CN212567278U - 一种基于视觉的保温杯尺寸测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于视觉的保温杯尺寸测量装置，涉及机器视觉测量技术领域。该测量装置包括测量机架，测量机架的工作台面上设有相对的相机支架和光源固定板支架，光源固定板支架在相对相机支架的一侧端面上固定有光源板，相机支架在相对光源板的一侧端面设有四目相机矩阵，四目相机矩阵连接有用于调节四目相机相互之间的水平间距和垂直间距的位移调节组件，测量机架的工作台面在位于相机支架和光源固定板支架之间的位置处设有用于夹装光学标定板或待检保温杯的工装转台，工装转台连接有驱使其绕轴转动的动力机构。本实用新型的测量装置可快速地计算分析得出保温杯的数据尺寸，具有检测速度快，检测数据精度高，换型速度快等优点。

Description

一种基于视觉的保温杯尺寸测量装置

技术领域

本实用新型涉及机器视觉测量技术领域，具体涉及一种基于视觉的保温杯尺寸测量装置。

背景技术

保温杯在保温保冷、便携性方面具有优势，因此在寒冷的地区、户外、学校、司驾等领域的应用较难替代。面对人口增长以及产业转型升级的契机，保温杯行业自动化产线逐步升级。目前，保温杯产品外观尺寸检测主要是依靠人工利用游标卡尺进行抽检，检测时间比较长，而且容易受到人主观意识的影响。

实用新型内容

鉴于现有技术的不足，本实用新型旨在于提供一种基于视觉的保温杯尺寸测量装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于视觉的保温杯尺寸测量装置，包括测量机架，所述测量机架的工作台面上设有相对的相机支架和光源固定板支架，所述光源固定板支架在相对所述相机支架的一侧端面上固定有光源板，其中，所述相机支架在相对所述光源板的一侧端面设有四目相机矩阵，所述四目相机矩阵连接有用于调节四目相机相互之间的水平间距和垂直间距的位移调节组件，所述测量机架的工作台面在位于所述相机支架和所述光源固定板支架之间的位置处设有用于夹装光学标定板或待检保温杯的工装转台，所述工装转台连接有驱使其绕轴转动的动力机构。

优选地，在上述的基于视觉的保温杯尺寸测量装置中，所述四目相机矩阵包括位于同一竖直平面上的首尾连线可构成一多边形的四个CCD相机，其中上方两个CCD相机构成上端两目相机组，下方两个CCD相机构成下端两目相机组。

优选地，在上述的基于视觉的保温杯尺寸测量装置中，所述位移调节组件包括固定在所述相机支架上的竖直滑轨，所述竖直滑轨上设有可调节地上调节座和下调节座，所述上调节座上固定有上水平滑轨，所述下调节座上固定有下水平滑轨，所述上端两目相机组相对可调节地固定在所述上水平滑轨上，所述下端两目相机组相对可调节地固定在所述下水平滑轨上。

优选地，在上述的基于视觉的保温杯尺寸测量装置中，所述上水平滑轨上设有可水平调节的上调节板，所述上端两目相机组包括第一上单目相机和第二上单目相机，所述第一上单目相机固定在所述上调节板上，所述第二上单目相机通过所述上调节板上的椭圆形调节孔可微调地设在所述上调节板上。

优选地，在上述的基于视觉的保温杯尺寸测量装置中，所述下水平滑轨上设有可水平调节的下调节板，所述下端两目相机组包括两个可互相调节相对距离的下单目相机，两所述下单目相机分别通过微调滑座可微调地设在所述下调节板上。

优选地，在上述的基于视觉的保温杯尺寸测量装置中，所述光学标定板的中部位置上设有与标准保温杯的主视正投影重合的标定覆盖区，所述光源板的中部位置上设有与标准保温杯的主视正投影重合的视野覆盖区。

优选地，在上述的基于视觉的保温杯尺寸测量装置中，所述工装转台的上端设有气动耦接夹具，所述光学标定板通过所述气动耦接夹具固定在所述工装转台上。

优选地，在上述的基于视觉的保温杯尺寸测量装置中，所述工装转台的上端设有气动耦接夹具，所述气动耦接夹具上装夹有气动内撑夹具，所述待检保温杯的底部凹腔通过所述气动内撑夹具固定。

优选地，在上述的基于视觉的保温杯尺寸测量装置中，所述动力机构包括固定在所述测量机架工作台面下的伺服电机和气动止转阀，所述气动止转阀与所述工装转台的转动轴下端固定连接，所述工装转台的转动轴下端固定有皮带轮，所述皮带轮通过传动皮带与所述伺服电机的转轴传动连接。

优选地，在上述的基于视觉的保温杯尺寸测量装置中，所述气动内撑夹具包括阀体、设在所述阀体上端的三个气动内撑爪，所述阀体的外围设有用于同步控制所述气动内撑爪执行相同位移量的进气接头。

本实用新型有益效果：本实用新型的测量装置利用四个工业相机拍摄保温杯的四周边缘，通过四个工业相机分别进行标定，结合软件标记保温杯边缘位置，可快速地计算分析得出保温杯的数据尺寸。解决了现有人工测量中的低效率问题以及主观误差问题，相比传统的检测方式，本实用新型的测量装置具有检测速度快，检测数据精度高，换型速度快等优点，满足了产线自动化改造升级的迫切需求。

附图说明

图1为本实用新型所述测量装置的侧视图；

图2为本实用新型所述相机支架上的四目相机矩阵及位移调节组件的侧视图；

图3为本实用新型所述相机支架上的四目相机矩阵及位移调节组件的主视图；

图4为本实用新型所述光源板的主视图；

图5为本实用新型所述工装转台上的光学标定板的主视图；

图6为本实用新型所述工装转台上的待检保温杯及动力机构的结构图；

图7为本实用新型所述气动内撑夹具的俯视图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步的描述，需要说明的是，在详细解释本实用新型的任何实施例之前，本实用新型在其应用中不限于以下描述中阐述的或下面的附图中示出的部件构造和布置细节。本实用新型能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践或执行。而且，应该理解的是，这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应该认为是限制性的。本文中的“包括”、“包含”或“具有”及其变体的使用意味着涵盖其后列出的项目及其等同物以及额外的项目。术语“安装”、“连接”和“耦合”广泛地使用并且包括直接和间接的安装、连接和耦合。此外，“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合，而可以包括直接或间接的电连接或电耦合。

应该注意的是，可以利用多个基于硬件和软件的设备以及多个不同的结构部件来实现本实用新型。此外，并且如在随后的段落中所描述的，附图中示出的具体配置旨在示例本实用新型的实施例，并且其他可选配置是可能的。除非另有说明，否则术语“处理器”、“中央处理单元”和“CPU”是可互换的。在使用术语“处理器”或“中央处理单元”或“CPU”来标识执行特定功能的单元的情况下，应该理解，除非另有说朗，否则这些功能可以由单个处理器或由多个处理器(以任何形式排列，包括并行处理器、串行处理器、串联处理器或云处理/云计算配置)执行。

如图1所示，本实用新型的实施例提出的一种基于视觉的保温杯尺寸测量装置，该测量装置包括测量机架1，测量机架1的工作台面上设有相对的相机支架11和光源固定板支架12。测量机架1的工作台面在位于相机支架11和光源固定板支架12之间的位置处设有用于夹装光学标定板2或待检保温杯100的工装转台7。光源固定板支架12在相对相机支架11的一侧端面上固定有光源板6，该光源板6用于对光学标定板2进行打光，保证光学标定板2的亮度足够且均匀。相机支架11在相对光源板6的一侧端面设有四目相机矩阵，四目相机矩阵连接有用于调节四目相机相互之间的水平间距和垂直间距的位移调节组件5。工装转台7连接有驱使其绕轴转动的动力机构9，在进行待检保温杯100的尺寸测量工作时，该动力机构9驱动工装转台7进行旋转，通过四目相机矩阵多次抓拍待检保温杯100的四个轮廓角，成像数据发送给后台处理器，通过图像处理算法计算出该待检保温杯100的杯口直径等数值。

具体地，该图像处理算法包括如下步骤：

S1、通过四目相机中的图像坐标系与世界坐标的标定，得到像素到物理尺寸的转换系数；

S2、将保温杯的尺寸检测转化为几何测量，例如保温杯杯口直径可以转化为保温杯成像中杯口的轮廓所在圆的直径；

S3、在图像坐标系下，抓取所需测量的保温杯边线轮廓点，通过拟合直线、圆拟合出保温杯的边缘；

S4、通过几何测量公式，例如线段到线段的距离、点到直线的距离等、圆到直线的距离等，计算出该待检保温杯100的杯待检测数值。

进一步地，在本实用新型的优选实施例中，如图2和图3所示，该四目相机矩阵包括位于同一竖直平面上的首尾连线可构成一多边形的四个CCD相机，其中上方两个CCD相机构成上端两目相机组3，下方两个CCD相机构成下端两目相机组4。具体地，上端两目相机组3包括第一上单目相机31和第二上单目相机32，下端两目相机组4包括两个可互相调节相对距离的下单目相机41。如图3所示，位移调节组件5包括固定在相机支架11上的竖直滑轨51，竖直滑轨51上设有可调节地上调节座52和下调节座53。上调节座52上固定有上水平滑轨521，下调节座53上固定有下水平滑轨531。上端两目相机组3相对可调节地固定在上水平滑轨521上，下端两目相机组4相对可调节地固定在下水平滑轨531上。

具体地，在本实用新型的优选实施例中，上水平滑轨521上设有可水平调节的上调节板522，第一上单目相机31固定在上调节板522上，第二上单目相机32通过上调节板522上的椭圆形调节孔5221可微调地设在上调节板522上。下水平滑轨531上设有可水平调节的下调节板532，两下单目相机41分别通过微调滑座533可微调地设在下调节板532上。

在一些实施例中，如图4和图5所示，光学标定板2的中部位置上设有与标准保温杯的主视正投影重合的标定覆盖区21，光源板6的中部位置上设有与标准保温杯的主视正投影重合的视野覆盖区61。该覆盖区域21为保温杯样品实际覆盖标定板的范围，光源板6上的覆盖区61为保温杯在光源板上的投影区域。光学标定板2采用光学黑白棋盘格标定板，具体选用型号为ZNM03-SWD-2的光学标定板，本实用新型的光学标定板2在该选用的ZNM03-SWD-2光学标定板上作出改造，即在光学标定板2的中部位置上设有与标准保温杯的主视正投影重合的标定覆盖区21。在保温杯换型前，需进行相机标定，四个相机用同一光学标定板进行标定，标出相机的像素精度和相机像素视野所在标定板的相对位置，再软件将各个相机视野在标定板上的坐标位置关系转化为外部坐标系关系，换型时标定一次即可，标定完成后，将其换下。

标定的作用其一就是为了求取畸变系数，因为经过镜头等成像后，图像或多或少都有畸变，其二是为了得到空间坐标系和图像坐标系的对应关系。具体地，在本实用新型的优选实施例中，通过OpenCV标定软件获得四目相机矩阵的各相机的标定结构数据，标定方法可采用张正友标定法。

进一步地，在本实用新型的优选实施例中，如图5和图6所示，工装转台7的上端设有气动耦接夹具(图中未标示)，光学标定板2通过气动耦接夹具固定在工装转台7上。工装转台7的上端设有气动耦接夹具，气动耦接夹具上装夹有气动内撑夹具8，待检保温杯100的底部凹腔通过气动内撑夹具8固定。具体地，如图7所示，该气动内撑夹具8包括阀体、设在阀体上端的三个气动内撑爪81，阀体的外围设有用于同步控制气动内撑爪81执行相同位移量的进气接头。为避免对待检保温杯100的底部造成损伤，气动内撑爪81的端头套设有橡胶垫。

如图6所示，动力机构9包括固定在测量机架1工作台面下的伺服电机91和气动止转阀921，气动止转阀921与工装转台7的转动轴下端固定连接，工装转台7的转动轴下端固定有皮带轮92，皮带轮92通过传动皮带93与伺服电机91的转轴传动连接。在进行检测之前，先将光学标定板2取下，在工装转台7上端的气动耦接夹具耦接气动内撑夹具8。然后通过外部的软体机器人将待检保温杯100抓取上料至气动内撑夹具8，保持待检保温杯100的杯口朝上，然后通过气动内撑夹具8对待检保温杯100进行中心固定，即使该待检保温杯100的轴线与工装转台7的轴线重合。稳定后，动力机构9驱动工装转台7，带动待检保温杯100旋转一周，同时四个相机开始多次抓拍待检保温杯100的四个轮廓角，测量尺寸、直径等数值。

综上所述，本实用新型的测量装置利用四个工业相机拍摄保温杯的四周边缘，通过四个工业相机分别进行标定，结合软件标记保温杯边缘位置，可快速地计算分析得出保温杯的数据尺寸。解决了现有人工测量中的低效率问题以及主观误差问题，相比传统的检测方式，本实用新型的测量装置具有检测速度快，检测数据精度高，换型速度快等优点，满足了产线自动化改造升级的迫切需求。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于视觉的保温杯尺寸测量装置，包括测量机架(1)，所述测量机架(1)的工作台面上设有相对的相机支架(11)和光源固定板支架(12)，所述光源固定板支架(12)在相对所述相机支架(11)的一侧端面上固定有光源板(6)，其特征在于，所述相机支架(11)在相对所述光源板(6)的一侧端面设有四目相机矩阵，所述四目相机矩阵连接有用于调节四目相机相互之间的水平间距和垂直间距的位移调节组件(5)，所述测量机架(1)的工作台面在位于所述相机支架(11)和所述光源固定板支架(12)之间的位置处设有用于夹装光学标定板(2)或待检保温杯(100)的工装转台(7)，所述工装转台(7)连接有驱使其绕轴转动的动力机构(9)。

2.根据权利要求1所述的基于视觉的保温杯尺寸测量装置，其特征在于，所述四目相机矩阵包括位于同一竖直平面上的首尾连线可构成一多边形的四个CCD相机，其中上方两个CCD相机构成上端两目相机组(3)，下方两个CCD相机构成下端两目相机组(4)。

3.根据权利要求2所述的基于视觉的保温杯尺寸测量装置，其特征在于，所述位移调节组件(5)包括固定在所述相机支架(11)上的竖直滑轨(51)，所述竖直滑轨(51)上设有可调节地上调节座(52)和下调节座(53)，所述上调节座(52)上固定有上水平滑轨(521)，所述下调节座(53)上固定有下水平滑轨(531)，所述上端两目相机组(3)相对可调节地固定在所述上水平滑轨(521)上，所述下端两目相机组(4)相对可调节地固定在所述下水平滑轨(531)上。

4.根据权利要求3所述的基于视觉的保温杯尺寸测量装置，其特征在于，所述上水平滑轨(521)上设有可水平调节的上调节板(522)，所述上端两目相机组(3)包括第一上单目相机(31)和第二上单目相机(32)，所述第一上单目相机(31)固定在所述上调节板(522)上，所述第二上单目相机(32)通过所述上调节板(522)上的椭圆形调节孔(5221)可微调地设在所述上调节板(522)上。

5.根据权利要求3或4所述的基于视觉的保温杯尺寸测量装置，其特征在于，所述下水平滑轨(531)上设有可水平调节的下调节板(532)，所述下端两目相机组(4)包括两个可互相调节相对距离的下单目相机(41)，两所述下单目相机(41)分别通过微调滑座(533)可微调地设在所述下调节板(532)上。

6.根据权利要求1所述的基于视觉的保温杯尺寸测量装置，其特征在于，所述光学标定板(2)的中部位置上设有与标准保温杯的主视正投影重合的标定覆盖区(21)，所述光源板(6)的中部位置上设有与标准保温杯的主视正投影重合的视野覆盖区(61)。

7.根据权利要求1所述的基于视觉的保温杯尺寸测量装置，其特征在于，所述工装转台(7)的上端设有气动耦接夹具，所述光学标定板(2)通过所述气动耦接夹具固定在所述工装转台(7)上。

8.根据权利要求1所述的基于视觉的保温杯尺寸测量装置，其特征在于，所述工装转台(7)的上端设有气动耦接夹具，所述气动耦接夹具上装夹有气动内撑夹具(8)，所述待检保温杯(100)的底部凹腔通过所述气动内撑夹具(8)固定。

9.根据权利要求1所述的基于视觉的保温杯尺寸测量装置，其特征在于，所述动力机构(9)包括固定在所述测量机架(1)工作台面下的伺服电机(91)和气动止转阀(921)，所述气动止转阀(921)与所述工装转台(7)的转动轴下端固定连接，所述工装转台(7)的转动轴下端固定有皮带轮(92)，所述皮带轮(92)通过传动皮带(93)与所述伺服电机(91)的转轴传动连接。

10.根据权利要求8所述的基于视觉的保温杯尺寸测量装置，其特征在于，所述气动内撑夹具(8)包括阀体、设在所述阀体上端的三个气动内撑爪(81)，所述阀体的外围设有用于同步控制所述气动内撑爪(81)执行相同位移量的进气接头。

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