CN114812413A - 一种圆柱体直径测量方法及测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测量领域，公开一种圆柱体直径测量方法及系统。其中，圆柱体直径测量方法包括：控制所述旋转平台带动所述标定块定速转动，并控制所述三维相机拍摄转动的所述标定块的图像，以根据所述标定块的图像实时获取所述三维相机与所述标定块的第一扫描距离；根据所述旋转平台的转速和所述第一扫描距离获取所述三维相机与所述旋转轴的标定距离；根据所述标定距离测量所述待测圆柱体的直径。本方案所需要的测量设备简单，仅需旋转平台、一个三维相机和标定块即可完成圆柱体产品的直径测量，且整体测量流程简单，也能够达到极高的测量精度要求。

Description

一种圆柱体直径测量方法及测量系统

技术领域

本发明涉及测量领域，特别涉及一种圆柱体直径测量方法及系统。

背景技术

工业上对于尺寸较大的圆柱体产品直径测量(如汽车尾气圆柱形蜂窝陶瓷等)，大多采用多个三维相机扫描各自轮廓点云，然后经过多方标定、拼接图像再计算产品的直径值。这些多个三维相机拼接的方案极易受到各种硬件自身因素影响，比如相机镜头在图像边缘处畸变较大，或者硬件本身差异等因素，其拼接得到的图像边缘重合处往往无法完全对齐，最终得到的产品直径值无论动态重复性还是与真值对比，差异都会比较大，无法应用在高精度测量要求的工业现场。

发明内容

本发明实施方式主要解决的技术问题是提供一种圆柱体直径测量方法及测量系统，以解决现有测量方案中测量设备复杂且测量精度低的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种圆柱体直径测量方法，应用于圆柱体直径测量系统，所述圆柱体直径测量系统包括旋转平台、三维相机和标定块，所述旋转平台用于带动所述标定块或待测的圆柱体转动，所述方法包括：

控制所述旋转平台带动所述标定块定速转动，并控制所述三维相机拍摄转动的所述标定块的图像，以根据所述标定块的图像实时获取所述三维相机与所述标定块的第一扫描距离，其中，所述标定块的中轴线与所述旋转平台的旋转轴的距离在预设范围内；

根据所述旋转平台的转速和所述第一扫描距离获取所述三维相机与所述旋转轴的标定距离；

控制所述旋转平台带动所述待测的圆柱体定速转动，并控制所述三维相机拍摄转动的所述待测的圆柱体的图像，以根据所述待测的圆柱体的图像实时获取所述三维相机与所述待测的圆柱体的第二扫描距离；

根据所述第二扫描距离和所述标定距离获取所述待测的圆柱体的直径。

可选的，所述根据所述标定块的图像实时获取所述三维相机与所述标定块的第一扫描距离包括：

通过所述三维相机实时获取所述标定块的图像，其中，所述旋转平台旋转一周时所述三维相机的拍摄次数记为行数，所述旋转平台旋转一周时所述三维相机依次拍摄得到的图像为对应行的所述标定块的图像；

根据所述标定块的图像和所述旋转平台的转速计算每行所述标定块的图像中心位置对应的所述第一扫描距离。

可选的，所述根据所述旋转平台的转速和所述第一扫描距离获取所述三维相机与所述旋转轴的标定距离包括：

建立极坐标系，所述极坐标系的原点为所述旋转平台的旋转中心，所述极坐标系的x轴为所述旋转中心到所述三维相机的直线；

根据所述第一扫描距离和所述标定距离表示每行所述标定块的图像中所述直径点的坐标，其中，所述直径点为每行所述标定块的图像中心位置在所述极坐标中对应的点；

基于每行所述直径点计算近似圆心坐标；

根据所述近似圆心坐标拟合所述标定块所在的圆，并根据拟合结果获取所述标定距离的近似值；

根据所述近似值和所述标定块的直径，确定所述标定距离。

可选的，所述根据所述第一扫描距离和所述标定距离表示每行图像中所述直径点的坐标包括：

根据下述公式表示所述直径点的坐标，所述公式为：

xi＝(Rcalib-Zi)*cos(2πi/nRows)；yi＝(Rcalib-Zi)*sin(2πi/nRows)，其中，Zi为第i行对应的第一扫描距离，Rcalib为标定距离，nRows为行数。

可选的，所述基于每行所述直径点计算近似圆心坐标包括：

获取所述旋转台旋转一周内的所有直径点，将所述直径点的坐标之和作为该次旋转一周对应的近似圆心坐标。

可选的，所述根据所述近似圆心坐标拟合所述标定块所在的圆，并根据拟合结果获取所述标定距离的近似值包括：

根据每行所述直径点的坐标拟合所述标定块所在圆的方程，所述方程为：(xi-xc)^2+(yi-yc)^2-R^2＝0，其中，xc和yc为所述近似圆心坐标，R为所述标定块的模拟半径；

根据所述近似圆心坐标和所述标定块的直径，计算当前所述方程的极值，并将所述极值中的最大值作为所述标定距离的近似值。

可选的，所述根据所述近似值和所述标定块的直径，确定所述标定距离包括：

获取迭代范围和步长，根据所述迭代范围和所述步长迭代所述近似值，并基于所述近似值的迭代值表示所述直径点的迭代极坐标，所述迭代极坐标为：xi＝(Rj-Zi)*cos(2πi/nRows)；yi＝(Rj-Zi)*sin(2πi/nRows)，其中，Rj为所述近似值的第j次迭代值，Zi为第i行对应的第一扫描距离，nRows为行数；

获取所述旋转台旋转一周内的直径点的迭代极坐标，通过最小二乘法将所述迭代极坐标拟合至所述标定块所在的圆，并计算所述迭代值对应的圆的拟合直径；

计算每次所述迭代值对应所述拟合直径与所述标定块直径差值的绝对值，获取所述绝对值最小时所述拟合直径对应的所述近似值的迭代值，并将所述近似值的迭代值确定为所述标定距离。

可选的，所述根据所述待测的圆柱体的图像实时获取所述三维相机与所述待测的圆柱体的第二扫描距离包括：

通过所述三维相机实时获取所述待测的圆柱体的图像，其中，所述旋转平台旋转一周时所述三维相机的拍摄次数记为行数，所述旋转平台旋转一周时所述三维相机依次拍摄得到的图像为对应行的所述待测的圆柱体的图像；

根据所述待测的圆柱体的图像和所述旋转平台的转速计算每行所述待测的圆柱体的图像中心位置对应的所述第二扫描距离。

可选的，所述根据所述第二扫描距离和所述标定距离获取所述待测的圆柱体的直径包括：

基于所述极坐标系，根据所述第二扫描距离和所述标定距离表示每行所述待测的圆柱体的图像中扫描点的极坐标，其中，所述扫描点为每行所述待测的圆柱体的图像中心位置在所述极坐标中对应的点；

基于所述标定距离和所述扫描点的极坐标，拟合所述待测的圆柱体所在的圆，并根据拟合结果获取所述待测的圆柱体的直径。

为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种圆柱体直径测量系统，其特征在于，所述系统包括旋转平台、三维相机、标定块和电子设备，所述三维相机用于拍摄所述标定块的图像，所述标定块的直径与待测的圆柱体的直径的差值在预设阈值内，所述旋转平台用于带动所述标定块或待测的圆柱体转动；所述标定块用于跟随所述旋转平台转动，以计算所述三维相机与所述旋转轴的标定距离；

所述电子设备与所述三维相机通信连接，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述所述的方法。

为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的又一个技术方案是：提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于使计算机设备执行如上第一方面的方法。

区别于相关技术的情况，本发明实施例提供的圆柱体直径测量方法及系统，通过控制所述旋转平台带动所述标定块定速转动，并控制所述三维相机拍摄转动的所述标定块的图像，以根据所述标定块的图像实时获取所述三维相机与所述标定块的第一扫描距离；根据所述旋转平台的转速和所述第一扫描距离获取所述三维相机与所述旋转轴的标定距离；就可以根据所述标定距离测量所述待测圆柱体的直径。本方案所需要的测量设备简单，仅需旋转平台、一个三维相机和标定块即可完成圆柱体产品的直径测量，且整体测量流程简单，也能够达到极高的测量精度要求。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例提供的一种圆柱体直径测量系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种圆柱体直径测量方法的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的一种获取第一扫描距离的流程示意图；

图5是本发明实施例提供的一种获取标定距离的流程示意图；

图6是本发明实施例提供的极坐标系的示意图；

图7是本发明实施例提供的一种获取标定距离的具体流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互组合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块的划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置示意图中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明实施例提供一种圆柱体直径测量系统，所述系统包括旋转平台3、三维相机4、标定块1和电子设备，所述三维相机4用于拍摄所述标定块1或者所述待测的圆柱体2的侧面图像。所述旋转平台用于带动所述标定块或待测的圆柱体转动；所述标定块用于跟随所述旋转平台转动，以计算所述三维相机与所述旋转轴的标定距离Rcalib。具体的，由于所述标定块1或者所述待测圆柱体2的中轴线与所述旋转平台的旋转轴极有可能不在同一直线上，本发明实施例中所述的标定距离Rcalib特指所述旋转平台的旋转轴与所述三维相机激光发射的起始位置的距离。其中，所述三维相机的相机激光发射面和旋转平台的旋转轴两者通常设置为平行关系，且旋转轴到激光发射面的距离越近，测量效果更好。

需要注意的是，在实际测量中，所述标定块1的直径与待测的圆柱体2的直径的差值在预设阈值内，所述预设阈值可以根据实际测量场景设置，例如测量小型家电的圆柱形外壳，测量圆柱形汽车尾气排气管，测量小型圆柱形烟囱，或者其他场景。以测量某种圆柱形蜂窝陶瓷的汽车尾气排气管的直径为例，常见的排气管的直径最大能到400mm，若待测的一批排气管的标准直径应该是400mm，则可以设定所述标定块1与待测的圆柱形蜂窝陶瓷的直径的差值不超过10mm，即选择的标定块的直径应在390-410mm的范围内。在其他一些情况中，所述预设阈值可以根据实际测量场景设置，以适应不同的测量场景。

如图1中所示，所述标定块1或者待测的圆柱体2放置在所述旋转平台3上表面，以使所述旋转平台3能够以恒定的角速度带动所述标定块1或者所述待测的圆柱体2定速转动。在转动过程中需保证所述标定块1或者所述待测的圆柱体2均在所述三维相机4的扫描范围内，即所述三维相机4在整个测量过程中都能够正常的扫描/拍摄到所述标定块1或者所述待测的圆柱体2的图像。所述三维相机4可以根据指定的编码器数目定数扫描/拍摄所述标定块1或者所述待测的圆柱体2，所述编码器可以设置于所述旋转平台3上，用于限定所述旋转平台3以限定的角速度匀速转动，例如，所述编码器每发送5000次脉冲，所述三维相机4对应扫描/拍摄一次图像。

需要说明的是，在本发明实施例中，将所述旋转平台3旋转一周时所述三维相机4扫描/拍摄的次数记为行数nRows，例如，若所述旋转平台3旋转一周，所述三维相机4对应扫描/拍摄200次，那么行数nRows为200，每次拍摄时转动角度为2π/nRows，第i次拍摄时转动角度为2πi/nRows。其中，第一次拍摄对应记为第1行，第i次拍摄对应记为第i行，即相邻两行对应的旋转的角度为2π/nRows，第1行对应的旋转角度为2π/nRows，第i行对应的旋转角度为2πi/nRows。

所述电子设备与所述三维相机通信连接，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行下述圆柱体直径测量方法。

请参阅图2，图2是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，其示出了能够执行圆柱体直径测量方法的电子设备的硬件结构。所述电子设备与所述三维相机通信连接，所述电子设备可以获取所述三维相机的拍摄数据。本发明实施例并不限定所述电子设备与所述三维相机的位置关系，即所述电子设备可以是与所述三维相机通信连接的单独的电子设备，也可以是属于所述三维相机的一部分，例如设置在所述三维相机上的控制芯片及其外围电路等，或者通过其他方式通信连接的结构，当所述电子设备被设置为所述三维相机的一部分时，能够优化设备的复杂程度，即所述三维相机既可以获取到扫描/拍摄的图像信息，也可以基于这些图像信息和旋转平台的转速等信息执行圆柱体直径测量方法。

所述电子设备500包括：至少一个处理器51；以及，与所述至少一个处理器51通信连接的存储器52；图2中以一个处理器51为例，所述存储器52存储有可被所述至少一个处理器51执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器51执行，以使所述至少一个处理器51能够执行圆柱体直径测量方法。

处理器51和存储器52可以通过总线或其他方式连接，图2中以通过总线连接为例，存储器52作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。处理器51通过运行存储在存储器52中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中数据存储方法。

存储器52可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储电子设备使用所创建的数据等。此外，存储器52可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器52可选包括相对于处理器51远程设置的存储器52。这些远程存储器可以通过网络连接至电子设备500。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述一个或者多个模块存储在所述存储器52中，当被所述一个或者多个处理器51执行时，执行本发明实施例中提供的圆柱体直径测量方法。

上述产品可执行本发明实施例所提供的圆柱体直径测量方法，具备执行所述圆柱体直径测量方法相应的功能模块。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见下述方法实施例中所提供的圆柱体直径测量方法。同时，本发明实施例提供的圆柱体直径测量系统，其所需要的测量设备简单，仅需旋转平台、一个三维相机和标定块即可完成圆柱体产品的直径测量。

请参阅图3，本发明实施例提供一种圆柱体直径测量方法，应用于上述圆柱体直径测量系统，所述方法包括：

S11、控制所述旋转平台带动所述标定块定速转动，并控制所述三维相机拍摄转动的所述标定块的图像，以根据所述标定块的图像实时获取所述三维相机与所述标定块的第一扫描距离。

其中，所述标定块的中轴线与所述旋转平台的旋转轴的距离在预设范围内，在实际测量中，所述标定块的中轴线和所述旋转平台的旋转轴不容易保证二者绝对重合，只需要保证两者相差在预设范围内即可，例如在本发明实施例中可以设置预设范围为10mm，即所述标定块在随着所述旋转平台转动时，所述标定块的中轴线和所述旋转平台的旋转轴距离相差在10mm内即可。在其他一些实施例中，所述预设范围可以根据实际情况来设置，例如根据三维相机的镜深来设置合适的预设范围。

请参阅图4，所述根据所述标定块的图像实时获取所述三维相机与所述标定块的第一扫描距离包括：

S111、通过所述三维相机实时获取所述标定块的图像，其中，所述旋转平台旋转一周时所述三维相机的拍摄次数记为行数，所述旋转平台旋转一周时所述三维相机依次拍摄得到的图像为对应行的所述标定块的图像。

S112、根据所述标定块的图像和所述旋转平台的转速计算每行所述标定块的图像中心位置对应的所述第一扫描距离。

请结合图1，所述三维相机的激光拍摄面如图1中的斜虚线所示，所述标定块上带圆圈的短竖线用于表示所述三维相机的纵向拍摄范围，需要说明的是，实际情况中，当所述标定块匀速转动时，所述三维相机扫描/拍摄得到是所述标定块侧面的图像，在图1中将所述标定块对应的图像以短竖线的形式表示，将所述图像的中心位置以斜十字加圆圈的方式表示，仅是为了方便在图中表明位置关系和方便描述图像。

三维相机可以根据扫描/拍摄得到的图像自动计算出所述标定块的图像中心位置到所述三维相机的激光发射处的距离，在本发明实施例中将此距离记为第一扫描距离，即图1短竖线中的斜十字加圆圈的位置到所述三维相机的激光发射点的距离记为第一扫描距离，将所述第一扫描距离记为Zi，其中，i为所述标定块的图像对应的行。需要说明的是，为了后续计算过程方便描述，在所述旋转平台旋转一周的过程中，第一次拍摄的所述标定块的图像对应的第一扫描距离记为Z0，此外，第i次拍摄的所述标定块的图像对应的第一扫描距离记为Zi。由于所述标定块的中轴线与所述旋转平台的旋转轴通常不是完全重合，不同行的所述标定块的图像对应的所述第一扫描距离通常不相同。

S12、根据所述旋转平台的转速和所述第一扫描距离获取所述三维相机与所述旋转轴的标定距离。具体的，请参阅图5，所述根据所述旋转平台的转速和所述第一扫描距离获取所述三维相机与所述旋转轴的标定距离包括：

S121、建立极坐标系，所述极坐标系的原点为所述旋转平台的旋转中心，所述极坐标系的x轴为所述旋转中心到所述三维相机的直线。

为了方便理解，不考虑竖直方向的维度，以所述旋转平台所在的平面为坐标平面，请结合图6，图6是所述极坐标系的示意图，所述极坐标系的原点为所述旋转平台的旋转中心，所述极坐标系的x轴为所述旋转中心到所述三维相机的激光发射点的直线。

S122、根据所述第一扫描距离和所述标定距离表示每行所述标定块的图像中所述直径点的坐标，其中，所述直径点为每行所述标定块的图像中心位置在所述极坐标系中对应的点。

在所述极坐标系中，结合极坐标转换方程x＝ρcosθ，y＝ρsinθ，并带入直径点的模长(Rcalib-Zi)和旋转角度(2πi/nRows)，直径点的坐标表示为：((Rcalib-Zi)*cos(2πi/nRows)，(Rcalib-Zi)*sin(2πi/nRows))，即第i行图像对应直径点的坐标具体表示为：xi＝(Rcalib-Zi)*cos(2πi/nRows)，yi＝(Rcalib-Zi)*sin(2πi/nRows)，其中，Zi为第i行图像对应的第一扫描距离，Rcalib为标定距离，nRows为行数。

S123、基于每行所述直径点计算近似圆心坐标。具体的，获取所述旋转台旋转一周内的所有直径点，将所述直径点的坐标之和作为该次旋转一周对应的近似圆心坐标，其中，所述直径点的坐标同样表示为关于Rcalib的函数。假设所述旋转平台旋转一周时，所述三维相机对应获取了10个直径点，那么计算这十个直径点的x之和作为近似圆心坐标的x，计算这十个直径点的y之和作为近似圆心坐标的y，此处可以将所述近似圆心坐标记为(xc，yc)，xc和yc均可以用关于Rcalib的函数表示。

S124、根据所述近似圆心坐标拟合所述标定块所在的圆，并根据拟合结果获取所述标定距离的近似值。具体的，根据每行所述直径点的坐标拟合所述标定块所在圆的方程，即模拟图6中所述实线圆的方程，所述方程为：(xi-xc)^2+(yi-yc)^2-R^2＝0，其中，xc和yc为所述近似圆心坐标，R为所述标定块的模拟半径，此处将第一行对应的第一扫描距离Z0带入x对应的方程，得到的圆的模拟半径R＝Rcalib-Z0，即所述模拟半径R也是关于Rcalib的函数。需要说明的是，由于大部分情况下所述标定块的中轴线与所述旋转平台的旋转轴不完全重合，所述近似圆心坐标通常并不为坐标原点。

根据所述近似圆心坐标和所述标定块的直径，计算当前所述方程的极值，并将所述极值中的最大值作为所述标定距离的近似值。通过最小二乘法拟合所述标定块所在圆的方程，结合标定块的直径D，根据上述方程反向求出标定距离Rcalib的近似值，其中，上述方程中的xi、yi、xc和yc均为关于标定距离Rcalib的函数，所述标定块的直径D为已知数据，将所述标定快的直径D带入上述方程，即拟合(xi-xc)^2+(yi-yc)^2-(D/2)^2＝0的圆的方程。化简后得到关于标定距离Rcalib的一元二次函数，根据一元二次函数的求根公式可以获取所述方程的根，并将所述方程的根确定为所述标定距离Rcalib的近似值。若计算出该方程存在两个根，那么选择二者中大于0的值作为标定距离Rcalib的近似值；若二者均大于0，那么选择较大的值作为标定距离Rcalib的近似值。

S125、根据所述近似值和所述标定块的直径，确定所述标定距离。具体的，请参阅图7，所述根据所述近似值和所述标定块的直径，确定所述标定距离包括：

S1251、获取迭代范围和步长，根据所述迭代范围和所述步长迭代所述近似值，并基于所述近似值的迭代值表示所述直径点的迭代极坐标，实际测量情景中可以根据不同的测量情况设置合适的迭代范围，例如，迭代范围可以选择所述近似值+/-5mm的范围。需要说明的是，若该迭代范围小于0，则说明三维相机在所述标定块的内部，与事实不符。此外，在所述迭代范围内可以按照步长0.01迭代。所述迭代极坐标为：xi＝(Rj-Zi)*cos(2πi/nRows)；yi＝(Rj-Zi)*sin(2πi/nRows)，其中，Rj为所述近似值的第j次迭代值，Zi为第i行对应的第一扫描距离，nRows为行数。

例如，假设所述近似值为10，则可以设置所述迭代范围是范围为5-15，从5开始，依次根据步长计算Rcalib为5时对应的坐标值((5-Zi)*cos(i*2*PI/nRows),(5-Zi)*sin(i*2*PI/nRows))；计算Rcalib为5.01时对应的的坐标值((5.01-Zi)*cos(i*2*PI/nRows),(5.01-Zi)*sin(i*2*PI/nRows))，直至计算到Rcalib为15时对应的的坐标值((15-Zi)*cos(i*2*PI/nRows),(15-Zi)*sin(i*2*PI/nRows))。

S1252、获取所述旋转台旋转一周内的直径点的迭代极坐标，通过最小二乘法将所述迭代极坐标拟合至所述标定块所在的圆，并计算所述迭代值对应的圆的拟合直径。将上述每个得到的坐标值通过最小二乘法拟合至所述标定块所在圆的方程，并基于拟合结果计算每次迭代值对应的拟合直径Dj。

S1253、计算每次所述迭代值对应所述拟合直径与所述标定块直径差值的绝对值，获取所述绝对值最小时所述拟合直径对应的所述近似值的迭代值，并将所述近似值的迭代值确定为所述标定距离。在上述得到的拟合直径中，借助标定块直径D来精确确定标定距离Rcalib，所述标定块的直径D为已知数据，具体的，获取|Dj-D|差值最小时对应的Rj值作为最终的标定距离Rcalib。

S13、控制所述旋转平台带动所述待测的圆柱体定速转动，并控制所述三维相机拍摄转动的所述待测的圆柱体的图像，以根据所述待测的圆柱体的图像实时获取所述三维相机与所述待测的圆柱体的第二扫描距离。

具体的，请结合图1，与上述获取第一扫描距离的步骤类似，通过所述三维相机实时获取所述待测的圆柱体的图像，其中，所述旋转平台旋转一周时所述三维相机的拍摄次数记为行数nRows，所述旋转平台旋转一周时所述三维相机依次拍摄得到的图像为对应行的所述待测的圆柱体的图像；根据所述待测的圆柱体的图像和所述旋转平台的转速计算每行所述待测的圆柱体的图像中心位置对应的所述第二扫描距离，将所述第二扫描距离记为Z’i，其中，i为所述待测的圆柱体的图像对应的行。由于所述待测的圆柱体的中轴线与所述旋转平台的旋转轴通常不是完全重合，不同行的所述待测的圆柱体的图像对应的所述第二扫描距离通常不相同。

S14、根据所述第二扫描距离和所述标定距离获取所述待测的圆柱体的直径。具体的，基于上述所述的极坐标系，根据所述第二扫描距离和所述标定距离表示每行所述待测的圆柱体的图像中扫描点的极坐标，所述扫描点为每行所述待测的圆柱体的图像中心位置在所述极坐标中对应的点。扫描点的坐标可以表示为x’i＝(Rcalib-Z’i)*cos(2πi/nRows)；y’i＝(Rcalib-Z’i)*sin(2πi/nRows)，其中，Z’i为第i行对应的第二扫描距离，Rcalib为标定距离，nRows为行数。由于此时所述标定距离Rcalib已经通过计算得到，则可以直接计算出所述扫描点的坐标值。

基于所述标定距离和所述扫描点的极坐标，拟合所述待测的圆柱体所在的圆，并根据拟合结果获取所述待测的圆柱体的直径。具体的，获取所述旋转台旋转一周内的所有扫描点，将所述扫描点的坐标之和作为该次旋转一周对应的扫描圆心坐标所述扫描圆心坐标为(x’c，y’c)，所述待测的圆柱体的拟合方程为：(x’i-x’c)^2+(y’i-y’c)^2-R’^2＝0，其中，所述x’c和y’c为所述扫描圆心坐标，R’为所述待测的圆柱体的半径，最终计算出所述待测的圆柱体的直径为2R’。

本发明实施例提供的圆柱体直径测量方法，其整体测量流程比较简单，同时也能保证圆柱体直径测量的精度，该方案的测量误差仅与激光发射面到旋转中轴线距离以及标定块实际公差大小有关，而激光发射面到旋转中轴线距离以及标定块实际公差大小是测量设备所导致的误差，即本方案提供的测量方法在保证设备精度的情况下能够达到极高的测量精度要求。经多次实验验证，在通过上述方法测量直径95mm圆柱体产品时，其测量误差动态波动范围在0.007mm以内，测量一致性较好，适合高精度需求的圆柱形产品直径测量场景。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种圆柱体直径测量方法，应用于圆柱体直径测量系统，其特征在于，所述圆柱体直径测量系统包括旋转平台、三维相机和标定块，所述旋转平台用于带动所述标定块或待测的圆柱体转动，所述方法包括：

控制所述旋转平台带动所述标定块定速转动，并控制所述三维相机拍摄转动的所述标定块的图像，以根据所述标定块的图像实时获取所述三维相机与所述标定块的第一扫描距离，其中，所述标定块的中轴线与所述旋转平台的旋转轴的距离在预设范围内；

根据所述旋转平台的转速和所述第一扫描距离获取所述三维相机与所述旋转轴的标定距离；

控制所述旋转平台带动所述待测的圆柱体定速转动，并控制所述三维相机拍摄转动的所述待测的圆柱体的图像，以根据所述待测的圆柱体的图像实时获取所述三维相机与所述待测的圆柱体的第二扫描距离；

根据所述第二扫描距离和所述标定距离获取所述待测的圆柱体的直径。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述标定块的图像实时获取所述三维相机与所述标定块的第一扫描距离包括：

通过所述三维相机实时获取所述标定块的图像，其中，所述旋转平台旋转一周时所述三维相机的拍摄次数记为行数，所述旋转平台旋转一周时所述三维相机依次拍摄得到的图像为对应行的所述标定块的图像；

根据所述标定块的图像和所述旋转平台的转速计算每行所述标定块的图像中心位置对应的所述第一扫描距离。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述旋转平台的转速和所述第一扫描距离获取所述三维相机与所述旋转轴的标定距离包括：

建立极坐标系，所述极坐标系的原点为所述旋转平台的旋转中心，所述极坐标系的x轴为所述旋转中心到所述三维相机的直线；

根据所述第一扫描距离和所述标定距离表示每行所述标定块的图像中所述直径点的坐标，其中，所述直径点为每行所述标定块的图像中心位置在所述极坐标中对应的点；

基于每行所述直径点计算近似圆心坐标；

根据所述近似圆心坐标拟合所述标定块所在的圆，并根据拟合结果获取所述标定距离的近似值；

根据所述近似值和所述标定块的直径，确定所述标定距离。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一扫描距离和所述标定距离表示每行图像中所述直径点的坐标包括：

根据下述公式表示所述直径点的坐标，所述公式为：

xi＝(Rcalib-Zi)*cos(2πi/nRows)；yi＝(Rcalib-Zi)*sin(2πi/nRows)，其中，Zi为第i行对应的第一扫描距离，Rcalib为标定距离，nRows为行数。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于每行所述直径点计算近似圆心坐标包括：

获取所述旋转台旋转一周内的所有直径点，将所述直径点的坐标之和作为该次旋转一周对应的近似圆心坐标。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述近似圆心坐标拟合所述标定块所在的圆，并根据拟合结果获取所述标定距离的近似值包括：

根据每行所述直径点的坐标拟合所述标定块所在圆的方程，所述方程为：(xi-xc)^2+(yi-yc)^2-R^2＝0，其中，xc和yc为所述近似圆心坐标，R为所述标定块的模拟半径；

根据所述近似圆心坐标和所述标定块的直径，计算当前所述方程的极值，并将所述极值中的最大值作为所述标定距离的近似值。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述近似值和所述标定块的直径，确定所述标定距离包括：

获取迭代范围和步长，根据所述迭代范围和所述步长迭代所述近似值，并基于所述近似值的迭代值表示所述直径点的迭代极坐标，所述迭代极坐标为：xi＝(Rj-Zi)*cos(2πi/nRows)；yi＝(Rj-Zi)*sin(2πi/nRows)，其中，Rj为所述近似值的第j次迭代值，Zi为第i行对应的第一扫描距离，nRows为行数；

获取所述旋转台旋转一周内的直径点的迭代极坐标，通过最小二乘法将所述迭代极坐标拟合至所述标定块所在的圆，并计算所述迭代值对应的圆的拟合直径；

计算每次所述迭代值对应所述拟合直径与所述标定块直径差值的绝对值，获取所述绝对值最小时所述拟合直径对应的所述近似值的迭代值，并将所述近似值的迭代值确定为所述标定距离。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述待测的圆柱体的图像实时获取所述三维相机与所述待测的圆柱体的第二扫描距离包括：

通过所述三维相机实时获取所述待测的圆柱体的图像，其中，所述旋转平台旋转一周时所述三维相机的拍摄次数记为行数，所述旋转平台旋转一周时所述三维相机依次拍摄得到的图像为对应行的所述待测的圆柱体的图像；

根据所述待测的圆柱体的图像和所述旋转平台的转速计算每行所述待测的圆柱体的图像中心位置对应的所述第二扫描距离。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二扫描距离和所述标定距离获取所述待测的圆柱体的直径包括：

基于所述极坐标系，根据所述第二扫描距离和所述标定距离表示每行所述待测的圆柱体的图像中扫描点的极坐标，其中，所述扫描点为每行所述待测的圆柱体的图像中心位置在所述极坐标中对应的点；

基于所述标定距离和所述扫描点的极坐标，拟合所述待测的圆柱体所在的圆，并根据拟合结果获取所述待测的圆柱体的直径。

10.一种圆柱体直径测量系统，其特征在于，所述系统包括旋转平台、三维相机、标定块和电子设备，所述三维相机用于拍摄所述标定块的图像，所述标定块的直径与待测的圆柱体的直径的差值在预设阈值内，所述旋转平台用于带动所述标定块或待测的圆柱体转动；所述标定块用于跟随所述旋转平台转动，以计算所述三维相机与所述旋转轴的标定距离；

所述电子设备与所述三维相机通信连接，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至9中任一项所述的方法。

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