CN115468738A - 一种线阵相机测量系统的测量精度评价装置及评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种线阵相机测量系统的测量精度评价装置及评价方法,该测量精度评价装置包括:变频器、电机、转盘、靶标、支撑架和图像处理设备;靶标固定在转盘上,其上设有一条或多条圆弧,线阵相机采集转动状态下的靶标图像、并将图像上传到图像处理设备;通过改变角速度或者行频标记靶标上的待处理圆弧,图像处理设备计算待处理圆弧的弧长,将计算结果与该弧长的加工尺寸值作差,利用差值的绝对值评估线阵相机测量系统的测量精度。该测量精度评价装置可被用于评估不同线阵相机测量系统的测量精度,其具有尺寸小、操作便捷的优势,能通过简单操作给出线阵相机测量系统的测量精度,为设备选型提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及精度测试领域,具体涉及一种线阵相机测量系统的测量精度评价装置及评价方法。
背景技术
随着智能制造的发展,机器视觉越来越多的被应用在工业生产的各个领域,众所周知,相机是机器视觉的核心部件,按照像元的排列方式可以分为线阵相机和面阵相机,其中,线阵相机只有一行感光元素,因此使高扫描频率和高分辨率成为可能,其在工业、医疗、科研与安全领域发挥着重要作用,其通产需要采集高速运动的物体,如旋转中的滚筒、高速列车等,线阵相机将采集的图像上传到控制部件(计算单元)进行图像处理,识别被测物上的特征;图像采集质量的好坏直接关系到识别的准确性,为此,如何评估线阵相机或包含有线阵相机的视觉传感器的精度、选取精度满足要求的线阵相机成为技术人员面临的问题。
现有方式中,要么直接采集被测物图像评估,要么需要设计复杂的检测装置,如专利文献CN106404349A提出了一种线阵相机测试试验系统,该方案设计了一种滚筒式的测试装置,用于测试相机景深、镜头畸变,该技术方案中,测试装置的零部件多、设计复杂、成本高,占用场地大。而直接采集被测物图像,需要去实地测量,不满足快速评估、快速设备选型的要求。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种线阵相机测量系统的测量精度评价装置及评价方法,该测量精度评价装置能用于评估线阵相机测量系统的测量精度。该装置具有特点如下:①占地空间小,加工便捷、经济成本低;②检测过程便捷,耗时短;③检测精度高;能辅助实现线阵相机测量系统的快速选型。
本发明技术方案如下:
一种线阵相机测量系统的测量精度评价装置,所述线阵相机测量系统包括线阵相机和行频控制器;该测量精度评价装置包括:变频器、电机、转盘、靶标、支撑架和图像处理设备;所述变频器与电机连接,用于调节电机按照预设转速旋转;所述转盘安装在电机上、随电机同步转动;所述靶标固定在转盘上,其上设有一条或多条圆弧,各圆弧的弧长和半径的加工尺寸已知、圆心均位于转轴上;所述支撑架用于安装线阵相机,使其视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标上所有圆弧;
所述线阵相机采集转动状态下的靶标图像、并将图像上传到图像处理设备;
通过以下方式标记靶标上的待处理圆弧:
方式一:转盘以恒定的角速度B旋转,根据靶标上不同圆弧的半径r i 所述行频控制器调整相机的采集行频f i ,f i = ,m表示线阵相机在当前工作距下的像素当量;将用于计算行频的半径所对应的圆弧记为待处理圆弧;
i=1或者i=1,2……n;n为靶标上半径不相同的圆弧的总条数;
当靶标上有多个半径互不相同的圆弧时,在不同时刻变换参与计算的半径r i 、变更待处理圆弧,每次仅对参与计算的半径所对应的圆弧进行计算;
所述图像处理设备用于获取图像中待处理圆弧上的像素点,计算待处理圆弧的弧长,将计算结果与该弧长的加工尺寸值作差,利用差值的绝对值评估线阵相机测量系统获取图像的精度。
此外,本发明还公开了一种线阵相机测量系统的测量精度评价装置,所述线阵相机测量系统包括线阵相机、行频控制器和计算单元;;
所述测量精度评价装置包括:变频器、电机、转盘、靶标和支撑架;所述变频器与电机连接,用于调节电机按照预设转速旋转;所述转盘安装在电机上、随电机同步转动;所述靶标固定在转盘上,其上设有一条或多条圆弧,各圆弧的弧长和半径的加工尺寸已知、圆心均位于转轴上;所述支撑架用于安装线阵相机,使其视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标上所有圆弧;
线阵相机采集转动状态下的靶标图像并将图像上传到计算单元;
通过以下方式标记靶标上的待处理圆弧:
方式一:转盘以恒定的角速度B旋转,根据靶标上不同圆弧的半径r i 所述行频控制器调整相机的采集行频f i ,f i = ,m表示线阵相机在当前工作距下的像素当量;将用于计算行频的半径所对应的圆弧记为待处理圆弧;
i=1或者i=1,2……n;n为靶标上半径不相同的圆弧的总条数;所述计算单元用于获取图像中待处理圆弧上的像素点,计算待处理圆弧的弧长,将计算结果与该弧长的加工尺寸值作差,利用差值的绝对值评估视觉检测系统的精度。
进一步,本发明还公开了一种线阵相机测量系统的测量精度评价装置,所述线阵相机测量系统包括线阵相机、行频控制器、计算单元和测速装置;;
所述测量精度评价装置包括:变频器、电机、转盘、靶标和支撑架;变频器与电机连接,用于调节电机按照预设转速旋转;转盘安装在电机上、随电机同步转动;靶标固定在转盘上,其上设有一条或多条圆弧,各圆弧的弧长和半径的加工尺寸已知、圆心均位于转轴上;支撑架用于安装线阵相机,使其视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标上所有圆弧;
线阵相机采集转动状态下的靶标图像并将图像上传到计算单元;所述测速装置用于采集靶标旋转的实时角速度,并将实时角速度a传送到计算单元;
i=1或者i=1,2……n;n为靶标上半径不相同的圆弧的总条数;所述计算单元用于获取图像中待处理圆弧上的像素点,计算待处理圆弧的弧长,将计算结果与该弧长的加工尺寸值作差,利用差值的绝对值评估线阵相机测量系统的测量精度。
优选,所述测速装置包括光电编码器、磁编码器、磁钢和激光雷达。
优选,所述精度检测装置还用于评估测速装置的精度:
将所述测速装置安装在测量精度评价装置中、实时检测转盘的当前转速,将其与变频器中设置的转速作差,利用差值绝对值评估测速装置的精度。
其中,测速装置实时检测转盘的当前转速,方式如下:
当测速装置为光电编码器时,所述光电编码器包括光源、光栅盘和光敏元件,所述光栅盘与转盘转轴同轴转动,经光敏元件输出脉冲信号,通过计算单元计算每秒光电编码器输出脉冲的个数获得当前靶标的实时角速度,计算转盘当前转速;
当测速装置为磁编码器时,在电机转轴上安装磁片、将磁编码器安装在转盘旋转中心,磁编码器通过感应磁场变化获取当前靶标的实时角速度,计算转盘当前转速;
当测速装置为磁钢时,其设有至少一对,固定在转盘外周;所述转盘边缘处设有凸起块、随着转盘旋转,所述凸起块为磁块或铁块;当凸起块与磁钢的位置正对时,磁钢向计算单元发出脉冲信号;计算单元根据相邻两次脉冲信号的间隔时间、对应发出脉冲信号的磁钢之间的弧长,解算线速度,再除去转盘半径,获得当前靶标的实时角速度,计算转盘当前转速;
当测速装置为激光雷达时,其设有至少一对,固定在转盘外周,所述转盘边缘处设有凸起物,随着转盘旋转,当凸起与激光雷达的位置正对时,激光雷达向计算单元发出脉冲信号;计算单元根据相邻两次脉冲信号的间隔时间、发出此两次脉冲信号对应的激光雷达之间的弧长,解算线速度,再除去激光雷达与转轴之间的距离,获得当前靶标的实时角速度,计算转盘当前转速。
优选,所述圆弧为劣弧;所述圆弧与靶标背景的灰度差值大于100;优选为,靶标背景为黑色、圆弧为白色;所述圆弧的线宽为3~30个像素;令圆弧中心线处的线速度等于速度v;计算弧长时,解算圆弧中心线处的弧长。
优选,所述转盘至少转动一圈;
当转盘转动多圈时,每转动一圈,线阵相机采集一幅完整的靶标图像,对应得出一组差值绝对值;当转盘转动结束后,得到多组差值绝对值、形成列表,利用列表评估精度。
优选,所述靶标上设有2~10个圆弧;
所述靶标形态为如下形态中的一种:
形态一:靶标呈四分之一圆,其上均匀分布多个圆弧,各个圆弧对应的圆心角均为90°;
形态二:靶标为圆形靶标,其上均匀分布多个圆弧,各个圆弧对应的圆心角均为90°、且交错分布在圆形靶标的各个区域;
形态三:靶标为半圆形靶标,其上均匀分布多个圆弧,各个圆弧对应的圆心角均为180°。
当采用方式一标记待处理圆弧时,利用线阵相机测量系统的测量精度评价装置对线阵相机测量系统的测量精度进行评价方法包括如下步骤:
所述线阵相机测量系统包括线阵相机和行频控制器;
1)利用变频器调节电机转速,使电机按照恒定的转速B旋转;转盘以及固定在转盘上的靶标随电机同步转动;
所述线阵相机在行频控制器的控制下按照行频f i 采集靶标图像,并将图像上传到图像处理设备;
其中,线阵相机的视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标上所有圆弧;
3)将步骤2)中用于计算行频的半径r i 所对应的圆弧记为待处理圆弧;所述图像处理设备获取待处理圆弧的弧长,将其与加工尺寸作差;
4)若半径r i 只有一个,则直接进行步骤5),若半径r i 存在多个,则利用不同的半径r i 重复步骤1)~3),直至获取所有圆弧的弧长与其加工尺寸的差值;
5)综合利用圆弧弧长的实测值与加工尺寸的差值的绝对值,评估线阵相机测量系统获取图像的精度。
当采用方式二标记待处理圆弧时,利用线阵相机测量系统的测量精度评价装置对线阵相机测量系统的测量精度进行评价方法包括如下步骤:
所述线阵相机测量系统包括线阵相机和行频控制器;,
变频器调节电机转速,使电机按照转速ω i 旋转;转盘以及固定在转盘上的靶标随电机同步转动;
2)所述线阵相机在行频控制器的控制下按照恒定的行频F采集靶标图像,并将图像上传到图像处理设备;
其中,线阵相机的视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标上所有圆弧;
3)将步骤1)中,用于计算转速的半径r i 所对应的圆弧记为待处理圆弧;所述图像处理设备获取待处理圆弧的弧长,将其与加工尺寸作差;
4)若半径r i 只有一个,则直接进行步骤5),若半径r i 存在多个,则利用不同的半径r i 重复步骤1)~3),直至获取所有圆弧的弧长与其加工尺寸的差值;
5)综合利用圆弧弧长的实测值与加工尺寸的差值的绝对值,评估线阵相机测量系统获取图像的精度。
当采用方式一标记待处理圆弧时,利用线阵相机测量系统的测量精度评价装置对线阵相机测量系统的测量精度进行评价方法包括以下步骤:
所述线阵相机测量系统包括线阵相机、行频控制器和计算单元;
1)利用变频器调节电机转速,使电机按照恒定的转速B旋转;转盘以及固定在转盘上的靶标随电机同步转动;
线阵相机在行频控制器的控制下按照预设的行频f i 采集靶标图像,并将图像上传到计算单元;
其中,线阵相机的视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标上所有圆弧;
3)将步骤2)中,用于计算行频的半径r i 所对应的圆弧记为待处理圆弧;所述计算单元获取待处理圆弧的弧长,将其与加工尺寸作差;
4)若半径r i 只有一个,则直接进行步骤5),若半径r i 存在多个,则利用不同的半径r i 重复步骤1)~3),直至获取所有待测圆弧的弧长与其加工尺寸的差值;
5)综合利用圆弧弧长的实测值与加工尺寸的差值的绝对值,评估线阵相机测量系统的测量精度。
当采用方式二标记待处理圆弧时,利用线阵相机测量系统的测量精度评价装置对线阵相机测量系统的测量精度进行评价方法包括以下步骤:所述线阵相机测量系统包括线阵相机、行频控制器和计算单元;
变频器调节电机转速,使电机按照转速ω i 旋转;转盘以及固定在转盘上的靶标随电机同步转动;
2)线阵相机安装在转盘周围,线阵相机在行频控制器的控制下按照恒定的行频F采集靶标图像,并将图像上传到计算单元;
其中,线阵相机的视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标上所有圆弧;
3)将步骤1)中,用于计算转速的半径r i 所对应的圆弧记为待处理圆弧;所述计算单元获取图像待处理圆弧的弧长,将其与加工尺寸作差;
4)若半径r i 只有一个,则直接进行步骤5),若半径r i 存在多个,则利用不同的半径r i 重复步骤1)~3),直至获取所有待测圆弧的弧长与其加工尺寸的差值;
5)综合利用圆弧弧长的实测值与加工尺寸的差值的绝对值,评估线阵相机测量系统的测量精度。
当线阵相机测量系统包括线阵相机、行频控制器、计算单元和测速装置时,利用线阵相机测量系统的测量精度评价装置对线阵相机测量系统的测量精度进行评价方法包括以下步骤:
1)利用变频器调节电机转速,使电机旋转;转盘以及固定在转盘上的靶标随电机同步转动;测速装置采集靶标旋转的实时角速度a;
线阵相机在行频控制器的控制下按照行频f i 采集靶标图像,并将图像上传到计算单元;
其中,线阵相机的视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标上所有圆弧;
3)将步骤2)中,用于计算行频的半径r i 所对应的圆弧记为待处理圆弧;所述计算单元获取待处理圆弧的弧长,将其与加工尺寸作差;
4)若半径r i 只有一个,则直接进行步骤5),若半径r i 存在多个,则利用不同的半径r i 重复步骤1)~3),直至获取所有待测圆弧的弧长与其加工尺寸的差值;
5)综合利用圆弧弧长的实测值与加工尺寸的差值的绝对值,评估线阵相机测量系统的测量精度。
本方案设计了特殊的靶标,靶标上设有圆弧(优选为劣弧),利用变频器、电机、转盘,通过调节转速或者行频,标记待处理圆弧,待处理圆弧上的线速度可以模拟实际应用时所采集的运动物体的速度v,进而实现对线阵相机测量系统实际应用时的精度评估。为了更好的评估相机精度,圆弧可设有多条,经过计算,获得精度评估列表,基于列表,可以求取差值的均值、标准差等作为评估线阵相机测量系统测量精度的参数;使得评估结果更加合理。
通过判断评估参数是否满足实际检测精度要求,可以得出线阵相机测量系统是否可以满足使用需求,进而实现快速选型。
附图说明
图1为实施例1中线阵相机测量系统的测量精度评价装置整体结构示意图;
图2为实施例1和实施例2中形态一靶标结构示意图;
图3为实施例2中将形态一靶标和磁钢分别安装在转盘后的示意图;
图4为实施例1中形态二靶标结构示意图;
图5为实施例1中形态三靶标结构示意图;
图6为实施例1中线阵相机视场示意图;
图7为实施例2中线阵相机视场示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
实施例1
一种线阵相机测量系统的测量精度评价装置,用于对线阵相机测量系统获取图像的精度进行评估,该线阵相机测量系统包括线阵相机和行频控制器;
如图1所示,该测量精度评价装置包括:变频器11、电机1、转盘2、靶标3、支撑架4和图像处理设备;变频器11与电机连接,用于调节电机按照预设转速旋转;转盘2安装在电机上、随电机同步转动;靶标3固定在转盘2上,其上设有一条或多条圆弧,各圆弧的弧长和半径的加工尺寸已知、圆心均位于转轴上;支撑架4用于安装线阵相机5,使其视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标3上所有圆弧(如图6);
线阵相机采集转动状态下的靶标图像、并将图像上传到图像处理设备;
通过以下方式标记靶标上的待处理圆弧:
方式一:转盘以恒定的角速度B旋转,根据靶标上不同圆弧的半径r i ,行频控制器调整相机的采集行频f i ,f i = ,m表示线阵相机在当前工作距下的像素当量;将用于计算行频的半径所对应的圆弧记为待处理圆弧;
方式二:行频控制器控制线阵相机以恒定的行频F采集靶标图像,根据靶标上不同圆弧的半径r i 调整转盘的转速;将用于计算转速的半径所对应的圆弧记为待处理圆弧;m表示线阵相机在当前工作距下的像素当量,其通过预先标定线阵相机获得;
当靶标上有多个半径互不相同的圆弧时,在不同时刻变换参与计算的半径r i 、变更待处理圆弧,每次仅对参与计算的半径所对应的圆弧进行计算;
图像处理设备用于获取图像中待处理圆弧上的像素点,计算待处理圆弧的弧长,将计算结果与该弧长的加工尺寸值作差,利用差值的绝对值评估线阵相机测量系统获取图像的精度。
当靶标上有多个半径互不相同的圆弧时,将各个差值绝对值形成列表,综合评估线阵相机精度。
作为一种优选的实施方式,圆弧为劣弧;圆弧与靶标背景的灰度差值大于100;具体实施为,靶标背景为黑色、圆弧为白色;或者,靶标背景为白色、圆弧为黑色;
当靶标上有多个半径互不相同的圆弧:
方式一中,多个不同的采集行频f i 、用于匹配不同半径的圆弧,使得在相应的行频下、待处理圆弧上的线速度f i×m等于速度v。
方式二中,多个不同的预设转速ωi、用于匹配不同半径的圆弧,使得在相应的转速下、待处理圆弧上的线速度ri×ωi等于速度v。
作为一种优选的实施方式,圆弧的线宽为3~30个像素;令圆弧中心线处的线速度等于速度v;计算弧长时,解算圆弧中心线处的弧长。
具体的,当圆弧具有宽度时,图像处理设备先获取待处理圆弧的中心线;计算中心线上的像素点,解算圆弧中心线处的弧长;
为了便于获取图像,适应各种类型的靶标形态,具体实施时,转盘2至少转动一圈;
当转盘转动多圈时,每转动一圈,线阵相机采集一幅完整的靶标图像,对应得出一组差值绝对值;当转盘转动结束后,得到多组差值绝对值、形成列表,利用列表评估测量精度。
更具体的,本实施例中,靶标上设有2~10个圆弧;
靶标形态为如下形态中的一种:
如图2所示,形态一:靶标呈四分之一圆,其上均匀分布多个圆弧,各个圆弧对应的圆心角均为90°;
如图4所示,形态二:靶标为圆形靶标,其上均匀分布多个圆弧,各个圆弧对应的圆心角均为90°、且交错分布在圆形靶标的各个区域;
如图5所示,形态三:靶标为半圆形靶标,其上均匀分布多个圆弧,各个圆弧对应的圆心角均为180°。
上述形态仅作为示例性阐述,实际设计时,靶标形态可以依据具体情况,设计呈其他形态,如靶标上只有一条圆弧,也可以在上述形态的基础上调整圆弧的圆心角及分布。
以下具体阐述:当线阵相机测量系统仅包括线阵相机和行频控制器,采用方式一标记待处理圆弧时,利用线阵相机测量系统的测量精度评价装置对线阵相机测量系统的测量精度进行评价的方法包括如下步骤:
1)利用变频器11调节电机转速,使电机1按照恒定的转速B旋转;转盘2以及固定在转盘上的靶标3随电机同步转动;
线阵相机在行频控制器的控制下按照行频f i 采集靶标图像,并将图像上传到图像处理设备;
其中,线阵相机的视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标3上所有圆弧;
3)将步骤2)中用于计算行频f i 的半径r i 所对应的圆弧记为待处理圆弧;图像处理设备获取待处理圆弧的弧长,将其与加工尺寸作差;
4)若半径r i 只有一个,则直接进行步骤5),若半径r i 存在多个,则利用不同的半径r i 重复步骤1)~3),直至获取所有圆弧的弧长与其加工尺寸的差值;
5)综合利用圆弧弧长的实测值与加工尺寸的差值的绝对值,评估线阵相机测量系统获取图像的精度。当线阵相机测量系统仅包括线阵相机和行频控制器,采用方式二标记待处理圆弧时,利用测量精度评价装置对线阵相机测量系统的测量精度进行评价的方法包括如下步骤:
变频器11调节电机转速,使电机1按照转速ω i 旋转;转盘2以及固定在转盘上的靶标3随电机同步转动;
2)线阵相机在行频控制器的控制下按照恒定的行频F采集靶标图像,并将图像上传到图像处理设备;
其中,线阵相机的视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标3上所有圆弧;
3)将步骤1)中,用于计算转速ω i 的半径r i 所对应的圆弧记为待处理圆弧;图像处理设备获取待处理圆弧的弧长,将其与加工尺寸作差;
4)若半径r i 只有一个,则直接进行步骤5,若半径r i 存在多个,则利用不同的半径r i 重复步骤1)~3),直至获取所有圆弧的弧长与其加工尺寸的差值;
5)综合利用圆弧弧长的实测值与加工尺寸的差值的绝对值,评估线阵相机测量系统获取图像的精度。
实施例2
一种线阵相机测量系统的测量精度评价装置,用于对线阵相机测量系统的测量精度进行评价,该线阵相机测量系统包括线阵相机、行频控制器和计算单元;
测量精度评价装置包括:变频器、电机、转盘、靶标和支撑架;变频器与电机连接,用于调节电机按照预设转速旋转;转盘安装在电机上、随电机同步转动;靶标固定在转盘上,其上设有一条或多条圆弧,各圆弧的弧长和半径的加工尺寸已知、圆心均位于转轴上;支撑架用于安装线阵相机,使其线阵相机的视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标上所有圆弧(如图7);
线阵相机采集转动状态下的靶标图像并将图像上传到计算单元;
通过以下方式标记靶标上的待处理圆弧:
方式一:转盘以恒定的角速度B旋转,根据靶标上不同圆弧的半径r i ,行频控制器调整相机的采集行频f i ,f i = ,m表示线阵相机在当前工作距下的像素当量;将用于计算行频的半径所对应的圆弧记为待处理圆弧;
方式二:行频控制器控制线阵相机以恒定的行频F采集靶标图像,根据靶标上不同圆弧的半径r i 调整转盘的转速;将用于计算转速的半径所对应的圆弧记为待处理圆弧;m表示线阵相机在当前工作距下的像素当量,其通过预先标定线阵相机获得;
i=1或者i=1,2……n;n为靶标上半径不相同的圆弧的总条数;计算单元用于获取图像中待处理圆弧上的像素点,计算待处理圆弧的弧长,将计算结果与该弧长的加工尺寸值作差,利用差值的绝对值评估视觉检测系统的精度。
进一步,线阵相机测量系统还包括测速装置,测速装置与计算单元连接,用于采集靶标的实时角速度;在线阵相机测量系统的实际应用中,测速装置用于采集运动物体的实时速度v。
测速装置包括光电编码器、磁编码器、磁钢和激光雷达;
当线阵相机测量系统中包含有测速装置,所述测量精度评价装置还用于评估测速装置的精度:
将测速装置安装在测量精度评价装置中、用于实时检测转盘2的当前转速,将其与变频器中设置的转速作差,利用差值绝对值评估测速装置的精度。
其中,测速装置实时检测转盘的当前转速,方式如下:
当测速装置为光电编码器时,光电编码器包括光源、光栅盘和光敏元件,光栅盘与转盘转轴同轴转动,经光敏元件输出脉冲信号,通过计算单元计算每秒光电编码器输出脉冲的个数获得当前靶标的实时角速度,计算转盘当前转速;
当测速装置为磁编码器时,在电机转轴上安装磁片、将磁编码器安装在转盘旋转中心,磁编码器通过感应磁场变化获取当前靶标的实时角速度,计算转盘当前转速;
当测速装置为磁钢时,其设有至少一对,固定在转盘外周;转盘边缘处设有凸起块、随着转盘旋转,凸起块为磁块或铁块;当凸起块与磁钢的位置正对时,磁钢向计算单元发出脉冲信号;计算单元根据相邻两次脉冲信号的间隔时间、对应发出脉冲信号的磁钢之间的弧长,解算线速度,再除去转盘半径,获得当前靶标的实时角速度,计算转盘当前转速;
更具体的,本实施例中,线阵相机测量系统中还包括两对磁钢用于测速,利用本装置检测测速装置精度时,如图3所示,两对磁钢均匀安装在转盘外周,在转盘边缘设有一磁块。
当测速装置为激光雷达时,其设有至少一对,固定在转盘外周,转盘边缘处设有凸起物,随着转盘旋转,当凸起与激光雷达的位置正对时,激光雷达向计算单元发出脉冲信号;计算单元根据相邻两次脉冲信号的间隔时间、发出此两次脉冲信号对应的激光雷达之间的弧长,解算线速度,再除去激光雷达与转轴之间的距离,获得当前靶标的实时角速度,计算转盘当前转速。
本实施例中,圆弧为劣弧,靶标背景为黑色、圆弧为白色;圆弧的线宽为10个像素;令圆弧中心线处的线速度等于速度v;计算弧长时,解算圆弧中心线处的弧长。
采用如图2所示的形态一的靶标,靶标呈四分之一圆,其上均匀分布7个半径互不相同的圆弧,各个圆弧对应的圆心角均为90°;转盘2至少转动5圈;每转动一圈,线阵相机采集一幅完整的靶标图像,对应得出一组差值绝对值(7个值);当转盘转动结束后,得到5组差值绝对值、形成列表,利用列表评估测量精度。
具体评估时,可根据实际需求,取每组数据的均值平方差等作为评估数据,综合评估线阵相机测量系统的测量精度。
以下具体阐述:
当线阵相机测量系统仅包括线阵相机、行频控制器和计算单元时,采用方式一标记待处理圆弧时,利用测量精度评价装置对线阵相机测量系统的测量精度进行评价的方法包括如下步骤:
1)利用变频器11调节电机转速,使电机1按照恒定的转速B旋转;转盘2以及固定在转盘上的靶标3随电机同步转动;
线阵相机在行频控制器的控制下按照预设的行频f i 采集靶标图像,并将图像上传到计算单元;
其中,线阵相机的视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标3上所有圆弧;
3)将步骤2)中,用于计算行频f i 的半径r i 所对应的圆弧记为待处理圆弧;计算单元获取待处理圆弧的弧长,将其与加工尺寸作差;
4)若半径r i 只有一个,则直接进行步骤5),若半径r i 存在多个,则利用不同的半径r i 重复步骤1)~3),直至获取所有待测圆弧的弧长与其加工尺寸的差值;
5)综合利用圆弧弧长的实测值与加工尺寸的差值的绝对值,评估线阵相机测量系统的测量精度。
当线阵相机测量系统仅包括线阵相机、行频控制器和计算单元时,采用方式二标记待处理圆弧时,利用线阵相机测量系统的测量精度评价装置对线阵相机测量系统的测量精度进行评价的方法包括如下步骤:
变频器11调节电机转速,使电机1按照转速ω i 旋转;转盘2以及固定在转盘上的靶标3随电机同步转动;
2)线阵相机安装在转盘周围,线阵相机在行频控制器的控制下按照恒定的行频F采集靶标图像,并将图像上传到计算单元;
其中,线阵相机的视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标3上所有圆弧;
3)将步骤1)中,用于计算转速ω i 的半径r i 所对应的圆弧记为待处理圆弧;计算单元获取图像待处理圆弧的弧长,将其与加工尺寸作差;
4)若半径r i 只有一个,则直接进行步骤5),若半径r i 存在多个,则利用不同的半径r i 重复步骤1)~3),直至获取所有待测圆弧的弧长与其加工尺寸的差值;
5)综合利用圆弧弧长的实测值与加工尺寸的差值的绝对值,评估线阵相机测量系统的测量精度。
实施例3
一种线阵相机测量系统的测量精度评价装置,用于对线阵相机测量系统的测量精度进行评价,该线阵相机测量系统包括线阵相机、行频控制器、计算单元和测速装置;
该测量精度评价装置包括:变频器、电机、转盘、靶标和支撑架;变频器与电机连接,用于调节电机按照预设转速旋转;转盘安装在电机上、随电机同步转动;靶标固定在转盘上,其上设有一条或多条圆弧,各圆弧的弧长和半径的加工尺寸已知、圆心均位于转轴上;支撑架用于安装线阵相机,使其线阵相机的视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标上所有圆弧;
线阵相机采集转动状态下的靶标图像并将图像上传到计算单元;测速装置用于采集靶标旋转的实时角速度,并将实时角速度a传送到计算单元;
通过以下方式标记靶标上的待处理圆弧:
i=1或者i=1,2……n;n为靶标上半径不相同的圆弧的总条数;计算单元用于获取图像中待处理圆弧上的像素点,计算待处理圆弧的弧长,将计算结果与该弧长的加工尺寸值作差,利用差值的绝对值评估线阵相机测量系统的测量精度。
其中,参与计算的各个参数(r i 、a、m)的计量单位统一。
进一步,测速装置与计算单元连接,用于采集靶标的实时角速度a;在线阵相机测量系统的实际应用中,测速装置用于采集运动物体的实时速度v。
其中,测速装置包括光电编码器、磁编码器、磁钢和激光雷达。
本实施例中,所述测量精度评价装置还用于评估测速装置的精度:
将测速装置安装在测量精度评价装置中、用于实时检测转盘的当前转速,将其与变频器中设置的转速或者其他高精度测速设备测量的实时转速作差,利用差值绝对值评估测速装置的精度。
其中,测速装置实时检测转盘的当前转速,方式如下:
当测速装置为光电编码器时,光电编码器包括光源、光栅盘和光敏元件,光栅盘与转盘转轴同轴转动,经光敏元件输出脉冲信号,通过计算单元计算每秒光电编码器输出脉冲的个数获得当前靶标的实时角速度,计算转盘当前转速;
当测速装置为磁编码器时,在电机转轴上安装磁片、将磁编码器安装在转盘旋转中心,磁编码器通过感应磁场变化获取当前靶标的实时角速度,计算转盘当前转速;
当测速装置为磁钢时,其设有至少一对,固定在转盘外周;转盘边缘处设有凸起块、随着转盘旋转,凸起块为磁块或铁块;当凸起块与磁钢的位置正对时,磁钢向计算单元发出脉冲信号;计算单元根据相邻两次脉冲信号的间隔时间、对应发出脉冲信号的磁钢之间的弧长,解算线速度,再除去转盘半径,获得当前靶标的实时角速度,计算转盘当前转速;
当测速装置为激光雷达时,其设有至少一对,固定在转盘外周,转盘边缘处设有凸起物,随着转盘旋转,当凸起与激光雷达的位置正对时,激光雷达向计算单元发出脉冲信号;计算单元根据相邻两次脉冲信号的间隔时间、发出此两次脉冲信号对应的激光雷达之间的弧长,解算线速度,再除去激光雷达与转轴之间的距离,获得当前靶标的实时角速度,计算转盘当前转速。
本实施例中,圆弧为半圆弧,靶标背景为白色、圆弧为黑色;圆弧的线宽为20个像素;令圆弧中心线处的线速度等于速度v;计算弧长时,解算圆弧中心线处的弧长,即:计算单元先提取圆弧中心线,再根据中心线上的像素点计算弧长。
以下具体阐述:
当线阵相机测量系统包括线阵相机、行频控制器、计算单元和测速装置时,利用测量精度评价装置对其测量精度进行评价的方法包括如下步骤:
1)利用变频器调节电机转速,使电机旋转;转盘以及固定在转盘上的靶标随电机同步转动;测速装置采集靶标旋转的实时角速度a;
线阵相机在行频控制器的控制下按照行频f i 采集靶标图像,并将图像上传到计算单元;
其中,线阵相机的视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标上所有圆弧;
3)将步骤2)中,用于计算行频f i 的半径r i 所对应的圆弧记为待处理圆弧;计算单元获取待处理圆弧的弧长,将其与加工尺寸作差;
4)若半径r i 只有一个,则直接进行步骤5),若半径r i 存在多个,则利用不同的半径r i 重复步骤1)~3),直至获取所有待测圆弧的弧长与其加工尺寸的差值;
5)综合利用圆弧弧长的实测值与加工尺寸的差值的绝对值,评估线阵相机测量系统的测量精度。
本发明方案设计了特殊的靶标,靶标上设有圆弧,当转盘旋转时,线阵相机采集圆弧图像,计算弧长值与加工值的差值绝对值,作为评估线阵相机测量系统测量精度的参数;判定线阵相机测量系统是否满足实际检测精度要求,进而实现快速选型。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的,也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式,显然,根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用,从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等价形式所限定。
Claims (10)
1.一种线阵相机测量系统的测量精度评价装置,所述线阵相机测量系统包括线阵相机和行频控制器;其特征在于,该测量精度评价装置包括:变频器(11)、电机(1)、转盘(2)、靶标(3)、支撑架(4)和图像处理设备;所述变频器(11)与电机连接,用于调节电机按照预设转速旋转;所述转盘(2)安装在电机上、随电机同步转动;所述靶标(3)固定在转盘(2)上,其上设有一条或多条圆弧,各圆弧的弧长和半径的加工尺寸已知、圆心均位于转轴上;所述支撑架(4)用于安装线阵相机(5),使其视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标(3)上所有圆弧;
所述线阵相机采集转动状态下的靶标图像、并将图像上传到图像处理设备;
通过以下方式标记靶标上的待处理圆弧:
方式一:转盘以恒定的角速度B旋转,根据靶标上不同圆弧的半径r i 所述行频控制器调整相机的采集行频f i ,f i = ,m表示线阵相机在当前工作距下的像素当量;将用于计算行频的半径所对应的圆弧记为待处理圆弧;
i=1或者i=1,2……n;n为靶标上半径不相同的圆弧的总条数;
所述图像处理设备用于获取图像中待处理圆弧上的像素点,计算待处理圆弧的弧长,将计算结果与该弧长的加工尺寸值作差,利用差值的绝对值评估线阵相机的精度。
2.一种线阵相机测量系统的测量精度评价装置,所述线阵相机测量系统包括线阵相机、行频控制器和计算单元;
其特征在于,所述测量精度评价装置包括:变频器、电机、转盘、靶标和支撑架;所述变频器与电机连接,用于调节电机按照预设转速旋转;所述转盘安装在电机上、随电机同步转动;所述靶标固定在转盘上,其上设有一条或多条圆弧,各圆弧的弧长和半径的加工尺寸已知、圆心均位于转轴上;所述支撑架用于安装线阵相机,使其视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标上所有圆弧;
线阵相机采集转动状态下的靶标图像并将图像上传到计算单元;
通过以下方式标记靶标上的待处理圆弧:
方式一:转盘以恒定的角速度B旋转,根据靶标上不同圆弧的半径r i 所述行频控制器调整相机的采集行频f i ,f i = ,m表示线阵相机在当前工作距下的像素当量;将用于计算行频的半径所对应的圆弧记为待处理圆弧;
i=1或者i=1,2……n;n为靶标上半径不相同的圆弧的总条数;
所述计算单元用于获取图像中待处理圆弧上的像素点,计算待处理圆弧的弧长,将计算结果与该弧长的加工尺寸值作差,利用差值的绝对值评估视觉检测系统的精度。
3.一种线阵相机测量系统的测量精度评价装置,所述线阵相机测量系统包括线阵相机、行频控制器、计算单元和测速装置;
其特征在于,所述测量精度评价装置包括:变频器、电机、转盘、靶标和支撑架;变频器与电机连接,用于调节电机按照预设转速旋转;转盘安装在电机上、随电机同步转动;靶标固定在转盘上,其上设有一条或多条圆弧,各圆弧的弧长和半径的加工尺寸已知、圆心均位于转轴上;支撑架用于安装线阵相机,使其视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标上所有圆弧;
线阵相机采集转动状态下的靶标图像并将图像上传到计算单元;所述测速装置能够采集靶标旋转的实时角速度,并将实时角速度a传送到计算单元;
i=1或者i=1,2……n;n为靶标上半径不相同的圆弧的总条数;
所述计算单元用于获取图像中待处理圆弧上的像素点,计算待处理圆弧的弧长,将计算结果与该弧长的加工尺寸值作差,利用差值的绝对值评估视觉检测系统的精度;优选,所述测速装置为光电编码器、磁编码器、磁钢或激光雷达。
4.如权利要求2或3所述线阵相机测量系统的测量精度评价装置,其特征在于:所述测量精度评价装置还用于评估测速装置的精度:
将所述测速装置实时检测转盘的当前转速,将其与变频器中设置的转速作差,利用差值绝对值评估测速装置的精度;
其中,测速装置实时检测转盘的当前转速,方式如下:
当测速装置为光电编码器时,所述光电编码器包括光源、光栅盘和光敏元件,所述光栅盘与转盘转轴同轴转动,经光敏元件输出脉冲信号,通过计算单元计算每秒光电编码器输出脉冲的个数获得当前靶标的实时角速度,计算转盘当前转速;
当测速装置为磁编码器时,在电机转轴上安装磁片、将磁编码器安装在转盘旋转中心,磁编码器通过感应磁场变化获取当前靶标的实时角速度,计算转盘当前转速;
当测速装置为磁钢时,其设有至少一对,固定在转盘外周;所述转盘边缘处设有凸起块、随着转盘旋转,所述凸起块为磁块或铁块;当凸起块与磁钢的位置正对时,磁钢向计算单元发出脉冲信号;计算单元根据相邻两次脉冲信号的间隔时间、对应发出脉冲信号的磁钢之间的弧长,解算线速度,再除去转盘半径,获得当前靶标的实时角速度,计算转盘当前转速;
当测速装置为激光雷达时,其设有至少一对,固定在转盘外周,所述转盘边缘处设有凸起物,随着转盘旋转,当凸起与激光雷达的位置正对时,激光雷达向计算单元发出脉冲信号;计算单元根据相邻两次脉冲信号的间隔时间、发出此两次脉冲信号对应的激光雷达之间的弧长,解算线速度,再除去激光雷达与转轴之间的距离,获得当前靶标的实时角速度,计算转盘当前转速。
5.如权利要求1~3中任一项所述线阵相机测量系统的测量精度评价装置,其特征在于:所述圆弧为劣弧;所述圆弧与靶标背景的灰度差值大于100;所述圆弧的线宽为3~30个像素;令圆弧中心线处的线速度等于速度v;计算弧长时,解算圆弧中心线处的弧长;
所述转盘至少转动一圈;
当转盘转动多圈时,每转动一圈,线阵相机采集一幅完整的靶标图像,对应得出一组差值绝对值;当转盘转动结束后,得到多组差值绝对值、形成列表,利用列表评估精度;
所述靶标上设有2~10个圆弧;
所述靶标形态为如下形态中的一种:
形态一:靶标呈四分之一圆,其上均匀分布多个圆弧,各个圆弧对应的圆心角均为90°;
形态二:靶标为圆形靶标,其上均匀分布多个圆弧,各个圆弧对应的圆心角均为90°、且交错分布在圆形靶标的各个区域;
形态三:靶标为半圆形靶标,其上均匀分布多个圆弧,各个圆弧对应的圆心角均为180°。
6.利用如权利要求1所述线阵相机测量系统的测量精度评价装置对线阵相机测量系统的测量精度进行评价方法,所述线阵相机测量系统包括线阵相机和行频控制器;其特征在于,包括如下步骤:
1)利用变频器(11)调节电机转速,使电机(1)按照恒定的转速B旋转;转盘(2)以及固定在转盘上的靶标(3)随电机同步转动;
所述线阵相机在行频控制器的控制下按照行频f i 采集靶标图像,并将图像上传到图像处理设备;
其中,线阵相机的视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标(3)上所有圆弧;
3)将步骤2)中用于计算行频的半径r i 所对应的圆弧记为待处理圆弧;所述图像处理设备获取待处理圆弧的弧长,将其与加工尺寸作差;
4)若半径r i 只有一个,则直接进行步骤5),若半径r i 存在多个,则利用不同的半径r i 重复步骤1)~3),直至获取所有圆弧的弧长与其加工尺寸的差值;
5)综合利用圆弧弧长的实测值与加工尺寸的差值的绝对值,评估线阵相机测量系统获取图像的精度。
7.利用如权利要求1所述线阵相机测量系统的测量精度评价装置对线阵相机测量系统的测量精度进行评价方法,所述线阵相机测量系统包括线阵相机和行频控制器;其特征在于,包括如下步骤:
变频器(11)调节电机转速,使电机(1)按照转速ω i 旋转;转盘(2)以及固定在转盘上的靶标(3)随电机同步转动;
2)所述线阵相机在行频控制器的控制下按照恒定的行频F采集靶标图像,并将图像上传到图像处理设备;
其中,线阵相机的视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标(3)上所有圆弧;
3)将步骤1)中,用于计算转速的半径r i 所对应的圆弧记为待处理圆弧;所述图像处理设备获取待处理圆弧的弧长,将其与加工尺寸作差;
4)若半径r i 只有一个,则直接进行步骤5),若半径r i 存在多个,则利用不同的半径r i 重复步骤1)~3),直至获取所有圆弧的弧长与其加工尺寸的差值;
5)综合利用圆弧弧长的实测值与加工尺寸的差值的绝对值,评估线阵相机测量系统获取图像的精度。
8.利用如权利要求2所述线阵相机测量系统的测量精度评价装置对线阵相机测量系统的测量精度进行评价方法,所述线阵相机测量系统包括线阵相机、行频控制器和计算单元;其特征在于,包括以下步骤:
1)利用变频器调节电机转速,使电机按照恒定的转速B旋转;转盘以及固定在转盘上的靶标随电机同步转动;
线阵相机在行频控制器的控制下按照预设的行频f i 采集靶标图像,并将图像上传到计算单元;
其中,线阵相机的视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标上所有圆弧;
3)将步骤2)中,用于计算行频的半径r i 所对应的圆弧记为待处理圆弧;所述计算单元获取待处理圆弧的弧长,将其与加工尺寸作差;
4)若半径r i 只有一个,则直接进行步骤5),若半径r i 存在多个,则利用不同的半径r i 重复步骤1)~3),直至获取所有待测圆弧的弧长与其加工尺寸的差值;
5)综合利用圆弧弧长的实测值与加工尺寸的差值的绝对值,评估线阵相机测量系统的测量精度。
9.利用如权利要求2所述线阵相机测量系统的测量精度评价装置对线阵相机测量系统的测量精度进行评价方法,所述线阵相机测量系统包括线阵相机、行频控制器和计算单元;其特征在于,包括以下步骤:
变频器调节电机转速,使电机按照转速ω i 旋转;转盘以及固定在转盘上的靶标随电机同步转动;
2)线阵相机安装在转盘周围,线阵相机在行频控制器的控制下按照恒定的行频F采集靶标图像,并将图像上传到计算单元;
其中,线阵相机的视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标上所有圆弧;
3)将步骤1)中,用于计算转速的半径r i 所对应的圆弧记为待处理圆弧;所述计算单元获取图像待处理圆弧的弧长,将其与加工尺寸作差;
4)若半径r i 只有一个,则直接进行步骤5),若半径r i 存在多个,则利用不同的半径r i 重复步骤1)~3),直至获取所有待测圆弧的弧长与其加工尺寸的差值;
5)综合利用圆弧弧长的实测值与加工尺寸的差值的绝对值,评估线阵相机测量系统的测量精度。
10.一种利用如权利要求3所述线阵相机测量系统的测量精度评价装置对线阵相机测量系统的测量精度进行评价方法,所述线阵相机测量系统包括线阵相机、行频控制器、计算单元和测速装置;其特征在于,包括以下步骤:
1)利用变频器调节电机转速,使电机旋转;转盘以及固定在转盘上的靶标随电机同步转动;测速装置采集靶标旋转的实时角速度a;
线阵相机在行频控制器的控制下按照行频f i 采集靶标图像,而后将图像上传到计算单元;
其中,线阵相机的视场位于转盘的半径上且覆盖到靶标上所有圆弧;
3)将步骤2)中,用于计算行频的半径r i 所对应的圆弧记为待处理圆弧;所述计算单元获取待处理圆弧的弧长,将其与加工尺寸作差;
4)若半径r i 只有一个,则直接进行步骤5),若半径r i 存在多个,则利用不同的半径r i 重复步骤1)~3),直至获取所有待测圆弧的弧长与其加工尺寸的差值;
5)综合利用圆弧弧长的实测值与加工尺寸的差值的绝对值,评估线阵相机测量系统的测量精度。
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