CN113074635B - 一种标定螺栓及利用该标定螺栓检测螺栓松脱的方法 - Google Patents

一种标定螺栓及利用该标定螺栓检测螺栓松脱的方法 Download PDF

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Abstract

一种标定螺栓及利用该标定螺栓检测螺栓松脱的方法，属于螺栓标定技术领域，本发明解决了现有的对螺栓进行松脱检测时，因景深的不同和棋盘格标定板的厚度和尺寸限制，无法对各个位置进行准确标定的问题。一种标定螺栓，它包括头部及杆部，头部的顶面及侧面均加工有表面标定纹理，表面标定纹理的图案为黑白间隔布置的棋盘格。一种利用上述标定螺栓检测螺栓松脱的方法，它包括如下步骤：步骤一、选择标定螺栓及面阵相机待用：步骤二、对标定螺栓进行测量；步骤三、实际测量。使用标定螺栓来标定相机，可精确的计算出不同高度处像素和尺寸的对应关系，在进行实际检测时，可方便、准确、快捷、低成本的测量出螺栓是否松脱以及脱出的长度。

Description

一种标定螺栓及利用该标定螺栓检测螺栓松脱的方法
技术领域
本发明涉及一种标定螺栓及利用该标定螺栓检测螺栓松脱的方法，属于螺栓标定技术领域。
背景技术
在针对铁路列车或者其他设备的视觉检测中，多数检测要针对螺栓是否松脱进行检测，也需要对螺栓松脱尺寸或者螺栓的尺寸进行测量。目前进行尺寸检测的相机多为能获取点云图的双目相机和具有深度图的3D相机，这两种相机的价格昂贵，而且使用时受到扫描速度的影响，也容易出现噪点。利用面阵相机和线扫描相机进行螺栓松脱检测和尺寸测量时，需要利用棋盘格标定板等工具进行尺寸标定，但是因为景深的不同和棋盘格标定板的厚度和尺寸限制，无法对各个位置进行比较准确的标定。
发明内容
本发明是为了解决上述技术问题，进而提供了一种标定螺栓及利用该标定螺栓检测螺栓松脱的方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种标定螺栓，它包括头部及杆部，头部的顶面及侧面均加工有表面标定纹理，表面标定纹理的图案为黑白间隔布置的棋盘格。
进一步地，头部的顶面及侧面均经喷砂处理或氧化处理。
进一步地，表面标定纹理上的每个黑格或每个白格的尺寸均相等，其中每个格的尺寸最大为5mm×5mm。
进一步地，每个格的像素个数均大于10个。
一种利用上述标定螺栓检测螺栓松脱的方法，它包括如下步骤：
步骤一、选择标定螺栓及面阵相机待用：
所选取的标定螺栓与待测螺栓同型号且同尺寸，面阵相机的像素与标定螺栓上的棋盘格中的每个格的尺寸相匹配；
步骤二、对标定螺栓进行测量：
首先将位于不同水平面的两个待测螺栓拆下，替换为相同规格的标定螺栓，然后，利用面阵相机进行拍照，利用照片上的棋盘格对标定螺栓进行标定，记录棋盘格上每个格对应的像素个数，用来计算实际相机拍出来的照片上的螺栓的尺寸，并基于每个格对应的像素个数确定标定螺栓的长度对应的像素个数；
步骤三、实际测量：
将两个标定螺栓替换为实际安装用的螺栓，即待测螺栓；利用相机对待测螺栓进行拍照，照片上的待测螺栓边缘包含的像素数如果和标定螺栓的像素数一致，则待测螺栓位置及松紧情况正常；如果照片上的待测螺栓对应的像素少，说明尺寸有缺失；如果对应的像素数多了，说明待测螺栓实物离相机更近了，说明待测螺栓有松动。
进一步地，步骤二中的对标定螺栓进行测量的方法具体为：
标定螺栓上每个格的长度为a，标定螺栓的边缘轮廓线的长度为L1，两个标定螺栓的顶面分别为A面及B面，A面与B面之间的高度差为H，其中a、L1、H的单位均为mm；
在A平面：
对A平面标定图进行阈值分割，选取图像中的任一小方格作为目标，分别计算其水平与竖直方向的像素个数，水平与竖直方向的像素个数均为m，则A平面每毫米对应的像素个数为m/a，A平面上标定螺栓的长度对应的像素个数为L1*m/a个；
在B平面：
对B平面标定图进行阈值分割，并按照与A平面相同的方法计算出B平面上任一小方格每个边的像素个数n，则B平面每毫米对应的像素个数为n/a，B平面上标定螺栓的长度对应的像素个数为L1*n/a；
像素在高度方向上每一毫米变化的像素个数为(m/a-n/a)/H＝(m-n)/aH；
高度方向上每个像素对应的尺寸变化为：aH/(m-n)。
进一步地，步骤三中，实际测量的方法具体为：
利用步骤二中标定好的相机对待测螺栓进行拍照，首先对该图像使用canny边缘检测方法获取螺栓边缘轮廓线，若轮廓不完整，对边缘轮廓线进行六边形拟合，然后求取拟合后边缘像素个数X；
对A平面所在螺栓进行检测时，比较X与L1*m/a的大小，如果相同，则螺栓位置正常，如果X大于L1*m/a，则说明螺栓脱出，而螺栓脱出的尺寸为：
(X-L1*m/a)*ah/(m-n)；
对B平面所在螺栓的检测时，比较X与L1*n/a的大小，如果相同，则螺栓位置正常，如果X大于L1*n/a，则说明螺栓脱出，而螺栓脱出的尺寸为：
(X-L1*n/a)*ah/(m-n)。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
因标定螺栓与待测螺栓安装位置一致，没有标定板厚度和尺寸的影响，保证标定位置正好是需要检测的位置，因此检测结果误差更小，准确性更高，即检测精度更高，检测更方便且标定成本大大降低。
使用特定的标定螺栓来标定相机，可精确的计算出不同高度处像素和尺寸的对应关系，在进行实际检测时，可方便、准确、快捷、低成本的测量出螺栓是否松脱以及脱出的长度。
附图说明
图1为标定过程中的主视示意图；
图2为标定过程中的立体示意图；
图3为标定螺栓的立体结构示意图；
图4为标定螺栓的俯视示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请公开的各个实施例之间或实施例包括的特征之间可以相互组合。
具体实施方式一：结合图3说明本实施方式，一种标定螺栓，它包括头部11及杆部12，头部11的顶面及侧面均加工有表面标定纹理，表面标定纹理的图案为黑白间隔布置的棋盘格。如此设计，标定螺栓1上的表面标定纹理可以利用激光打标等技术进行加工。标定螺栓1可以为各种规格型号的螺栓，包括但不限于外六角螺栓、内六角螺栓。标定螺栓1的尺寸规格同国标同型号螺栓。材质可以为不锈钢、铝合金或其它金属。棋盘格中每个格的长及宽均相同。
具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，头部11的顶面及侧面均经喷砂处理或氧化处理。当标定螺栓1为不锈钢材质时，表面做喷砂处理；当为铝合金材质时，表面做氧化处理。如此设计，以使得金属表面不会形成镜面反射。其它组成与连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图3及图4说明本实施方式，表面标定纹理上的每个黑格或每个白格的尺寸均相等，其中每个格的尺寸最大为5mm×5mm。如此设计，利用棋盘格可计算空间尺寸，算出螺栓脱出高度。其它组成与连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图3及图4说明本实施方式，每个格的像素个数均大于10个。如此设计，防止因像素个数过少而出现测不出来的现象，进而保证检测结果的准确性。其它组成与连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1～4说明本实施方式，一种利用上述标定螺栓检测螺栓松脱的方法，它包括如下步骤：
步骤一、选择标定螺栓1及面阵相机2待用：
所选取的标定螺栓1与待测螺栓同型号且同尺寸，面阵相机2的像素与标定螺栓1上的棋盘格中的每个格的尺寸相匹配；面阵相机2还可以为线扫描相机。
步骤二、对标定螺栓进行测量(即对待测螺栓的位置进行标定)：
首先将位于不同水平面的两个待测螺栓拆下，替换为相同规格的标定螺栓1(保证拍照距离和标定距离相同，提高标定精度。选取不同水平面的两个待测螺栓，能够标定出不同景深处、相同尺寸对应的像素数)，然后，利用面阵相机2进行拍照，利用照片上的棋盘格对标定螺栓1进行标定，记录棋盘格上每个格对应的像素个数，用来计算实际相机2拍出来的照片上的螺栓的尺寸，并基于每个格对应的像素个数确定标定螺栓1的长度对应的像素个数；
步骤三、实际测量：
将两个标定螺栓1替换为实际安装用的螺栓，即待测螺栓；利用相机2对待测螺栓进行拍照，照片上的待测螺栓边缘包含的像素数如果和标定螺栓1的像素数一致，则待测螺栓位置及松紧情况正常；如果照片上的待测螺栓对应的像素少，说明尺寸有缺失；如果对应的像素数多了，说明待测螺栓实物离相机2更近了，说明待测螺栓有松动。本申请的检测方法，与现有技术相比，方便快捷，准确性高。在标定时，直接将待测螺栓替换为标定螺栓1即可，无须标定板及安装架；并且，因标定螺栓1与待测螺栓安装位置一致，没有标定板厚度和尺寸的影响，保证标定位置正好是需要检测的位置，因此检测结果误差更小，准确性更高，即检测精度更高，检测更方便且标定成本大大降低。
使用特定的标定螺栓1来标定相机2，可精确的计算出不同高度处像素和尺寸的对应关系，在进行实际检测时，结合可方便、准确、快捷、低成本的测量出螺栓是否松脱，以及脱出的长度。其它组成与连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图1～4说明本实施方式，步骤二中的对标定螺栓进行测量的方法具体为：
标定螺栓1上每个格的长度为a，标定螺栓1的边缘轮廓线的长度为L1，两个标定螺栓1的顶面分别为A面及B面，A面与B面之间的高度差为H，其中a、L1、H的单位均为mm；L1及H均通过卡尺测量即可。
在A平面：
对A平面标定图进行阈值分割(所述标定图即为相机所拍摄出的棋盘格图像)，选取图像中的任一小方格作为目标(优选为白色小方格)，分别计算其水平与竖直方向的像素个数，水平与竖直方向的像素个数均为m，则A平面每毫米对应的像素个数为m/a，A平面上标定螺栓1的长度对应的像素个数为L1*m/a个；
在B平面：
对B平面标定图进行阈值分割，并按照与A平面相同的方法计算出B平面上任一小方格每个边的像素个数n，则B平面每毫米对应的像素个数为n/a，B平面上标定螺栓1的长度对应的像素个数为L1*n/a；
像素在高度方向上每一毫米变化的像素个数为(m/a-n/a)/H＝(m-n)/aH；
高度方向上每个像素对应的尺寸变化为：aH/(m-n)。其它组成与连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：结合图1～4说明本实施方式，步骤三中，实际测量的方法具体为：
利用步骤二中标定好的相机2对待测螺栓进行拍照，首先对该图像使用canny边缘检测方法获取螺栓边缘轮廓线，若轮廓不完整，对边缘轮廓线进行六边形拟合，然后求取拟合后边缘像素个数X；
对A平面所在螺栓进行检测时，比较X与L1*m/a的大小，如果相同，则螺栓位置正常，如果X大于L1*m/a，则说明螺栓脱出，而螺栓脱出的尺寸为：
(X-L1*m/a)*ah/(m-n)；
对B平面所在螺栓的检测时，比较X与L1*n/a的大小，如果相同，则螺栓位置正常，如果X大于L1*n/a，则说明螺栓脱出，而螺栓脱出的尺寸为：
(X-L1*n/a)*ah/(m-n)。其它组成与连接关系与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：结合图1～4说明本实施方式，步骤二中，a＝2.5mm，L1＝36mm，H＝50mm；
在A平面：
对A平面标定图进行阈值分割，计算出任一白色小方格每个边的像素个数m＝500个，则A平面每毫米对应的像素个数m/a＝200个，A平面上标定螺栓1的长度对应的像素个数L1*m/a＝7200个；
在B平面：
对B平面标定图进行阈值分割，计算出B平面上任一白色小方格每个边的像素个数n＝300个，则B平面每毫米对应的像素个数n/a＝120个，B平面上标定螺栓1的长度对应的像素个数L1*n/a＝4320个；
像素在高度方向上每一毫米变化的像素个数(m/a-n/a)/H＝(m-n)/aH＝1.6；
高度方向上每个像素对应的尺寸变化：aH/(m-n)＝0.625。
步骤三中，利用步骤二中标定好的相机2对待测螺栓进行拍照，首先对该图像使用canny边缘检测方法获取螺栓边缘轮廓线，若轮廓不完整，对边缘轮廓线进行六边形拟合，然后求取拟合后边缘像素个数X＝7204个；
对A平面所在螺栓进行检测时，比较X与L1*m/a的大小，如果相同，则螺栓位置正常，如果X大于L1*m/a，则说明螺栓脱出，而螺栓脱出的尺寸为：
(X-L1*m/a)*ah/(m-n)＝(7204-7200)*0.625＝2.5mm，得出结论，A平面所在螺栓脱出2.5mm。其它组成与连接关系与具体实施方式七相同。
需要说明的是，本申请还可以包括其它多种实施例，在不背离本申请的精神及其实质的情况下，本领域技术人员可根据本申请作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本申请所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种标定螺栓检测螺栓松脱的方法，标定螺栓，包括头部(11)及杆部(12)，其特征在于：头部(11)的顶面及侧面均加工有表面标定纹理，表面标定纹理的图案为黑白间隔布置的棋盘格；
它包括如下步骤：
步骤一、选择标定螺栓(1)及面阵相机(2)待用：
所选取的标定螺栓(1)与待测螺栓同型号且同尺寸，面阵相机(2)的像素与标定螺栓(1)上的棋盘格中的每个格的尺寸相匹配；
步骤二、对标定螺栓进行测量：
首先将位于不同水平面的两个待测螺栓拆下，替换为相同规格的标定螺栓(1)，然后，利用面阵相机(2)进行拍照，利用照片上的棋盘格对标定螺栓(1)进行标定，记录棋盘格上每个格对应的像素个数，用来计算实际面阵 相机(2)拍出来的照片上的螺栓的尺寸，并基于每个格对应的像素个数确定标定螺栓(1)的长度对应的像素个数；
步骤三、实际测量：
将两个标定螺栓(1)替换为实际安装用的螺栓，即待测螺栓；利用面阵 相机(2)对待测螺栓进行拍照，照片上的待测螺栓边缘包含的像素数如果和标定螺栓(1)的像素数一致，则待测螺栓位置及松紧情况正常；如果照片上的待测螺栓对应的像素少，说明尺寸有缺失；如果对应的像素数多了，说明待测螺栓实物离面阵 相机(2)更近了，说明待测螺栓有松动。
2.根据权利要求1所述的一种标定螺栓检测螺栓松脱的方法，其特征在于：头部(11)的顶面及侧面均经喷砂处理或氧化处理。
3.根据权利要求1或2所述的一种标定螺栓检测螺栓松脱的方法，其特征在于：表面标定纹理上的每个黑格或每个白格的尺寸均相等，其中每个格的尺寸最大为5mm×5mm。
4.根据权利要求3所述的一种标定螺栓检测螺栓松脱的方法，其特征在于：每个格的像素个数均大于10个。
5.根据权利要求4所述的检测螺栓松脱的方法，其特征在于：步骤二中的对标定螺栓进行测量的方法具体为：
标定螺栓(1)上每个格的长度为a，标定螺栓(1)的边缘轮廓线的长度为L1，两个标定螺栓(1)的顶面分别为A面及B面，A面与B面之间的高度差为H，其中a、L1、H的单位均为mm；
在A平面：
对A平面标定图进行阈值分割，选取图像中的任一小方格作为目标，分别计算其水平与竖直方向的像素个数，水平与竖直方向的像素个数均为m，则A平面每毫米对应的像素个数为m/a，A平面上标定螺栓(1)的长度对应的像素个数为L1*m/a个；
在B平面：
对B平面标定图进行阈值分割，并按照与A平面相同的方法计算出B平面上任一小方格每个边的像素个数n，则B平面每毫米对应的像素个数为n/a，B平面上标定螺栓(1)的长度对应的像素个数为L1*n/a；
像素在高度方向上每一毫米变化的像素个数为(m/a-n/a)/H＝(m-n)/aH；
高度方向上每个像素对应的尺寸变化为：aH/(m-n)。
6.根据权利要求5所述的标定螺栓检测螺栓松脱的方法，其特征在于：步骤三中，实际测量的方法具体为：
利用步骤二中标定好的面阵 相机(2)对待测螺栓进行拍照，首先对该图像使用canny边缘检测方法获取螺栓边缘轮廓线，若轮廓不完整，对边缘轮廓线进行六边形拟合，然后求取拟合后边缘像素个数X；
对A平面所在螺栓进行检测时，比较X与L1*m/a的大小，如果相同，则螺栓位置正常，如果X大于L1*m/a，则说明螺栓脱出，而螺栓脱出的尺寸为：
(X-L1*m/a)*ah/(m-n)；
对B平面所在螺栓的检测时，比较X与L1*n/a的大小，如果相同，则螺栓位置正常，如果X大于L1*n/a，则说明螺栓脱出，而螺栓脱出的尺寸为：
(X-L1*n/a)*ah/(m-n)。
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