其中水平支架组包括三个小支架，三个小支架通过水平平台固定，竖直支架组包括三个小支架，三个小支架通过竖直平台固定；其中水平支架组和竖直支架组上的每个小支架上都配置一个玻璃片，在玻璃片后方设有一个摄像头，玻璃片靠近摄像头一侧放置一张刻度尺，将激光仪从另一侧投射激光线至玻璃片上，用摄像头获取透过玻璃片投影至刻度尺上的图像；每个摄像头都连接至电脑端，在电脑端直接通过图像的处理得到激光投线仪的精度标准。该技术方案通过更加合理的设置检测结构，避免了拍摄图片的畸变，并利用机器视觉检测技术获取激光线和刻度线的位置信息，可以降低检测成本，减少了激光对人眼的损伤也避免了检测过程中的人为误差，并且系统结构简单，方便装配且更加灵活，稳定性良好，能够满足各项精度指标的要求。

作为本发明的一种改进，所述水平支架组和竖直支架组上的支架放置在激光投线仪的正前方1m位置处，支架上放置的玻璃片长10-20cm，宽5-10厘米，刻度尺的刻度长为2-4厘米，使得拍摄的刻度线刚好占据整个画面，充分利用了摄像机拍摄的画面信息。

作为本发明的一种改进，所述刻度尺都有两条边缘线、一条中线和若干条短刻度线，两条边缘线和中线长5cm，每个短刻度线长5mm，每个端刻度线的距离为1mm。水平支架组的3个支架在同一条水平线上，竖直支架组的3个支架在同一个竖直线上，分别对水平线和竖直线进行测量。

作为本发明的一种改进，所述摄像头放置在支架的玻璃片的后15-25cm位置处，这样的放置方式可以避免摄像头和激光线在玻璃片同侧时的光线遮挡和拍摄的图片畸变问题。

基于视觉的激光投线仪精度快速检测系统的获取激光投线仪精度指标的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：在只含刻度板的图像中进行阈值分割，提取刻度线位置；

步骤2：将包括激光线和刻度线的图像与只含刻度板图像做差，从做差后的图像提取水平与竖直激光线位置和两条激光线的交点位置；

步骤3：基于激光线的位置及与刻度线之间的距离信息计算激光投线仪的精度指标。

作为本发明的一种改进，上述步骤中，从只含刻度线的图像提取刻度线位置和做差后的图像提取激光线位置，包括：将得到的两张图分别作灰度化操作，进行阈值分割时选择的阈值方法为三角法阈值分割，得到的阈值分割效果最好。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，1)该技术方案设计巧妙，系统装配方便、简洁，能够避免摄像头和激光线在同侧遮挡问题，并且正面拍摄图片防止了拍摄图片畸变问题。系统安装完成后非常稳定，可以实现激光投线仪大部分精度指标的检测；2)本发明通过安装在水平线、竖直线方向的6个摄像头，采集激光线投射在刻度尺上的图像，通过机器视觉检测技术获取标准激光线、待测激光线、刻度线和直线交点的位置信息，避免了检测过程中的人为误差和对人眼的伤害，完全可以满足各项精度指标的要求；3)本发明使用2个支架组的6个小支架进行设备的固定，方便移动、拆卸，并且能够灵活调整各个支架之间的距离，使得操作更加简洁。4)本发明在首次进行支架安装后，只需要对标准激光线测量一次，后期使用就不用再标定标准刻度尺，成本低廉、稳定性好、精度高，可以提高检测效率，降低生产成本，保证产品合格率。

附图说明

图1是本发明实施例的俯视图。

图2是本发明实施例的水平支架的正视图。

图3是本发明实施例的刻度尺示意图。

图4是本发明实施例的系统结构水平线检测示意图。

图中，1-待检测激光投线仪或标准激光投线仪，2-水平支架组，3-摄像头，4-玻璃片，5-刻度尺，6-竖直支架组。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：参见图1—4所示，本发明实施例公开的一种基于视觉的激光投线仪精度快速检测系统，包括待检测激光投线仪或标准激光投线仪1、水平支架组2和竖直支架组6。标准激光投线仪或待测激光仪1通过自身支架固定，可自由调节高低将投射出的激光线投射到正前方的水平支架组2和竖直支架组6的玻璃片4上；激光投线仪1的正前方1m处是水平支架组2和竖直支架组6，在支架上固定的玻璃片4一侧放置刻度尺5；每个玻璃片4上的刻度尺5是1mm为单位的刻度标注，通过测量标准激光投线仪的激光线位置确定标准刻度值；每一个刻度尺5的前15-25cm位置处，都有一个摄像头3固定在支架上，用于获取图像；水平支架组2上的三个刻度尺上的水平线大致在同一条水平线上，竖直支架组的三个刻度板上的竖直线大致在同一条竖直线上。激光仪与水平支架组2和竖直支架组6的距离、水平支架组2各个支架间的距离和竖直支架组6各个支架间的距离可以根据实际情况调节，能便于图像处理和满足测量精度即可。每个摄像头3通过USB接口直接连接至电脑端，不需要通过其他方法进行数据传输，操作方便快捷。

本发明实施例的自动检测系统的工作原理为：

整套系统组装完成以后，利用6台摄像机拍摄激光线透过玻璃片，在另一侧投射到刻度尺上的图片，通过USB接口直接传输给电脑端实现对图像的采集。在电脑端开发了图像处理算法，采集的图像进行预处理、直线提取和点提取，得到刻度尺的信息、激光线的刻度值以及水平激光线和竖直激光线的交点信息，通过这些信息计算得到激光投线仪的各项精度指标。例如，通过激光投线仪的水平支架组检测得到水平激光线的直线度和线宽等指标的检测。或者结合水平支架组和竖直支架组拍摄的到的信息组合，得到水平激光线的中点是否和水平、竖直两条激光线的交点重合。

将获取到的激光线投射在刻度尺上的图像通过USB接口上传到电脑端，再由电脑端进行图像处理，其主要分为以下几步：

1)在只含刻度板的图像中进行阈值分割，提取刻度线位置；

2)将激光线和刻度线的图像同只含刻度板图像做差，减去背景；

3)将做差后的图像从RGB色彩图转化为灰度图，对图片进行中值滤波，再通过阈值分割，提取激光线位置；

4)将做差后的图像从RGB色彩图转化为灰度图，提取图片中灰度值最高的1/100的点，将其坐标取平均可以得到激光线中点的坐标。

5)通过计算得到激光线与刻度线之间的距离，计算激光投线仪的精度指标、以及水平激光线和竖直激光线的交点坐标。其中精度指标主要包括激光直线度、激光线宽等。其中，水平激光线的直线度的计算方法是：计算水平支架组三个摄像头对应的激光线刻度值V1、V2、V3，则水平激光线的直线度E＝|(V1–V2)–(V2–V3)|。竖直激光线的直线度计算类似。激光线宽的计算方法是：计算各个刻度尺上激光线与刻度线交点处的激光线宽，选取最大的激光线宽作为精度标准。

本发明实施例的自动检测系统中，可以使用USB摄像头，只需要摄像头能够支持调焦和光圈调节，可以在20cm位置处获得很好的拍摄效果，并且摄像头拍摄的图片不会出现畸变现象即可。摄像头可以直接通过USB接口传输图片，将摄像头和电脑端直接连接，就能将采集到的图片在电脑端进行处理。电脑端需要搭载Windows7操作系统，提供网线和USB接口。

本发明可以实现对1V1H-4V4H各种类型的激光投线仪的精度指标检测，在每次启动程序进行检测前，直接启动电脑端的windows程序，通过接口连接情况判断连接的摄像头是否连接成功。将激光投线仪安放好后，投射激光线到刻度线附近，工作人员在电脑端下达图像获取命令，等待图像获取并传输到电脑端。图像传输完成以后，就可以在电脑端通过图像处理算法开始检测，得到激光投线仪的各项精度指标是否合格。检测结果可以选择保存到数据库。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (6)

1.一种基于视觉的激光投线仪精度快速检测系统，其特征在于，所述检测系统包括包括待检测激光投线仪或标准激光投线仪(1)、水平支架组(2)和竖直支架组(6)，标准激光投线仪或待测激光仪(1)通过自身支架固定，

水平支架组(2)和竖直支架组(6)均设置在激光投线仪(1)的正前方，

其中水平支架组(2)包括三个小支架，三个小支架通过水平平台固定，竖直支架组(6)包括三个小支架，三个小支架通过竖直平台固定；

其中水平支架组(2)和竖直支架组(6)的每个小支架上都配置一个玻璃片，在玻璃片后方设有一个摄像头，玻璃片靠近摄像头一侧放置一张刻度尺，将激光仪从另一侧投射激光线至玻璃片上，用摄像头获取透过玻璃片投影至刻度尺上的图像；每个摄像头都连接至电脑端，在电脑端直接通过图像的处理得到激光投线仪的精度标准。

2.根据权利要求1所述的基于视觉的激光投线仪精度快速检测系统，其特征在于，所述水平支架组(2)和竖直支架组(6)的支架放置在激光投线仪的正前方1m位置处，支架上放置的玻璃片长10-20cm，宽5-10厘米，刻度尺的刻度长为2-5厘米，使得拍摄的刻度线刚好占据整个画面，充分利用了摄像机拍摄的画面信息。

3.根据权利要求1所述的基于视觉的激光投线仪精度快速检测系统，其特征在于，所述刻度尺都有两条边缘线、一条中线和若干条短刻度线，两条边缘线和中线长5cm，每个短刻度线长5mm，每个端刻度线的距离为1mm,水平支架组(2)的3个支架在同一条水平线上，竖直支架组(6)的3个支架在同一个竖直线上，分别对水平线和竖直线进行测量。

4.根据权利要求1所述的基于视觉的激光投线仪精度快速检测系统，其特征在于，所述摄像头放置在支架玻璃片的后方15-25cm位置处。

5.采用权利要求1-4任意一项基于视觉的激光投线仪精度快速检测系统的获取激光投线仪精度指标的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：在只含刻度板的图像中进行阈值分割，提取刻度线位置；

步骤2：将包括激光线和刻度线的图像与只含刻度板图像做差，从做差后的图像提取水平与竖直激光线位置和两条激光线的交点位置；

步骤3：基于激光线的位置及与刻度线之间的距离信息计算激光投线仪的精度指标。

6.根据权利要求5所述的获取激光投线仪精度指标的方法，其特征在于，上述步骤中，从只含刻度线的图像提取刻度线位置和做差后的图像提取激光线位置，包括：将得到的两张图分别作灰度化操作，进行阈值分割时选择的阈值方法为三角法阈值分割，得到的阈值分割效果最好。

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