CN210719044U

CN210719044U - 圆柱件检测系统

Info

Publication number: CN210719044U
Application number: CN201922253199.XU
Authority: CN
Inventors: 何志峰; 朱海斌; 房亮
Original assignee: Institute of Flexible Electronics Technology of THU Zhejiang
Current assignee: Institute of Flexible Electronics Technology of THU Zhejiang
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2020-06-09
Anticipated expiration: 2029-12-16

Abstract

本实用新型涉及一种圆柱件检测系统包括：通过测量辅助模块支承所述圆柱件以使圆柱件绕轴转动，图像采集模块采集转动的圆柱件的图像信息，数据处理模块根据图像信息对圆柱件的外轮廓线进行精确三维重构，计算出圆柱件外径所有位置的参数。上述圆柱件检测系统无需接触测量且不受人为因素干扰，解决了人工抽样测量过程中的测量精度低、测量范围有限、费时费力及危险性等问题，提高了检测效率，降低了批量化生产过程中的测试成本。

Description

圆柱件检测系统

技术领域

本实用新型涉及机器视觉技术领域，特别是涉及一种圆柱件检测系统。

背景技术

现在国内的涂覆型薄膜材料制造厂已经发现了轮辊外径不均对生产质量造成的极坏影响，并针对该问题积极设立措施。目前制造厂大多采取的方法是人工使用卷尺对轮辊外圈周长进行抽样测量，通过对比手工测得的周长值来分析轮辊外径是否均匀，但是人工卷尺方式对轮辊外径进行抽样测量存在的测量精度低、范围测量窄、费时费力、破坏生产环境等弊端。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有测量方式测量精度低、容易被干扰问题，提供一种圆柱件检测系统。

一种圆柱件检测系统，所述圆柱件检测系统包括：测量辅助模块、图像采集模块和数据处理模块；

所述测量辅助模块，用于支承所述圆柱件以使所述圆柱件绕轴转动；

所述图像采集模块与所述数据处理模块连接，用于采集所述圆柱件的图像信息，并将所述图像信息发送至所述数据处理模块；

所述数据处理模块，用于接收所述图像信息，根据所述图像信息生成所述圆柱件的结构参数。

在其中一个实施例中，所述测量辅助模块包括轴向固定件和转动件，所述轴向固定件固定于所述圆柱件中轴线处，所述转动件通过所述轴向固定件与所述圆柱件连接，用于驱动所述圆柱件绕轴转动。

在其中一个实施例中，所述测量辅助模块还包括标杆和连接杆件，所述标杆的两端通过所述连接杆与所述轴向固定件连接，所述标杆与所述圆柱件的中轴线平行设置，且所述标杆长度大于所述圆柱件长度。

在其中一个实施例中，所述测量辅助模块还包括背景板和光源；

所述背景板设置于所述圆柱件远离所述图像采集模块的一侧，所述背景板朝向所述圆柱件一侧的投影的长度大于所述圆柱件的长度，所述背景板朝向所述圆柱件一侧的投影覆盖所述标杆且至少部分覆盖所述圆柱件；

所述光源设置于所述背景板远离所述圆柱件的一侧，用于发光照射所述背景板，所述图像采集模块采集所述背景板、所述标杆以及所述圆柱件的图像信息。

所述背景板设置于所述圆柱件靠近所述图像采集模块的一侧，且所述背景板朝向所述圆柱件一侧的投影的长度大于所述圆柱件的长度，所述背景板朝向所述圆柱件一侧的投影覆盖所述标杆且至少部分覆盖所述圆柱件；

所述光源设置于所述圆柱件远离所述图像采集模块的一侧，用于发光照射所述圆柱件，将所述圆柱件与所述标杆的间隙投影于所述背景板，所述图像采集模块采集所述背景板上的图像信息。

在其中一个实施例中，与所述标杆相对的所述圆柱件外轮廓线与所述标杆之间的距离为1cm～10cm。

在其中一个实施例中，所述测量辅助模块包括支杆，所述图像采集模块包括距离检测单元；

所述支杆与所述圆柱件的中轴线平行设置，所述支杆上设置有一个或多个所述距离检测单元，一个或多个所述距离检测单元的检测区域至少覆盖与所述支杆相对的所述圆柱件外轮廓线，所述距离检测单元与所述数据处理模块连接，所述距离检测单元用于检测所述支杆相对的所述圆柱件外轮廓线与所述支杆之间的距离，并将所述距离传输至所述数据处理模块。

在其中一个实施例中，所述图像采集模块包括一个或多个图像采集单元，

一个或多个所述图像采集单元的图像采集区域至少覆盖与所述标杆相对的所述圆柱件外轮廓线。

在其中一个实施例中，所述图像采集模块包括第一图像采集单元和第二图像采集单元；

所述第一图像采集单元用于采集所述圆柱件上第一区域的图像；

所述第二图像采集单元用于采集所述圆柱件上第二区域的图像；

所述第一区域与所述第二区域至少部分重合。

在其中一个实施例中，所述第一图像采集单元与所述第二图像采集单元同步采集，且采集频率一致。

上述圆柱件检测系统无需接触测量且不受人为因素干扰，解决了人工抽样测量过程中的精度低、测量范围有限、费时费力及危险性等问题，提高了检测效率，降低了批量化生产过程中的测试成本。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例圆柱件检测系统的示意图；

图2为图1圆柱件检测系统的应用环境图；

图3为图1数据处理模块的流程示意图；

图4为图1圆柱件转角与外轮廓线的对应关系示意图；

图5为图1数据处理模块图像重构过程中的虚拟柱坐标系示意图；

图6为本实用新型第二实施例圆柱件检测系统的示意图；

图7为本实用新型第三实施例圆柱件检测系统的示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

第一实施例

如图1～2所示，圆柱件检测系统包括：测量辅助模块10、图像采集模块20 和数据处理模块30。具体地，测量辅助模块10，用于支承圆柱件40以使圆柱件40可绕轴转动。图像采集模块20与数据处理模块30连接，用于采集圆柱件 40的图像信息，并将图像信息发送至数据处理模块30。数据处理模块30，用于接收图像信息，根据图像信息生成圆柱件40的结构参数。

可选地，测量辅助模块10包括轴向固定件110和转动件，轴向固定件110 固定于圆柱件40中轴线处，转动件通过轴向固定件110与圆柱件40连接，用于驱动圆柱件40绕轴转动。具体地，轴向固定件110可穿设于圆柱件40中轴，以使转动件驱动圆柱件40绕轴转动。优选地，转动件驱动圆柱件40进行匀速转动。在本实施例中，圆柱件40为轮辊。

可选地，测量辅助模块10包括标杆130和连接杆件120。具体地，标杆130 的两端通过连接杆120与轴向固定件110连接，标杆130与圆柱件40的中轴线平行设置，且标杆130长度大于圆柱件40长度。在本实施例中，轴向固定件110、标杆130和连接杆件120采用不锈钢材料制作，连接杆件120具有两根，分别为第一连接杆和第二连接杆，第一连接杆的一端与轴向固定件110一端连接，另一端与标杆130一端连接；第二连接杆的一端与轴向固定件110另一端连接，另一端与标杆130另一端连接，使轴向固定件110与标杆130相互平行。在本实施例中，与标杆130相对的圆柱件40外轮廓线与标杆130之间的距离为 1cm～10cm。可以理解，圆柱件40外轮廓线与标杆130之间的距离也可以为 1cm～15cm，1cm～20cm或其他范围。

可选地，测量辅助模块10包括背景板140和光源150。具体地，背景板140 设置于圆柱件40远离图像采集模块20的一侧，且背景板140的朝向圆柱件40 一侧的投影的长度大于圆柱件40的长度，背景板140朝向圆柱件40一侧的投影覆盖标杆130且至少部分覆盖圆柱件40。光源150设置于背景板140远离圆柱件40的一侧，用于发光照射背景板140，图像采集模块20采集背景板140、标杆130以及圆柱件40的图像信息，背景板140提供与圆柱件40不同颜色的背景，通过设置区别于圆柱件40的背景能够将圆柱件40的轮廓更加清晰的显示，提升图像对比度，提高图像采集模块20采集的效率以及准确率，提升数据处理模块30对图像的分析精度。在本实施例中，背景板140为白色屏布，白色屏布的尺寸覆盖标杆130及与标杆130相对的圆柱件40外轮廓线所包围的范围，光源150为白色光源，白色光源将白色屏布均匀的照亮，通过设置白色背景板 140作为圆柱件40的背景，便于图像采集模块20采集圆柱件40的图像信息。可以理解，背景板140也可以为红色、黄色、绿色、蓝色或其他颜色。

可选地，图像采集模块20包括：一个或多个图像采集单元，一个或多个图像采集单元的图像采集区域至少覆盖与标杆130相对的圆柱件40外轮廓线。具体地，图像采集模块20包括：第一图像采集单元210和第二图像采集单元220，第一图像采集单元210用于采集圆柱件40上第一区域的图像，第二图像采集单元220用于采集圆柱件40上第二区域的图像，第一区域与第二区域的图像至少部分重合，以保障对圆柱件40外轮廓线的全范围记录。图像采集模块20对圆柱件40匀速转动过程中下边缘轮廓的进行固定帧率采集，可获得两组时间信息一致的图像序列。具体地，第一图像采集单元210与第二图像采集单元220同步采集，且第一图像采集单元210与第二图像采集单元220的采集频率一致。第一图像采集单元210和第二图像采集单元220分别负责采集圆柱件40左侧与右侧的图像信息，第一图像采集单元210和第二图像采集单元220同步触发并以相同帧率采集及储存图像信息，在圆柱件40转速一定的情况下，帧率越大则三维测量分辨率越高。在本实施例中，第一图像采集单元210与第二图像采集单元220为线阵CMOS相机，采用两台相机的分辨率为12000pixel*256pixel，优选的，线阵CMOS相机为Piramha HS 12K相机。可以理解，第一图像采集单元210和第二图像采集单元220也可以为其他工业CCD相机阵列。

如图3～5所示，数据处理模块30，用于接收图像信息，根据图像信息生成圆柱件40的结构参数。数据处理模块30通过对图像信息进行边缘检测、计算、信息整合与显示，完成对圆柱件40外轮廓线的精确三维重构，从而可以获取其任意位置的外径尺寸。具体地，数据处理模块30读取图像信息，将图像信息通过高精度边缘检测算法进行平滑处理、图像增强、边缘检测以及边缘拟合，通过图像处理可以得到t时刻下与标杆130相对的圆柱件40外轮廓线与标杆130 之接的距离ΔL，由于圆柱件40中轴与标杆130之间的距离为已知量L，L-ΔL即为此时与标杆130相对的圆柱件40外轮廓线与中轴线之间的距离，圆柱件40 转动的角速度为ω，对应的圆柱件40转角为ω*t，当圆柱件40完成360°转动便可完成圆柱件40外侧面一周的测量，基于系统标定将图像采集模块20采集的图像信息进行整合，从而完整重构出圆柱件40外轮廓线并能够准确获取各个位置的圆柱件40外径，获得圆柱件40的结构参数。在本实施例中，数据处理模块30为OpenCV和Qt编制图像处理软件，采用OpenCV的blur函数对图像进行均值滤波实现去噪处理，使用Laplace算子进行图像增强，基于Canny算子进行边缘检测。

上述圆柱件检测系统在实际运用中的具体实施步骤如下：

1.搭建圆柱件检测系统的检测环境。

2.标杆130与圆柱件40中轴线平行安装，测定圆柱件40中轴与标杆130 之间的距离L，距离L为已知量。

3.采用白色屏布作为拍摄背景，通过白色的光源150将屏布均匀照亮。

4.采用图像采集模块20进行图像采集，第一图像采集单元210和第二图像采集单元220左右排布，分别负责圆柱件40下边缘左侧与右侧图像的采集，第一图像采集单元210和第二图像采集单元220视野范围在与标杆130相对的圆柱件40外轮廓线中间部位需略有重合以保障对与标杆130相对的圆柱件40外轮廓线的全范围记录。其中，第一图像采集单元210为左侧相机，第二图像采集单元220为右侧相机。

5.左侧相机和右侧相机进行同步触发，以相同帧率采集图像。

6.圆柱件40以恒定角速度ω转动360°，同步进行采集图像信息。

7.通过OpenCV和Qt编制图像处理软件，处理图像信息。

8.通过标杆130实际尺寸对图像物理分辨率进行标定。

9.通过图像处理可以得到t时刻与标杆130相对的圆柱件40外轮廓线每个位置点与标杆130之接的垂直距离ΔL，该位置点与中轴线之间的径向距离L- ΔL，对应转角为ω*t。

10.圆柱件40完成360°转动后，结合每个时刻测得的外轮廓线信息与转角值对圆柱件40外轮廓进行三维重构，设t0为图像采集间隔时间，图像采集帧率越高，轮轴转速越低，对完整外轮廓的测量精度越高。

11.以圆柱件40中轴线处位置为坐标原点，轴向为z轴建立虚拟柱坐标系，ρ坐标即为径向距离L-ΔL，φ即为转动角度ω*t，左侧相机所观测图像上的任一点z坐标直接通过系统标定获取，右侧相机所观测外轮廓线上的各点z坐标需加上一固定值，可通过系统标定获取该固定值。先标定出左侧相机的轴向测量范围X1，右侧相机的轴向测量范围X2，圆柱件40轴向尺寸为X0，则该固定值为(X0-X2)，两组图像于圆柱件40中间位置的重叠范围为(X0-X2，X1)，重叠区域的各处径向距离取两组测量值的平均值。

12.通过高次函数插值的方式完成圆柱件40外轮廓线的精确重构，继而可通过在软件中任意取点的方式获取相应位置的外径尺寸。

本实用新型提供的圆柱件检测系统基于工艺现场圆柱件结构上表面承载和绕轴转动的运作特征，设计并搭建圆柱件40外径的非接触、全范围视觉的圆柱件检测系统，通过测量辅助模块10支承圆柱件40以使圆柱件40绕轴转动，图像采集模块20采集转动的圆柱件40的图像信息，数据处理模块30根据图像信息对圆柱件40的外轮廓线进行精确三维重构，计算出圆柱件40外径所有位置的参数，无需人工进行卷尺测量，测量精度高，受干扰因素小，对圆柱件40进行全范围测量，不会破坏生产线的超洁净环境，保证了工艺人员的安全，减少了时间和人力成本。

第二实施例

如图6所示，圆柱件检测系统包括：测量辅助模块10、图像采集模块20和数据处理模块30。

可选地，测量辅助模块10包括背景板140和光源150。具体地，背景板140 设置于圆柱件40靠近图像采集模块20的一侧，且背景板140朝向圆柱件40一侧的投影的长度大于圆柱件40的长度，背景板140朝向圆柱件40一侧的投影覆盖标杆130且至少部分覆盖圆柱件40。光源150设置于圆柱件40远离图像采集模块20的一侧，用于发光照射圆柱件40，将圆柱件40与标杆130的间隙投影于背景板140，图像采集模块20采集背景板140上的图像信息。在本实施例中，光源150为投影仪，背景板140为白色屏布，投影仪位于圆柱件40远离图像采集模块20的一侧，白色屏布设置于圆柱件40靠近图像采集模块20的一侧。投影仪照射圆柱件40与标杆130，将阴影投影至白色屏布上，图像采集模块20 实时记录白色屏布上的光强分布图像，图像上的灰度值较大区域即为投影仪通过间隙的投射区域，基于标定可以同样得到各转动角度下圆柱件40边缘与标杆 130之间的距离。该圆柱件检测系统可通过调整投影仪、圆柱件40结构、屏布之间的相对距离来实现对光强分布区域的放大，即为图像上圆柱件40边缘与标杆130之间间隙区域的放大。优选的，屏布为半透明屏布，使投影仪的灯光与阴影形成对比，便于图像采集模块20进行采集图像信息。

第三实施例

如图7所示，圆柱件检测系统包括：测量辅助模块10、图像采集模块20和数据处理模块30。

可选地，测量辅助模块10包括轴向固定件110、转动件以及支杆160。具体地，轴向固定件110固定于圆柱件40中轴线处，转动件通过轴向固定件110 与圆柱件40连接，用于驱动圆柱件40绕轴转动。支杆160与圆柱件40的中轴线平行设置，支杆160上设置有图像采集模块20。可选地，图像采集模块20包括一个或多个距离检测单元，距离检测单元与数据处理模块30连接，距离检测单元用于检测支杆160相对的圆柱件40外轮廓线与支杆160之间的距离，并将距离传输至数据处理模块30。其中，支杆160长度不限，只需支杆160上设置的距离检测单元所检测的范围至少覆盖与支杆160相对的圆柱件40外轮廓线即可。在本实施例中，轴向固定件110穿设于圆柱件40中轴，支杆160设置于圆柱件40外轮廓线的正下方。距离检测单元均匀的分布在支杆160上，对支杆160 与圆柱件40边缘的距离进行测量。其中距离检测单元为线阵激光和CCD相机，通过三角测距原理对距离进行实时监测。

上述圆柱件检测系统，通过测量辅助模块10支承圆柱件40以使圆柱件40 绕轴转动，图像采集模块20采集圆柱件40的图像信息，数据处理模块30根据图像信息生成圆柱件40的结构参数，对图像信息进行处理实现对圆柱件40外表面的全范围、高精度重构，无需接触测量且不受人为因素干扰，解决了人工抽样测量过程中的精度低、测量范围有限、费时费力及危险性等问题，提高了检测效率，降低了批量化生产过程中的测试成本。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种圆柱件检测系统，其特征在于，所述圆柱件检测系统包括：测量辅助模块、图像采集模块和数据处理模块；

2.根据权利要求1所述的圆柱件检测系统，其特征在于，所述测量辅助模块包括轴向固定件和转动件，所述轴向固定件固定于所述圆柱件中轴线处，所述转动件通过所述轴向固定件与所述圆柱件连接，用于驱动所述圆柱件绕轴转动。

3.根据权利要求2所述的圆柱件检测系统，其特征在于，所述测量辅助模块还包括标杆和连接杆件，所述标杆的两端通过所述连接杆与所述轴向固定件连接，所述标杆与所述圆柱件的中轴线平行设置，且所述标杆长度大于所述圆柱件长度。

4.根据权利要求3所述的圆柱件检测系统，其特征在于，所述测量辅助模块还包括背景板和光源；

5.根据权利要求3所述的圆柱件检测系统，其特征在于，所述测量辅助模块还包括背景板和光源；

6.根据权利要求3所述的圆柱件检测系统，其特征在于，与所述标杆相对的所述圆柱件外轮廓线与所述标杆之间的距离为1cm～10cm。

7.根据权利要求2所述的圆柱件检测系统，其特征在于，所述测量辅助模块包括支杆，所述图像采集模块包括距离检测单元；

8.根据权利要求3所述的圆柱件检测系统，其特征在于，所述图像采集模块包括一个或多个图像采集单元，

9.根据权利要求8所述的圆柱件检测系统，其特征在于，所述图像采集模块包括第一图像采集单元和第二图像采集单元；

所述第一区域与所述第二区域至少部分重合。

10.根据权利要求9所述的圆柱件检测系统，其特征在于，所述第一图像采集单元与所述第二图像采集单元同步采集，且采集频率一致。