CN203704867U - 一种工业测量专用机器视觉系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种工业测量专用机器视觉系统，包括工业用计算机、工业用数字相机、系统照明光源和系统测量校准配件，所述的系统测量校准配件包括相机角度校准配件和测量尺寸校准配件，计算机电连接触摸式显示屏和相机，相机前置光学镜头，相机固定安装于适配板上，适配板活动安装于机械运动平台上，相机角度校准配件包括多块厚度不同的且开设有标准圆形通孔的校准板，测量尺寸校准配件设有刚性校准板或透明薄膜样板，刚性校准板或透明薄膜样板上设有已知长度且相互垂直的线段。本实用新型通过设置相机角度校准配件和测量尺寸校准配件使得机器视觉系统的测量准确度高，重复性好，实用性强，系统测量校准配件的结构简单，容易操作。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器视觉精密检测装置技术领域，具体地说，是一种工业测量专用机器视觉系统。
背景技术
机器视觉系统即智能相机是利用机器代替人眼来做各种测量和判断，在目前工业领域中有较广泛的应用，包括汽车零部件尺寸和外观形状检测、电子零部件尺寸和外观检测、线路板和半导体晶圆缺陷和尺寸检测、金属紧固件和塑胶件外观形状和尺寸检测等。由于职能相对单一，是专门为了解决一个或非常有限的几个问题而设计，使用时用户无需编程、无需二次开发，只需操作按键，因此使用简单，广泛应用于工业生产线上零部件的测量或检测。
但是现有的机器视觉系统也存在不足之处。其一，就是在一些应用中相机安装角度不当，相机和待检测物体表面不垂直，系统没有提供简便的工具来检验和校准相机安装角度以帮助相机正确安装，进而保障相机拍摄方向和被检测物体表面垂直。设计较复杂的机器视觉系统可在被测物体一侧放置镜面，相机从镜面上拍摄相机本身或其上某一标识，以检验相机安装角度，但这样的系统辅件增加了成本，调试过程相对复杂，没有统一的标准，比较依赖人工操作，在实际生产环境中重复性较差，测量质量不能完全保障。
其二，在测量工件尺寸时往往需要有已知标准尺寸的物体作为参考，来做尺寸校准，目前机器视觉领域里常见的使用印有图案的标准尺寸模板的方法，在实际生产应用中由于环境的影响具有以下缺陷：（1）工作空间不足以放置标准尺寸模板，（2）被测物体有多种，各自的相机工作距离不同，（3）操作人员没有受过相关训练，不足以完成相对比较复杂的校准操作等，使得测量尺寸校准操作困难，质量难以保障。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术中的不足，提供一种工业测量专用机器视觉系统，其设有相机角度校准配件和测量尺寸校准配件，测量精度高，使用简便，性能可靠。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：
一种工业测量专用机器视觉系统，包括工业用计算机、工业用数字相机、系统照明光源，还包括系统测量校准配件，所述的系统测量校准配件包括相机角度校准配件和测量尺寸校准配件；
所述的计算机为无风扇防尘式工控机，电连接触摸式显示屏；计算机上有CPU、内存、硬盘等基本部件，还包括USB、TCP/IP、串口RS232、RS485、以及多种PLC通讯接口，通过通讯方式接到外部命令，采集图像，分析图像如测量物体尺寸、位置等，获得结果并以通讯的方式将结果传回或传出；显示屏在系统维护、校准、制定工作方案时使用，在正常工作时往往不需要显示屏；
所述的相机前置光学镜头，相机固定安装于适配板上，适配板活动安装于机械运动平台上，相机电连接所述的计算机；相机根据应用不同，可以是不同的CCD、CMOS数字相机，有不同的分辨率、帧速等，有标准接口如USB、GigE、IEEE 1394等；光学镜头可以是显微、广角、远心等类型，光学镜头和相机间有标准接口，如CS接口、C接口，易于更换；
所述的系统照明光源采用正面照明方式或背光照明方式，根据应用不同，可以使用不同的光源材料，如LED发光体；
所述的相机角度校准配件包括多块厚度不同的且开设有标准圆形通孔的校准板，不同校准板的圆形通孔的孔径与孔深比例不同，决定了测量所需精度；
所述的测量尺寸校准配件设有刚性校准板或透明薄膜样板，刚性校准板或透明薄膜样板上设有已知长度且相互垂直的线段。
进一步地，所述的相机前置的光学镜头设有滤波片和/或偏振片。
进一步地，所述的相机设有多个，均电连接至所述的计算机，以便进行同时测量或立体测量，计算机可连接并支持多台相机工作。
进一步地，所述的相机角度校准配件的校准板为不透明的或半透明的，在有些应用中，校准相机角度时还关心相机视场中心的位置，半透明材料制成的校准板可以让相机在拍到圆形通孔位置时拍摄到校准板后面的物体。
进一步地，所述的刚性校准板或透明薄膜样板上的线段组成的图案为十字形或矩形或L形。
进一步地，所述的矩形为正方形。
进一步地，所述的透明薄膜样板带有能使样板贴在被测工件表面的反胶。由于透明薄膜样板可直接贴在被测工件表面，相比刚性校准板具有更高的精度和实用性，且材料成本更低廉。
进一步地，所述的测量尺寸校准配件设有多块厚度不同的刚性校准板，方便选择以便校准时的相机工作距离和实际测量时的相机工作距离更接近，减小误差。
进一步地，所述的机械运动平台带动相机在同一平面上两相互垂直的方向运动，调整相机的拍摄位置。
进一步地，所述的机械运动平台上开有两个圆形螺孔，适配板上开有一圆形螺孔和一弧形开孔，适配板通过螺栓或螺钉活动安装在机械运动平台上，相机可在同一平面上自由转动，调整拍摄角度。
本实用新型优点在于：
1、本实用新型工业测量专用机器视觉系统设有相机角度校准配件，相机角度校准配件包括多块厚度不同的且开设有标准圆形通孔的校准板，不同校准板的圆形通孔的孔径与孔深比例不同，决定了测量所需精度；
2、该机器视觉系统设有测量尺寸校准配件，测量尺寸校准配件设有刚性校准板或透明薄膜样板，刚性校准板或透明薄膜样板上设有已知长度且相互垂直的线段，使得校准时的相机工作距离和实际测量时的工作距离比较接近，能降低总测量误差；
3、通过适配板的灵活安装可自由调整相机拍摄角度，降低校准和实际测量误差；
4、本实用新型提供的机器视觉系统能完成相对复杂的校准操作，重复性好，测量准确度高，实用性强，系统测量校准配件的结构简单，容易操作。
附图说明
附图1是工业测量专用机器视觉系统的结构示意图。
附图2是相机、适配板和机械运动平台的装配图。
附图3是相机角度校准示意图。
附图4是相机角度校准时采集的图像。
附图5是测量尺寸校准示意图一。
附图6是测量尺寸校准时采集的图像。
附图7是测量尺寸校准示意图二。
附图8是不同厚度和不同图案的刚性校准板。
附图9是测量尺寸校准示意图三。
附图10是采用背光照明方式的结构示意图。
附图11是采用背光照明方式时的相机角度校准示意图。
附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：
1.计算机 2.显示屏
3.相机 4.光学镜头
5.LED光源 6.适配板
7.机械运动平台 8.圆形螺孔
9.弧形开孔 10.螺栓
11.载物台 12.被测工件
13.相机角度校准板 14.圆形通孔
15.刚性校准板 16.十字形图案
17.正方形图案 18.透明薄膜样板
19.传送带 20.透明毛玻璃。
具体实施方式
下面结合实施例并参照附图对本实用新型作进一步描述。
请参照图1，所示的工业测量专用机器视觉系统包括工业用计算机1、工业用数字相机3和系统照明光源的LED光源5。计算机1为无风扇防尘式工控机，电连接触摸式显示屏2。计算机1上有CPU、内存、硬盘等基本部件，还包括USB、TCP/IP、串口RS232、RS485、以及多种PLC通讯接口，通过通讯方式接到外部命令，采集图像，分析图像如测量物体尺寸、位置等，获得结果并以通讯的方式将结果传回或传出。显示屏2在系统维护、校准、制定工作方案时使用，在正常工作时往往不需要显示屏2。相机3前置光学镜头4，相机3固定安装于适配板6上，适配板6活动安装于机械运动平台7上，相机3电连接所述的计算机1。相机3根据应用不同，可以是不同的CCD、CMOS数字相机，有不同的分辨率、帧速等，有标准接口如USB、GigE、IEEE 1394等。光学镜头4可以是显微、广角、远心等类型，光学镜头4和相机3间有标准接口，如CS接口、C接口，易于更换。光学镜头4设有滤波片和/或偏振片，提高采集图像质量。
图2所示为相机3、适配板6和机械运动平台7的装配图。相机3固定在适配板6上，适配板6上开有一圆形螺孔8和一弧形开孔9，机械运动平台7上开有两个圆形螺孔8，适配板6通过两个螺栓10安装在机械运动平台7上。通过改变弧形开孔9与螺栓10的相对位置可以使相机3在同一平面上自由转动，进而调整拍摄角度。机械运动平台7由多块板组成，板与板之间通过滑槽和凸块限制板的运动路径，可使相机3做水平运动或垂直运动，调整相机3的拍摄位置。
图1中所示的系统照明光源采用正面照明方式，相机3与LED光源5位于被测工件12的同一侧，被测工件12放置于载物台11上，相机3的光学镜头4对准被测工件12。在进行实际测量工作之前，该机器视觉系统还需要校准，本实用新型的系统还包括系统测量校准配件，所述的系统测量校准配件包括相机3角度校准配件和测量尺寸校准配件。
图3所示为相机3角度校准示意图，图中虚线箭头表示相机3转动轨迹。本实用新型机器视觉系统的相机3角度校准配件包括开设有标准圆形通孔14的校准板13，校准板13放置于载物台11上。校准板13可设置多块，它们厚度不同，每块校准板13的圆形通孔14的孔径与孔深比例不同，决定了测量所需精度。相机3实时采集信号并传送至计算机1，通过显示屏2给出采集图像。
请见图4所示的相机3角度校准时采集的图像，（a）图中显示屏2中心为一缺圆，说明相机3不垂直于被测工件12，此时调整相机3的角度，直至出现（b）图中完整的圆形，计算机1采用图像处理算法就可以探测图像中是否包括完整亮圆，例如作圆弧边缘探测，然后检验拟合圆内是否充分填充，出现完整圆形说明相机3垂直于被测工件12。相机3角度校准配件的校准板13可以是不透明的或半透明的，在有些应用中，校准相机3角度时还关心相机3视场中心的位置，半透明材料制成的校准板13可以让相机3在拍到圆形通孔14位置时拍摄到校准板13后面的物体。
本实用新型机器视觉系统的测量尺寸校准配件设有刚性校准板15或透明薄膜样板18。请参照图5，图5是测量尺寸校准示意图一，具有十字形图案16的刚性校准板15放置于载物台11上，十字形图案16中的线段长度和刚性校准板15的厚度已知，预先将数据录入计算机1中便于处理数据算出实际对应的尺寸。相机3将采集数据传送至计算机1，采集图像通过显示屏2显示，如图6所示，显示屏2中心出现十字形。刚性校准板15上的图案也可以是图7中所示的正方形图案17，或者L形图案，只要图案中具有相互垂直的线段即可。
请见图8，图中（a）、（b）所示的刚性校准板15具有十字形图案16，（c）、（d）所示的刚性校准板15具有正方形图案17；（a）、（c）所示的刚性校准板15的厚度较小，（b）、（d）所示的刚性校准板15的厚度较大，刚性校准板15厚度不同方便测量不同高度的被测工件12时的校准，使得校准时相机3工作距离和实际测量时的工作距离比较接近，降低校准或测量误差。
测量尺寸校准配件还可以设有透明薄膜样板18，如图9所示，透明薄膜样板18很薄且带有反胶，能贴在被测工件12表面，没有高度差，相比刚性校准板15具有更高的精度和实用性，且材料成本更低廉。透明薄膜样板18的图案既可以是十字形图案16也可以是正方形图案17或L形图案。
图10 和图11所示的机器视觉系统的系统照明光源采用背光照明方式，相机3和LED光源5分别位于传送带19的两侧，被测工件12通过传送带19从中间穿过，系统照明光源的LED光源5的光线通过透明毛玻璃20透射，该方式常用于工件外形尺寸测量。图11所示相机3角度校准示意图，通过校准板13检验显示屏2图像中是缺圆还是完整圆形，判断相机3角度是否正确，进而调整、校准相机3角度。同样的原理，背光照明方式中测量尺寸校准的工作与正面照明方式一样，通过刚性校准板15或透明薄膜样板18进行校准。
本系统的相机3角度与测量尺寸均校准好以后，即可进行多种工件检测，使用方便，重复性好。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种工业测量专用机器视觉系统，包括工业用计算机、工业用数字相机、系统照明光源，其特征在于，还包括系统测量校准配件，所述的系统测量校准配件包括相机角度校准配件和测量尺寸校准配件；
所述的计算机为无风扇防尘式工控机，电连接触摸式显示屏；
所述的相机前置光学镜头，相机固定安装于适配板上，适配板活动安装于机械运动平台上，相机电连接所述的计算机；
所述的系统照明光源采用正面照明方式或背光照明方式；
所述的相机角度校准配件包括多块厚度不同的且开设有标准圆形通孔的校准板，不同校准板的圆形通孔的孔径与孔深比例不同；
所述的测量尺寸校准配件设有刚性校准板或透明薄膜样板，刚性校准板或透明薄膜样板上设有已知长度且相互垂直的线段。
2.根据权利要求1所述的工业测量专用机器视觉系统，其特征在于，所述的相机前置的光学镜头设有滤波片和/或偏振片。
3.根据权利要求1所述的工业测量专用机器视觉系统，其特征在于，所述的相机设有多个，均电连接至所述的计算机。
4.根据权利要求1所述的工业测量专用机器视觉系统，其特征在于，所述的相机角度校准配件的校准板为不透明的或半透明的。
5.根据权利要求1所述的工业测量专用机器视觉系统，其特征在于，所述的刚性校准板或透明薄膜样板上的线段组成的图案为十字形或矩形或L形。
6.根据权利要求5所述的工业测量专用机器视觉系统，其特征在于，所述的矩形为正方形。
7.根据权利要求1或5所述的工业测量专用机器视觉系统，其特征在于，所述的透明薄膜样板带有能使样板贴在被测工件表面的反胶。
8.根据权利要求1所述的工业测量专用机器视觉系统，其特征在于，所述的测量尺寸校准配件设有多块厚度不同的刚性校准板。
9.根据权利要求1所述的工业测量专用机器视觉系统，其特征在于，所述的机械运动平台带动相机在同一平面上两相互垂直的方向运动。
10.根据权利要求1或9所述的工业测量专用机器视觉系统，其特征在于，所述的机械运动平台上开有两个圆形螺孔，适配板上开有一圆形螺孔和一弧形开孔，适配板通过螺栓或螺钉活动安装在机械运动平台上。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20140709 Termination date: 20170219 |