CN204535658U - 一种高精度异型型材激光测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高精度异型型材激光测量仪，用于解决现有非接触式检测装置对异型型材进行检测时存在的精度低的问题。本实用新型包括底座，所述底座上设置有环状的机壳，所述机壳沿径向方向上均匀设置有至少三个测量头，所述测量头包括测量头机壳和安装在测量头机壳内的安装底板，安装底板安装有激光器和用于驱动激光器发射出线性激光的激光器驱动器，所述激光器的光路上设置有反射棱镜，所述安装底板上还安装有用于接收被测物发射光的矩阵相机，所述矩阵相机中设有用于光路接收单元，所述光路接收单元电连接信号处理器和图像采集器；所述矩阵相机的镜头和反射棱镜穿过机壳并延伸入机壳的内圆弧中。

Description

一种高精度异型型材激光测量仪

技术领域

本实用新型属于激光测量技术领域，具体涉及一种高精度异型型材激光测量仪。

背景技术

对于具有一定标准形状的物体来说，测量其外形尺寸的方法可分为两类：1、接触式测量，2、非接触式测量。第二种测量方式广泛被社会所接受，而非接触测量方法主要以光电、电磁、超声波等技术为基础，在仪器的感受物体不与被测物表面接触的情况下，即可获取被测物体的各种外表或内在的数据特征。而光电检测技术中的CCD光电检测技术可谓是异军突起，CCD光电检测技术是对工业生产线上的物体进行在线尺寸测量,具有完全非接触性的优点,是保证成品质量的关键手段之一。为了提高生产中的物体尺寸的测量精度、降低测量系统的成本,采用的摄像机标定、图像拼接技术和子像素边缘检测技术等关键技术,实现了对物体外形尺寸的高精度测量与控制。

 国外从上个世纪70年代开始，就开展了基于CCD技术的图像检测技术及其工业领域的研究和应用。以CCD为传感器的各种非接触尺寸检测方法，较之传统的机械式、光学式、电磁式测量方法，在现实尺寸检测的智能化和自动化方面具有很大优势。日本东京光电子工业股份公司采用以He-Ne激光器为光源，研制了激光扫描非接触式尺寸测量装置，成功得到了被测物的一维尺寸。

浙江大学国家光学仪器工程技术研究中心研制的CCD线径测量仪，通过光电成像技术，利用被测物在成像传感器上的投影进行物体径向宽度的测量。该技术成功用于卷烟生产中控制烟支直径、波管生产中控制波管直径、线材的拉伸中控制线径的粗细、轧制圆钢板和元钢生产中对径向尺寸进行实时在线非接触式检测。

北京凯瑞德图像技术有限责任公司研究开发了用面阵CCD摄像头和计算机代替人眼对目标的识别、测量及检测技术和产品。如：“灯泡半成品图像检测装置”、“玻壳锥管加工焊接处自动检测系统”、“三维图像检测仪”、“轮对尺寸数据自动检测系统”。

南京大学的南京浪博科教仪器所其生产的DM99CCD微机测径实验仪，利用CCD线阵光电传感器具有灵敏度高、性能稳定、抗干扰能力强、便于计算机处理等特点，在工业生产中广泛应用于各类成品的尺寸检测控制，如管线、轧制材料、光/电缆、机械零件等。其测量范围在测量范围：0.8-2.5mm。

从目前国内学者所进行的大量研究工作和工程应用来看，在对零件进行自动光学非接触式检测方面，许多工作主要集中在对一维参数的检测应用方面，而对二维、三维的高精度检测检测上一般较少。因为多维光学系统几何校正比较困难，使其检测精度难于达到较高要求。因此研发基于CCD技术的高速、高精度的光电图像多维多尺寸自动检测系统，实现其在工业生产线上的实时监控、成品检测和产品质量控制的应用具有重大的实用价值。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有非接触式检测装置对异型型材进行检测时存在的精度低的问题，而提供一种高精度异型型材激光测量仪，能够对异型材进行全方位的检测，具有精度高的特点。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种高精度异型型材激光测量仪，包括底座，其特征在于，所述底座上设置有环状的机壳，所述机壳沿径向方向上均匀设置有至少三个测量头，所述测量头包括测量头机壳和安装在测量头机壳内的安装底板，安装底板安装有激光器和用于驱动激光器发射出线性激光的激光器驱动器，所述激光器的光路上设置有反射棱镜，所述安装底板上还安装有用于接收被测物发射光的矩阵相机，所述矩阵相机中设有光路接收单元，所述光路接收单元电连接信号处理器和图像采集器；所述矩阵相机的镜头和反射棱镜穿过机壳并延伸入机壳的内圆弧中。

所述激光器和激光器驱动器平行安装在安装底板上。

所述激光器和激光器驱动器经激光器固定调节块安装在安装底板上。

所述反射棱镜经反射棱镜固定框安装在安装底板上。

所述矩阵相机与激光器之间具有倾斜角度。

所述底座上设置立板，所述立板上连接有角度调节板，所述机壳经连接板与角度调节板连接。

所述角度调节板上设置有弧形槽，所述角度调节板经锁紧旋钮与立板连接。

所述机壳的径向方向上均匀设置有4个测量头。

所述矩阵相机的镜头配设有镜头调节座。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的激光器发出的线性激光通过反射棱镜聚焦到被测物体的表面，被测物体的表面发射回的发射光被安装在矩阵相机前端的镜头所收集，再投射到矩阵相机中的光路接收单元（CCD），通过信号处理器和图像采集器，获得被测物体的表面信息，传输至电脑软件中进行相应的数据与图像分析处理；本实用新型通过至少3个测量头，通过坐标交换、空间拟合的方法能在电脑软件上得到整个被测物体剖面的相应信息（如角度、半径和距离），使得本实用新型精确的测量被测物体的表面信息，具有测量精度高的特点。本实用新型使用的全方位激光三角测量法有效的避免了一维、二维测量中被测物体的测量死角与测量细节不完全的弊端，提高了测量精度。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的结构示意图；

图2是本实用新型的左视图结构示意图；

图3是本实用新型的测量头结构示意图；

图中标记：1、底座，2、立板，3、角度调节板，4、连接板，5、机盖，6、机壳，7、测量头，8、测量头机壳，9、安装底板，10、激光器，11、激光器驱动器，12、激光器固定调节块，13、反射棱镜固定框，14、反射棱镜，15、镜头，16、镜头调节座，17、矩阵相机，18、锁紧旋钮。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本实用新型的保护范围。

结合图1、图2和图3，本实用新型的高精度异型型材激光测量仪，包括底座1，所述底座1上设置有环状的机壳6，优选地，机壳6还设置有缺口，即机壳呈C状，便于安装和制造，同时机壳6配设有机盖5，便于测量头的安装和密封。所述机壳6沿径向方向上均匀设置有至少三个测量头7，所述测量头7包括测量头机壳8和安装在测量头机壳8内的安装底板9，安装底板9安装有激光器10和用于驱动激光器10发射出线性激光的激光器驱动器11，优选地，每个测量头内设置有4个光学镜片，激光由调制激光二极管通过光学镜片发光产生，对于激光器的发光原理，本领域的技术人员都能明白和理解，在此不再赘述。所述激光器10的光路上设置有反射棱镜14，所述安装底板9上还安装有用于接收被测物发射光的矩阵相机17，所述矩阵相机17中设有光路接收单元（CCD），所述光路接收单元电连接有信号处理器和图像采集器，光路接收单元、信号处理器和图像采集器属于现有技术产品，在此不再赘述；所述矩阵相机10的镜头15和反射棱镜14穿过机壳6并延伸入机壳6的内圆弧中，即是说测量头的矩阵相机和反射棱镜置于机壳的内圆弧中，被测物体置于几个测量头之间，由于测量头沿机壳的径向方向均匀设置，使得能够对被测物体进行多维扫描。

本实用新型的激光器发出的线性激光通过反射棱镜聚焦到被测物体的表面，被测物体的表面发射回的发射光被安装在矩阵相机前端的镜头所收集，再投射到矩阵相机中的光路接收单元（CCD），通过信号处理器和图像采集器，获得被测物体的表面信息，传输至电脑软件中进行相应的数据与图像分析处理；本实用新型通过至少3个测量头，通过坐标交换、空间拟合的方法能在电脑软件上得到整个被测物体剖面的相应信息（如角度、半径和距离），使得本实用新型精确的测量被测物体的表面信息，具有测量精度高的特点。本实用新型使用的全方位激光三角测量法有效的避免了一维、二维测量中被测物体的测量死角与测量细节不完全的弊端，提高了测量精度。

与此同时，能把测量物体的轮廓与上下偏差曲线轮廓相比较，从而能在线实时监控被测物体被定义的测量参数合格情况，如果超过了可允许的最大偏差就会有信号发出，并以不同的颜色显示测量结果。通常情况下，两种超差控制极限都是测量之前已经被定义完成了。同时也能很简单的定义新的不规则形状线材的种类。

本实用新型的工作过程是：1、每个测量头的激光器发出适合宽度的线性激光对被测物体圆周进行照射；2、激光光束通过反射棱镜后照射到被测物体上，几束（至少三束）激光光束照射于被测物体水平圆周的不同段上，必须保证各束激光光束出光位置的一致性，从而保证几束条形光汇聚于被测物体水平圆周方向上；3、汇聚在被测物体圆周上的激光光束同时发射到矩阵相机前端的镜头上；4、镜头固定安装于矩阵相机的前端，透镜上提供有调节光圈的镜头调节座，调节光圈的大小将改变从被测物体发射的光的成像质量；5、CCD采集获取通过镜头的发射光，一个平面在面阵CCD里的成像是一条直线，而不同高度的平面（具有高度差的平面）在面阵CCD里成像为一条折线；6、通过软件处理将各自的高度剖面（激光线）图像，转化成同一坐标系内，并拟合到一个坐标系中的一幅被测物体的剖面图；7、通过软件客户能够输入早已经定义好尺寸、角度、弧度等测量信息的比对图；8、实时轮廓图与标准定义图相比对后，能够很直观的获得尺寸、角度、弧度是否为合格或者不合格的超差值。

本实用新型采用了至少3组测量头，能够同时满足离线和在线高精度测量。当被测物运动过程中，通过高速图像处理、坐标变换将四组采集的数据与图像拟合到同一坐标系中，形成一幅被测物横向剖面图。该剖面图中包含了该物体部分尺寸、角度、弧度信息。

作为本实用新型一种优选的方式，激光器10和激光器驱动器11平行安装在安装底板9上，所述激光器10和激光器驱动器11经激光器固定调节块12安装在安装底板9上。

反射棱镜14经反射棱镜固定框13安装在安装底板9上。

本实用新型的矩阵相机17与激光器10之间具有倾斜角度。

作为本实用新型一种优选的方式，提高本实用新型的实用性，底座1上设置立板2，所述立板2上连接有角度调节板3，所述机壳6经连接板4与角度调节板3连接。

作为角度调节板一种调节方式，角度调节板3上设置有弧形槽，所述角度调节板3经锁紧旋钮18与立板2连接。

优选地，机壳6的径向方向上均匀设置有4个测量头，便于对被测物体进行全方位的扫描，进一步提高测量精度。

所述矩阵相机17的镜头15配设有镜头调节座16，改变从被测物体发射的光的成像质量。

实施例一

本实施例的高精度异型型材激光测量仪，包括底座，所述底座上设置有环状的机壳，所述机壳沿径向方向上均匀设置有至少三个测量头，所述测量头包括测量头机壳和安装在测量头机壳内的安装底板，安装底板安装有激光器和用于驱动激光器发射出线性激光的激光器驱动器，所述激光器的光路上设置有反射棱镜，所述安装底板上还安装有用于接收被测物发射光的矩阵相机，所述矩阵相机中设有光路接收单元，所述光路接收单元电连接信号处理器和图像采集器；所述矩阵相机的镜头和反射棱镜穿过机壳并延伸入机壳的内圆弧中。

实施例二

本实施例的高精度异型型材激光测量仪，包括底座，所述底座上设置有环状的机壳，所述机壳沿径向方向上均匀设置有至少三个测量头，所述测量头包括测量头机壳和安装在测量头机壳内的安装底板，安装底板安装有激光器和用于驱动激光器发射出线性激光的激光器驱动器，所述激光器的光路上设置有反射棱镜，所述安装底板上还安装有用于接收被测物发射光的矩阵相机，所述矩阵相机中设有光路接收单元，所述光路接收单元电连接信号处理器和图像采集器；所述矩阵相机的镜头和反射棱镜穿过机壳并延伸入机壳的内圆弧中。所述激光器和激光器驱动器平行安装在安装底板上。所述激光器和激光器驱动器经激光器固定调节块安装在安装底板上。

实施例三

在上述实施例一或实施例二的基础之上，反射棱镜经反射棱镜固定框安装在安装底板上。

实施例四

在上述任一实施例的基础之上，矩阵相机与激光器之间具有倾斜角度。

实施例五

在上述任一实施例的基础之上，所述底座上设置立板，所述立板上连接有角度调节板，所述机壳经连接板与角度调节板连接。

实施例六

在上述任一实施例的基础之上，所述角度调节板上设置有弧形槽，所述角度调节板经锁紧旋钮与立板连接。

实施例七

在上述任一实施例的基础之上，所述机壳的径向方向上均匀设置有4个测量头。

实施例八

在上述任一实施例的基础之上，所述矩阵相机的镜头配设有镜头调节座。

Claims (9)

1. 一种高精度异型型材激光测量仪，包括底座，其特征在于，所述底座上设置有环状的机壳，所述机壳沿径向方向上均匀设置有至少三个测量头，所述测量头包括测量头机壳和安装在测量头机壳内的安装底板，安装底板安装有激光器和用于驱动激光器发射出线性激光的激光器驱动器，所述激光器的光路上设置有反射棱镜，所述安装底板上还安装有用于接收被测物发射光的矩阵相机，所述矩阵相机中设有光路接收单元，所述光路接收单元电连接信号处理器和图像采集器；所述矩阵相机的镜头和反射棱镜穿过机壳并延伸入机壳的内圆弧中。

2.根据权利要求1所述的高精度异型型材激光测量仪，其特征在于，所述激光器和激光器驱动器平行安装在安装底板上。

3.根据权利要求2所述的高精度异型型材激光测量仪，其特征在于，所述激光器和激光器驱动器经激光器固定调节块安装在安装底板上。

4.根据权利要求3所述的高精度异型型材激光测量仪，其特征在于，所述反射棱镜经反射棱镜固定框安装在安装底板上。

5.根据权利要求1—4任一所述的高精度异型型材激光测量仪，其特征在于，所述矩阵相机与激光器之间具有倾斜角度。

6.根据权利要求5所述的高精度异型型材激光测量仪，其特征在于，所述底座上设置立板，所述立板上连接有角度调节板，所述机壳经连接板与角度调节板连接。

7.根据权利要求6所述的高精度异型型材激光测量仪，其特征在于，所述角度调节板上设置有弧形槽，所述角度调节板经锁紧旋钮与立板连接。

8.根据权利要求7所述的高精度异型型材激光测量仪，其特征在于，所述机壳的径向方向上均匀设置有4个测量头。

9.根据权利要求8所述的高精度异型型材激光测量仪，其特征在于，所述矩阵相机的镜头配设有镜头调节座。