CN113932733B - 一种大型密封圈三维外形尺寸视觉测量系统 - Google Patents

一种大型密封圈三维外形尺寸视觉测量系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大型密封圈三维外形尺寸视觉测量系统，属于密封圈尺寸测量技术领域，其包括载物台、定心夹紧装置、扫描装置以及用于支撑扫描装置并带动扫描装置沿x轴、y轴、z轴方向移动的驱动架；其中，定心夹紧装置包括转盘、步进电机以及若干夹紧臂，转盘的圆心上方设置有圆结构光发射装置；步进电机用于带动转盘正转、反转，驱动若干夹紧臂进行收、放动作；扫描装置包括第一相机和第二相机，二者之间设置有线结构光发射器；本发明通过多幅图像，获取密封圈的完整图像，采集密封圈表面上的数据点坐标，完成厚度、高度、内外直径的测量，实现生产线上大型密封圈的自动检测，解决了现有大型密封圈尺寸测量工具测量精度低的问题。

Description

一种大型密封圈三维外形尺寸视觉测量系统
技术领域
本发明涉及密封圈尺寸测量技术领域，特别涉及一种大型密封圈三维外形尺寸视觉测量系统。
背景技术
大型橡胶密封圈作为一种比较典型的大尺寸柔性零组件，具有良好的密闭性、可靠性以及经济实用性，广泛应用于石油化工、航天、船舶、铁路、矿山等大型设备中。大型密封圈的尺寸精度直接影响到设备的密封性能和使用性能，若密封圈失效，轻则浪费资料，耗费时间，重则危害人类安全。
现有的大型密封圈测量方法多为接触式测量，企业主要采用游标卡尺和π尺作为密封件检验量具，这种接触式测量方法简单方便，但测量需要人工操作且橡胶制品具有弹性和柔性高、圆度低的特点，测量过程中难以保证合理恒定的测量力。因此，测量结果受操作手法和人员的主观因素影响，波动很大，存在大量难以剔除的粗大误差和人为误差，导致测量精度和效率很低。此外，现场在线测量时，现有的π尺和游标卡尺等量具容易出现变形，测量精度难以保证。因此，有必要提出一种大型密封圈三维外形尺寸视觉测量系统。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种大型密封圈三维外形尺寸视觉测量系统，用于解决现有大型密封圈尺寸测量工具测量精度低的问题。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种大型密封圈三维外形尺寸视觉测量系统，包括载物台、设于载物台上并用于固定大型密封圈的定心夹紧装置、设于定心夹紧装置上方的扫描装置以及用于支撑扫描装置并带动扫描装置沿x轴、y轴、z轴方向移动的驱动架；
所述定心夹紧装置包括转盘、步进电机以及若干夹紧臂；所述转盘转动安装在所述载物台的顶面，所述步进电机固定连接所述载物台，其输出轴与所述转盘相连；若干所述夹紧臂均匀分布在所述转盘的外周面，所述转盘的顶面对应若干夹紧臂开设有若干弧形滑槽，所述弧形滑槽的圆心与所述转盘的圆心重合；所述夹紧臂包括滑轨、滑块、张紧板以及连杆；所述滑轨的一端固定连接所述转盘的外周面，所述滑块滑动安装在所述滑轨上；所述张紧板的一端固定连接所述滑块的顶面，另一端设置有限位块；所述张紧板与所述滑轨上下相对，并相互平行；所述连杆的一端通过转轴与所述张紧板的一端铰接，另一端通过驱动轴与所述转盘的弧形滑槽滑动连接，所述转轴与所述驱动轴平行设置，并与所述转盘垂直设置；所述转盘的圆心上方设置有圆结构光发射装置；
所述扫描装置包括第一相机和第二相机，所述第一相机和所述第二相机均安装在所述驱动架上，所述驱动架还设置有线结构光发射器，所述线结构光发射器位于所述第一相机和所述第二相机的中间，所述线结构光发射器的发射部竖直朝下设置。
优选地，所述载物台包括顶板、底板以及若干支撑脚，所述顶板和所述底板水平设置，若干所述支撑脚的上下两端分别固定连接所述顶板和所述底板。
优选地，所述转盘转动安装在所述顶板的顶面中部，所述步进电机固定安装在所述顶板的底部。
优选地，所述驱动架包括第一直线模组、第二直线模组、第三直线模组、第四直线模组以及第五直线模组；所述第一直线模组和所述第二直线模组相互平行，并分别设置在顶板顶面的左右两侧；所述第一直线模组和所述第二直线模组分别设置有第一滑台和第二滑台，所述第三直线模组和所述第四直线模组相互平行，并分别与所述第一滑台和所述第二滑台垂直连接；所述第三直线模组和所述第四直线模组分别设置有第三滑台和第四滑台，所述第五直线模组的两端分别固定连接所述第三滑台和第四滑台；所述第一直线模组的长度方向与x轴方向平行，所述第三直线模组的长度方向与z轴方向平行，所述第五直线模组的长度方向与y轴方向平行；所述第五直线模组设置有第四滑台、第五滑台以及第六滑台，分别连接所述第一相机、所述线结构光发射器以及所述第二相机。
优选地，所述驱动架还包括连接板，所述连接板的两端分别固定连接所述第三直线模组和所述第四直线模组的顶部。
优选地，所述第一相机、所述第二相机、所述第一直线模组、所述第二直线模组、所述第三直线模组、所述第四直线模组、所述第五直线模组均与工控机相连。
优选地，所述第一相机和所述第二相机均为CCD相机。
优选地，所述转盘的顶部固定安装有盖板，所述盖板与所述连杆间隔设置，所述圆结构光发射装置安装在所述盖板的顶面。
优选地，所述圆结构光发射装置包括锥面反射镜和圆结构光发射器；所述锥面反射镜通过第一支架安装在所述盖板的顶面，所述圆结构光发射器通过第二支架安装在所述盖板的顶面，并位于所述锥面反射镜的正上方，所述圆结构光发射器的发射部竖直朝向所述锥面反射镜。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1.本发明设置有定心夹紧装置，用于固定大型密封圈，避免大型密封圈测量时因形变而造成测量误差的问题。定心夹紧装置工作时，步进电机带动转盘正转、反转，驱动若干夹紧臂进行收、放动作，实现夹紧和松开大型密封圈的目的。若干夹紧臂收拢夹紧大型密封圈时，大型密封圈受力均匀，不易产生变形，提高测量精度，降低测量难度。
2.本发明是基于双目视觉的尺寸测量，能够实现非接触测量大型密封圈尺寸的功能，相较于传统接触式测量，本发明的测量精度更高，且自动化测量，有效减少测量人员的工作量，提高工作效率。此外，传统接触式测量难以测量大尺寸密封圈，如用一个标准尺寸圆锥型模具测量内径，然后通过三坐标测量密封圈的线径，但是由于受到密封圈弹性影响，测量精度不高。本发明采用双目视觉的尺寸检测技术还具有测量范围广、测量速度快、测量精度高、实时性强等显著优点。
3.本发明设置有线结构光发射器和圆结构光发射器，线结构光发射器将线结构光直接投射到被测工件表面，将二维图像的二维坐标转为三维图像的三维坐标，从而得到更精确的大型密封圈尺寸信息。圆结构光发射器将圆结构光先投射到锥面反射镜，再由锥面反射镜将圆结构光反射到大型密封圈内表面，以便求出大型密封圈的厚度。
4.本发明的驱动架设置有多个直线模组，用于驱动第一相机、第二相机以及线结构光发射器沿x轴、y轴、z轴方向精确移动，以调节第一相机和第二相机的拍摄视野，提高测量精确性。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的大型密封圈三维外形尺寸视觉测量系统的立体图；
图2是本发明实施例所提供的大型密封圈三维外形尺寸视觉测量系统的正视图；
图3是本发明实施例所提供的大型密封圈三维外形尺寸视觉测量系统的左视图；
图4是本发明实施例所提供的定心夹紧装置的结构示意图；
图5是本发明实施例所提供的线结构光发射器的工作示意图；
图6是本发明实施例所提供的圆结构光发射器的工作示意图；
图中主要元件符号说明如下：
附图中，1-载物台、2-顶板、3-底板、4-支撑脚、5-定心夹紧装置、6-转盘、7-步进电机、8-弧形滑槽、9-滑轨、10-滑块、11-张紧板、12-限位块、13-连杆、14-转轴、15-驱动轴、16-盖板、17-圆结构光发射装置、18-锥面反射镜、19-圆结构光发射器、20-第一相机、21-第二相机、22-线结构光发射器、23-第一直线模组、24-第一滑台、25-第二直线模组、26-第三直线模组、27-第四直线模组、28-第五直线模组、29-连接板、30-大型密封圈。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制，为了更好地说明本发明的具体实施方式，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构、部件及其说明可能省略是可以理解的，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
如图1-6所示，一种大型密封圈三维外形尺寸视觉测量系统，包括载物台1、设于载物台1上并用于固定大型密封圈30的定心夹紧装置5、设于定心夹紧装置5上方的扫描装置以及用于支撑扫描装置并带动扫描装置沿x轴、y轴、z轴方向移动的驱动架。
载物台1包括顶板2、底板3以及若干支撑脚4，顶板2和底板3水平设置，若干支撑脚4的上下两端分别固定连接顶板2和底板3。本实施例中，支撑脚4的数量为四根，分布在顶板2和底板3的四个边角位置。
定心夹紧装置5包括转盘6、步进电机7以及若干夹紧臂。转盘6转动安装在载物台1的顶面，步进电机7固定连接载物台1，其输出轴与转盘6相连。具体地，转盘6转动安装在顶板2的顶面中部，步进电机7固定安装在顶板2的底部。若干夹紧臂均匀分布在转盘6的外周面，转盘6的顶面对应若干夹紧臂开设有若干弧形滑槽8，弧形滑槽8的圆心与转盘6的圆心重合。本实施例中，弧形滑槽8和夹紧臂的数量均为三个。
夹紧臂包括滑轨9、滑块10、张紧板11以及连杆13。滑轨9的一端固定连接转盘6的外周面，滑块10滑动安装在滑轨9上。张紧板11的一端固定连接滑块10的顶面，另一端设置有限位块12，张紧板11与滑轨9上下相对，并相互平行。连杆13的一端通过转轴14与张紧板11的一端铰接，另一端通过驱动轴15与转盘6的弧形滑槽8滑动连接，转轴14与驱动轴15平行设置，并与转盘6垂直设置。步进电机7正转时，连杆13向外扩张，推动滑块10沿滑轨9向外运动，固定在滑块10上的张紧板11随之向外扩张。三个方向上的张紧板11以相同的位移同时撑开大型密封圈30，保证大型密封圈30不会发生形变。步进电机7反转时，连杆13向内收缩，带动滑块10沿滑轨9向内运动，固定在滑块10上的张紧板11随之向内收缩，便于取下大型密封圈30。
本发明设置有定心夹紧装置5，用于固定大型密封圈30，避免大型密封圈30测量时因形变而造成测量误差的问题。定心夹紧装置5工作时，步进电机7带动转盘6正转、反转，驱动若干夹紧臂进行收、放动作，实现夹紧和松开大型密封圈30的目的。若干夹紧臂收拢夹紧大型密封圈30时，大型密封圈30受力均匀，不易产生变形，提高测量精度，降低测量难度。
转盘6的圆心上方设置有圆结构光发射装置17，具体地，转盘6的顶部固定安装有盖板16，盖板16与连杆13间隔设置，不影响连杆13运动。圆结构光发射装置17安装在盖板16的顶面。圆结构光发射装置17包括锥面反射镜18和圆结构光发射器19。锥面反射镜18通过第一支架安装在盖板16的顶面，圆结构光发射器19通过第二支架安装在盖板16的顶面，并位于锥面反射镜18的正上方，圆结构光发射器19的发射部竖直朝向锥面反射镜18。
扫描装置包括第一相机20和第二相机21，第一相机20和第二相机21均安装在驱动架上，驱动架还设置有线结构光发射器22，线结构光发射器22位于第一相机20和第二相机21的中间，线结构光发射器22的发射部竖直朝下设置。
本发明是基于双目视觉的尺寸测量，能够实现非接触测量大型密封圈30尺寸的功能，相较于传统接触式测量，本发明的测量精度更高，且自动化测量，有效减少测量人员的工作量，提高工作效率。此外，传统接触式测量难以测量大尺寸密封圈，如用一个标准尺寸圆锥型模具测量内径，然后通过三坐标测量密封圈的线径，但是由于受到密封圈弹性影响，测量精度不高。本发明采用双目视觉的尺寸检测技术还具有测量范围广、测量速度快、测量精度高、实时性强等显著优点。
其中，驱动架包括第一直线模组23、第二直线模组25、第三直线模组26、第四直线模组27以及第五直线模组28。第一直线模组23和第二直线模组25相互平行，并分别设置在顶板2顶面的左右两侧。第一直线模组23和第二直线模组25分别设置有第一滑台24和第二滑台，第三直线模组26和第四直线模组27相互平行，并分别与第一滑台24和第二滑台垂直连接。第三直线模组26和第四直线模组27分别设置有第三滑台和第四滑台，第五直线模组28的两端分别固定连接第三滑台和第四滑台。第一直线模组23的长度方向与x轴方向平行，第三直线模组26的长度方向与z轴方向平行，第五直线模组28的长度方向与y轴方向平行。第五直线模组28设置有第四滑台、第五滑台以及第六滑台，分别连接第一相机20、线结构光发射器22以及第二相机21。驱动架还包括连接板29，连接板29的两端分别固定连接第三直线模组26和第四直线模组27的顶部。本发明的驱动架设置有多个直线模组，用于驱动第一相机20、第二相机21以及线结构光发射器22沿x轴、y轴、z轴方向精确移动，以调节第一相机20和第二相机21的拍摄视野，提高测量精确性。在多个直线模组的作用下，第一相机20和第二相机21视野内均可获得1/2以上的大型密封圈30图像，线结构光发射器22可扫过整个大型密封圈30。
第一相机20、第二相机21、第一直线模组23、第二直线模组25、第三直线模组26、第四直线模组27、第五直线模组28均与工控机相连，工控机作为控制中枢，进行数据处理。第一相机20和第二相机21均为CCD相机。
本发明设置有线结构光发射器22和圆结构光发射器19，线结构光发射器22将线结构光直接投射到被测工件表面，将二维图像的二维坐标转为三维图像的三维坐标，从而得到更精确的大型密封圈30尺寸信息。线结构光发射器22工作时，将线结构光投射于大型密封圈30外表面，线结构光光条图像通过相机镜头成像在第一相机20和第二相机21上，被转换为图像信息后由工控机进行处理，获得大型密封圈30外表面该截面处的三维形貌。同时，第一相机20和第二相机21沿X轴方向移动，获得整个外表面的三维形貌。线结构光发射器22将结构光投射到大型密封圈30表面，得到多组特征点，用于求解结构光平面参数，结合相机参数以及标定板夹角求解大型密封圈30外表面的三维信息。圆结构光发射器19将圆结构光先投射到锥面反射镜18，再由锥面反射镜18将圆结构光反射到大型密封圈30内表面，得到多组特征点，用于求解结构光平面参数，结合相机参数以及标定板夹角求解密封圈内表面的三维信息，以便求出大型密封圈30的厚度。圆结构光发射器19发射出锥角极小的细圆锥形光曲面，被锥面反射镜18反射后成为大锥角的圆锥形光曲面，投射到密封圈内表面。圆结构光光条图像通过相机镜头成像在第一相机20和第二相机21上，被转换为图像信息后由工控机进行处理，获得密封圈内表面该截面处的三维形貌。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (9)

1.一种大型密封圈三维外形尺寸视觉测量系统，其特征在于：包括载物台、设于载物台上并用于固定大型密封圈的定心夹紧装置、设于定心夹紧装置上方的扫描装置以及用于支撑扫描装置并带动扫描装置沿x轴、y轴、z轴方向移动的驱动架；
所述定心夹紧装置包括转盘、步进电机以及若干夹紧臂；所述转盘转动安装在所述载物台的顶面，所述步进电机固定连接所述载物台，其输出轴与所述转盘相连；若干所述夹紧臂均匀分布在所述转盘的外周面，所述转盘的顶面对应若干夹紧臂开设有若干弧形滑槽，所述弧形滑槽的圆心与所述转盘的圆心重合；所述夹紧臂包括滑轨、滑块、张紧板以及连杆；所述滑轨的一端固定连接所述转盘的外周面，所述滑块滑动安装在所述滑轨上；所述张紧板的一端固定连接所述滑块的顶面，另一端设置有限位块；所述张紧板与所述滑轨上下相对，并相互平行；所述连杆的一端通过转轴与所述张紧板的一端铰接，另一端通过驱动轴与所述转盘的弧形滑槽滑动连接，所述转轴与所述驱动轴平行设置，并与所述转盘垂直设置；所述转盘的圆心上方设置有圆结构光发射装置；
所述扫描装置包括第一相机和第二相机，所述第一相机和所述第二相机均安装在所述驱动架上，所述驱动架还设置有线结构光发射器，所述线结构光发射器位于所述第一相机和所述第二相机的中间，所述线结构光发射器的发射部竖直朝下设置。
2.根据权利要求1所述的一种大型密封圈三维外形尺寸视觉测量系统，其特征在于：所述载物台包括顶板、底板以及若干支撑脚，所述顶板和所述底板水平设置，若干所述支撑脚的上下两端分别固定连接所述顶板和所述底板。
3.根据权利要求2所述的一种大型密封圈三维外形尺寸视觉测量系统，其特征在于：所述转盘转动安装在所述顶板的顶面中部，所述步进电机固定安装在所述顶板的底部。
4.根据权利要求3所述的一种大型密封圈三维外形尺寸视觉测量系统，其特征在于：所述驱动架包括第一直线模组、第二直线模组、第三直线模组、第四直线模组以及第五直线模组；所述第一直线模组和所述第二直线模组相互平行，并分别设置在顶板顶面的左右两侧；所述第一直线模组和所述第二直线模组分别设置有第一滑台和第二滑台，所述第三直线模组和所述第四直线模组相互平行，并分别与所述第一滑台和所述第二滑台垂直连接；所述第三直线模组和所述第四直线模组分别设置有第三滑台和第四滑台，所述第五直线模组的两端分别固定连接所述第三滑台和第四滑台；所述第一直线模组的长度方向与x轴方向平行，所述第三直线模组的长度方向与z轴方向平行，所述第五直线模组的长度方向与y轴方向平行；所述第五直线模组设置有第四滑台、第五滑台以及第六滑台，分别连接所述第一相机、所述线结构光发射器以及所述第二相机。
5.根据权利要求4所述的一种大型密封圈三维外形尺寸视觉测量系统，其特征在于：所述驱动架还包括连接板，所述连接板的两端分别固定连接所述第三直线模组和所述第四直线模组的顶部。
6.根据权利要求5所述的一种大型密封圈三维外形尺寸视觉测量系统，其特征在于：所述第一相机、所述第二相机、所述第一直线模组、所述第二直线模组、所述第三直线模组、所述第四直线模组、所述第五直线模组均与工控机相连。
7.根据权利要求6所述的一种大型密封圈三维外形尺寸视觉测量系统，其特征在于：所述第一相机和所述第二相机均为CCD相机。
8.根据权利要求1所述的一种大型密封圈三维外形尺寸视觉测量系统，其特征在于：所述转盘的顶部固定安装有盖板，所述盖板与所述连杆间隔设置，所述圆结构光发射装置安装在所述盖板的顶面。
9.根据权利要求8所述的一种大型密封圈三维外形尺寸视觉测量系统，其特征在于：所述圆结构光发射装置包括锥面反射镜和圆结构光发射器；所述锥面反射镜通过第一支架安装在所述盖板的顶面，所述圆结构光发射器通过第二支架安装在所述盖板的顶面，并位于所述锥面反射镜的正上方，所述圆结构光发射器的发射部竖直朝向所述锥面反射镜。
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