CN213147712U - 基于机器视觉的螺栓类零件多几何参数实时测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于机器视觉的螺栓类零件多几何参数实时测量装置，包括螺栓类零件输送装置、驱动装置、固定底座、固定中心轴、夹持装置、无色光学玻璃转盘、图像采集装置和计算机视觉识别测量系统，利用本装置可以实现对螺栓类零件的螺距P、公称直径D、杆长L、螺旋升角β、螺帽厚度K，螺纹圈数q等6个几何参数的高精度实时测量；最终将测量结果通过计算机识别测量系统相连的显示屏予以显示，是高效的非接触的螺栓类零件多几何参数高精度测量装置，计算机视觉测量系统可控制夹持装置实现对光源和相机的固定，还能通过调整夹持的位置，达到采集图像的最佳效果，从而实现对待测螺栓类零件多个几何参数实时高精度测量。

Description

基于机器视觉的螺栓类零件多几何参数实时测量装置

技术领域

本实用新型属于工业零件测量技术领域，具体涉及基于机器视觉的螺栓类零件多几何参数实时测量装置。

背景技术

随着工业4.0的兴起，制造业对螺栓类零件的需求量越来越大。伴随着螺栓类零件的生产设备不断改进。生产线自动化的程度越来越高且生产速度也越来越快，螺栓类零件生产效率的提升对质量检测速度和精度提出了更高的要求；

目前大部分企业还是采用人工抽检方式对螺栓类零件进行质检,不仅大大降低了螺栓类零件的生产效率且费时费力。而且容易造成漏检误检的问题,使螺栓类零件的生产精度和质量难以保障。随着计算机处理性能的提高和高分辨率工业相机、各种类光源的普及，使机器视觉对设计螺栓类零件多参数在线测量的装置具有可行性；

目前针对机器视觉在测量相关的专利存在不少，并且取得了一些较好的实用价值；例如，公告号为CN201820945861.0的中国实用新型专利，公开了“基于机器视觉测量的大尺寸零部件内外径高精检测装置”，其通过机器视觉的技术，能够实现对大尺寸零部件的内外径进行高精检测的功能，但是对于小尺寸零件不能实现一个高精度测量的目的，更难实现工业上生产的需求。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供基于机器视觉的螺栓类零件多几何参数实时测量装置，通过本装置对螺栓类零件多几何参数进行实时高精度测量，能够有效弥补螺栓类零件实时检测方面的不足之处，具有精度高、检测的时效快、稳定性强的特点。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

基于机器视觉的螺栓类零件多几何参数实时测量装置，包括螺栓类零件输送装置、驱动装置、固定底座、固定中心轴、夹持装置、无色光学玻璃转盘、图像采集装置和计算机视觉识别测量系统，固定中心轴安装在固定底座上，无色光学玻璃转盘安装在固定中心轴中间，并随固定中心轴转动，驱动装置通过三角支架安装在固定底座上，图像采集装置和螺栓类零件输送装置均通过加持装置安装在固定中心轴上，通过计算机视觉识别测量系统对驱动装置和图像采集装置进行控制。

优选的，所述的夹持装置为套筒，由上到下依次包括固定安装在固定中心轴上的第一套筒、第二套筒、第三套筒、第四套筒、第五套筒和第六套筒，所述第二套筒与第三套筒相互套接。

优选的，所述的螺栓类零件输送装置为待测螺栓类零件专用输送槽和待测螺栓类零件输入口，待测螺栓类零件输入口设置在待测螺栓类零件专用输送槽的末端，所述待测螺栓类零件专用输送槽通过第六套筒固定安装在固定中心轴上，待测螺栓类零件专用输送槽用于将待测螺栓类零件传送至待测螺栓类零件输入口上，待测螺栓类零件输入口设置在无色光学玻璃转盘上方。

优选的，所述的待测螺栓类零件专用输送槽的上料速度与无色光学玻璃转盘的转速相同。

优选的，所述的图像采集装置包括第一图像采集组件和第二图像采集组件，分别用于对待测螺栓类零件的外形轮廓和螺帽轮廓进行采集；所述第一图像采集组件包括伸缩杆、面阵背光源和第一工位高分辨率CCD相机，伸缩杆的一端设置在第二套筒上，与第二套筒相连，另一端通过第二转动轴套与面阵背光源连接，第一工位高分辨率CCD相机与所述螺栓类零件输送装置设置在同一侧，且通过第一转动轴套实现安装，所述第一工位高分辨率CCD相机的放置位置高于无色光学玻璃转盘，且第一工位高分辨率CCD相机的光轴与面阵背光源发光面相互垂直，采用背光源垂直照射的方式。

优选的，所述的第二图像采集组件包括环形光源和第二工位高分辨率CCD相机，环形光源通过第四套筒固定安装在固定中心轴上，第二工位高分辨率CCD相机通过第五套筒固定安装在固定中心轴上，且所述环形光源和第二工位高分辨率CCD相机均通过第三固定轴套连接；所述第二工位高分辨率CCD相机放置在无色光学玻璃转盘的下方且位于待测螺栓类零件的底部，所述第二工位高分辨率CCD相机的光心与第二工位环形光源的中心相重合，采取正面垂直照射的方式。

优选的，所述左侧的待测螺栓类零件输入口与采用背光源方式的面阵背光源的左边界处同一位置，螺栓输出口处于采用垂直照射的环形光源右侧边界处，使两个工位相机采集待测螺栓类零件的图像处于达到最佳采集效果。

优选的，所述的驱动装置包括驱动电机和驱动齿轮，驱动电机安装在三角支架上，驱动齿轮安装在驱动电机的动力输出端，且与从动齿轮相互啮合，所述从动齿轮设置在无色光学玻璃转盘的下端，且与无色光学玻璃转盘一体形成，通过驱动电机带动无色光学玻璃转盘转动。

优选的，所述的计算机视觉识别测量系统包括计算机视觉识别测量系统显示屏、计算机与视觉识别测量软件，所述计算机视觉识别测量系统显示屏通过第一套筒安装在固定中心轴上。

本实用新型的有益效果是：本实用新型公开了基于机器视觉的螺栓类零件多几何参数实时测量装置，与现有技术相比，本实用新型的改进之处在于：

利用本装置可以测得待测螺栓类零件的螺距P、公称直径D、杆长L、螺旋升角β、螺帽厚度K，螺纹圈数q等几何参数，能够高效的实现对几何参数实时高精度测量的目的，且通过实验结果表明，本基于机器视觉的螺栓类零件多几何参数实时测量装置,能有效解决螺栓类零件在质检中存在的时效、精度、稳定性方面的问题；并且有效的提高检测速度和测量精度,能够实现大批量螺栓类零件在线高精度测量的要求, 达到自动一体化的目的,满足现在工业4.0时代下对螺栓类零件需求量的要求，具有良好的工程实际应用价值和前景。

附图说明

图1为本实用新型基于机器视觉的螺栓类零件多几何参数实时测量装置的结构示意图。

图2为本实用新型第一图像采集组件的结构示意图。

图3为本实用新型螺栓类零件输送装置的结构示意图。

图4为本发明驱动装置的结构示意图。

图5为本实用新型基于机器视觉的螺栓类零件多几何参数实时测量装置的组成流程图。

图6为本实用新型基于机器视觉的螺栓类零件多几何参数实时测量装置的控制流程图。

其中：1.伸缩杆，2.面阵背光源，3.待测螺栓类零件输入口，4.待测螺栓类零件，5.第一转动轴套，6.第一工位高分辨率CCD相机，7.待测螺栓类零件专用输送槽，8.第二转动轴套，9.驱动装置，10.三角支架，11.第四套筒，12.第五套筒，13.第六套筒，14.固定中心轴，15.第一套筒，16.计算机视觉识别测量系统显示屏，17.第二套筒，18.第三套筒，19.无色光学玻璃转盘，20.环形光源，21.第二工位高分辨率CCD相机，22.固定底座，23.驱动齿轮，24.驱动电机，25.从动齿轮，26.第三转动轴套。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的描述。

参照附图1-6所示的基于机器视觉的螺栓类零件多几何参数实时测量装置，包括螺栓类零件输送装置、驱动装置9、固定底座22、固定中心轴14、夹持装置、无色光学玻璃转盘19、图像采集装置和计算机视觉识别测量系统，固定中心轴14安装在固定底座22上，无色光学玻璃转盘19安装在固定中心轴14中间，并随固定中心轴14转动，驱动装置9通过三角支架10安装在固定底座22上，图像采集装置和螺栓类零件输送装置均通过夹持装置安装在固定中心轴14上，通过计算机视觉识别测量系统对驱动装置9和图像采集装置进行控制，通过驱动装置9驱动固定中心轴14转动，带动放置在无色光学玻璃转盘19上的待测螺栓类零件4随无色光学玻璃转盘19转动。

所述的夹持装置为套筒，由上到下依次包括固定安装在固定中心轴14上的第一套筒15、第二套筒17、第三套筒18、第四套筒11、第五套筒12和第六套筒13，所述第二套筒17与第三套筒18相互套接。

所述的螺栓类零件输送装置为待测螺栓类零件专用输送槽和待测螺栓类零件输入口，待测螺栓类零件输入口设置在待测螺栓类零件专用输送槽的末端，所述待测螺栓类零件专用输送槽通过第六套筒固定安装在固定中心轴上，待测螺栓类零件专用输送槽用于将待测螺栓类零件传送至待测螺栓类零件输入口上，待测螺栓类零件输入口设置在无色光学玻璃转盘上方，使得待测螺栓类零件4随无色光学玻璃转盘19转动，利用图像采集装置进行对待测螺栓类零件4进行图像采集。

优选的，为保证待测螺栓类零件4能够稳定的随着无色光学玻璃转盘19一起转动，所述的待测螺栓类零件专用输送槽7的上料速度与无色光学玻璃转盘19的转速相同。

所述的图像采集装置包括第一图像采集组件和第二图像采集组件，分别用于对待测螺栓类零件4的外形轮廓和螺帽轮廓进行采集；所述第一图像采集组件包括伸缩杆1、面阵背光源2和第一工位高分辨率CCD相机6，伸缩杆1的一端设置在第二套筒17上，与第二套筒17相连，另一端通过第二转动轴套8与面阵背光源2连接，通过伸缩杆1的伸缩控制面阵背光源2与光学玻璃转盘19的相对径向位置，且通过第一转动轴套5实现安装，第一工位高分辨率CCD相机6与所述螺栓类零件输送装置设置在同一侧，所述第一工位高分辨率CCD相机6的放置位置高于无色光学玻璃转盘19，且第一工位高分辨率CCD相机6的光轴与面阵背光源2发光面相互垂直，采用背光源垂直照射的方式，使第一工位高分辨率CCD相机6获得更好的螺栓类零件侧面轮廓成像效果；

所述的第二图像采集组件包括环形光源20和第二工位高分辨率CCD相机21，环形光源20通过第四套筒11固定安装在固定中心轴14上，第二工位高分辨率CCD相机21通过第五套筒12固定安装在固定中心轴14上，且所述环形光源20和第二工位高分辨率CCD相机21均通过第三固定轴套26连接，所述第二工位高分辨率CCD相机21放置在光学玻璃转盘19的下方且位于待测螺栓类零件4的底部，且第二工位高分辨率CCD相机21的光心与第二工位环形光源20的中心相重合，采取正面垂直照射的方式，使第二工位高分辨率CCD相机21获得更好的螺栓类零件底部轮廓成像效果。

优选的，所述的第六套筒13的一端与L形杆连接，在L形杆的端部分别安装有待测螺栓类零件专用输送槽7和第一工位高分辨率CCD相机6，所述第一工位高分辨率CCD相机6是通过第一转动轴套5连接的。

优选的，所述左侧的待测螺栓类零件输入口3与采用背光源方式的面阵背光源2的左边界处同一位置，螺栓输出口处于采用垂直照射的环形光源20右侧边界处，使两个工位相机采集待测螺栓类零件4的图像处于达到最佳采集效果。

优选的，所述的计算机视觉识别测量系统包括计算机视觉识别测量系统显示屏16、计算机与视觉识别测量软件，所述计算机视觉识别测量系统显示屏16通过第一套筒15安装在固定中心轴14上，利用计算机视觉识别测量系统显示屏16对将待测螺栓类零件的轮廓进行显示。

优选的，所述的驱动装置9包括驱动电机24和驱动齿轮23，驱动电机24安装在三角支架10上，驱动齿轮23安装在驱动电机24的动力输出端，且与从动齿轮25相互啮合，所述从动齿轮25设置在无色光学玻璃转盘19的下端，且与无色光学玻璃转盘19一体形成，通过驱动电机24带动无色光学玻璃转盘19转动。

优选的，所述的第二转动轴套8为可旋转套筒，使用时，便于利用伸缩杆1的伸缩、第二套筒17和第二转动轴套8对面阵背光源2的角度进行控制，达到最佳图像采集位置；同时所述第一转动轴套5和第三转动轴套26均为可转动结构，跟别用于在使用时调整第一工位高分辨率CCD相机6、环形光源20和第二工位高分辨率CCD相机21的位置和角度，使其达到最佳图像采集位置。

优选的，所述的夹持装置可以保证螺栓类零件输送装置、固定底座22、图像采集装置和计算机视觉识别测量系统处于稳定的状态，不会随着无色光学玻璃转盘19转动而发生位置变化和摇晃的情况。

本实用新型的使用原理及使用过程：

实施例1：

（1）图像的采集过程：将待测螺栓类零件4由螺栓类零件专用输送槽7输送到无色光学玻璃转盘19上表面的输入口3处，首先待测螺栓类零件4随着无色光学玻璃转盘19转动，进入到面阵背光源2打光的范围内，然后计算机视觉识别测量系统将给第一工位高分辨率CCD相机发送指令，对待测螺栓类零件4进行图像采集，采集螺栓类零件4的侧面图像,实时测量螺栓类零件4的螺距P、公称直径D、螺栓类零件总长度L、螺帽厚度k、螺纹圈数q、螺旋升角β等几何参数；然后待测螺栓类零件4随着无色光学玻璃转盘19转动，当待测螺栓类零件4进入第二工位光源20的范围之内，同上，计算机视觉识别测量系统也将会给第二工位高分辨率CCD相机发送采集螺栓类零件底部图像的指令，第二工位高分辨率CCD相机采集螺栓类零件4的底部图像；

（2）图像的处理过程：首先对采集螺帽的图像进行图像预处理,然后，把螺帽轮廓区域进行亚像素边缘拟合成圆形,计算出螺帽直径D；

由于相机标定前，螺栓类零件4的尺寸单位为像素尺寸，所以要将像素尺寸转化为实际尺寸；首先，通过对第一工位高分辨率CCD相机6和第二工位高分辨率CCD相机21进行标定，从而得到相机内外参矩阵，通过计算机视觉识别测量系统可以获得实际尺寸和像素尺寸之间的转换关系，即标定系数

,然后，通过标定系数

计算出螺栓类零件几何参数实际的尺寸；

确定

值后,即可得到螺栓类零件4各几何参数的实际尺寸值,通过计算测得螺栓类零件4的螺距P等于

值，圈数q等于边缘对个数

个,对螺栓类零件4轮廓进行亚像素拟合边缘，计算出螺栓类零件4公称直径D和螺栓类零件总长度L的实际尺寸，通过螺栓类零件4总长度L和螺距P以及螺纹圈数q可以获得螺帽厚度k和螺旋升角β，最后将计算结果在计算机视觉识别测量系统的显示屏16中予以显示；

其中：上述无色光学玻璃转盘19转动的驱动过程为：计算机视觉识别测量系统控制驱动装置9，进而控制与之相连无色光学玻璃转盘19的转速，具体为：计算机视觉识别测量系统控制驱动电机24工作，驱动电机24驱动驱动齿轮23转动，驱动齿轮23通过啮合力驱动无色光学玻璃转盘19转动，进而通过控制驱动电机24的转速控制无色光学玻璃转盘19的转速。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.基于机器视觉的螺栓类零件多几何参数实时测量装置，其特征在于：包括螺栓类零件输送装置、驱动装置（9）、固定底座（22）、固定中心轴（14）、夹持装置、无色光学玻璃转盘（19）、图像采集装置和计算机视觉识别测量系统，固定中心轴（14）安装在固定底座（22）上，无色光学玻璃转盘（19）安装在固定中心轴（14）中间，并随固定中心轴（14）转动，驱动装置（9）通过三角支架（10）安装在固定底座（22）上，图像采集装置和螺栓类零件输送装置均通过加持装置安装在固定中心轴（14）上，通过计算机视觉识别测量系统对驱动装置（9）和图像采集装置进行控制。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的螺栓类零件多几何参数实时测量装置，其特征在于：所述的夹持装置为套筒，由上到下依次包括固定安装在固定中心轴（14）上的第一套筒（15）、第二套筒（17）、第三套筒（18）、第四套筒（11）、第五套筒（12）和第六套筒（13），所述第二套筒（17）与第三套筒（18）相互套接。

3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的螺栓类零件多几何参数实时测量装置，其特征在于：所述的螺栓类零件输送装置为待测螺栓类零件专用输送槽（7）和待测螺栓类零件输入口（3），待测螺栓类零件输入口（3）设置在待测螺栓类零件专用输送槽（7）的末端，所述待测螺栓类零件专用输送槽（7）通过第六套筒（13）固定安装在固定中心轴（14）上，待测螺栓类零件专用输送槽（7）用于将待测螺栓类零件（4）传送至待测螺栓类零件输入口（3）上，待测螺栓类零件输入口（3）设置在无色光学玻璃转盘（19）上方。

4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的螺栓类零件多几何参数实时测量装置，其特征在于：所述的待测螺栓类零件专用输送槽（7）的上料速度与无色光学玻璃转盘（19）的转速相同。

5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的螺栓类零件多几何参数实时测量装置，其特征在于：所述的图像采集装置包括第一图像采集组件和第二图像采集组件，分别用于对待测螺栓类零件（4）的外形轮廓和螺帽轮廓进行采集；所述第一图像采集组件包括伸缩杆（1）、面阵背光源（2）和第一工位高分辨率CCD相机（6），伸缩杆（1）的一端设置在第二套筒（17）上，与第二套筒（17）相连，另一端通过第二转动轴套（8）与面阵背光源（2）连接，第一工位高分辨率CCD相机（6）与所述螺栓类零件输送装置设置在同一侧，且通过第一转动轴套（5）实现安装，所述第一工位高分辨率CCD相机（6）的放置位置高于无色光学玻璃转盘（19），且第一工位高分辨率CCD相机（6）的光轴与面阵背光源（2）发光面相互垂直，采用背光源垂直照射的方式。

6.根据权利要求5所述的基于机器视觉的螺栓类零件多几何参数实时测量装置，其特征在于：所述的第二图像采集组件包括环形光源（20）和第二工位高分辨率CCD相机（21），环形光源（20）通过第四套筒（11）固定安装在固定中心轴（14）上，第二工位高分辨率CCD相机（21）通过第五套筒（12）固定安装在固定中心轴（14）上，且所述环形光源（20）和第二工位高分辨率CCD相机（21）均通过第三固定轴套（26）连接；所述第二工位高分辨率CCD相机（21）放置在无色光学玻璃转盘（19）的下方且位于待测螺栓类零件（4）的底部，所述第二工位高分辨率CCD相机（21）的光心与第二工位环形光源（20）的中心相重合，采取正面垂直照射的方式。

7.根据权利要求6所述的基于机器视觉的螺栓类零件多几何参数实时测量装置，其特征在于：所述左侧的待测螺栓类零件输入口（3）与采用背光源方式的面阵背光源（2）的左边界处同一位置，螺栓输出口处于采用垂直照射的环形光源（20）右侧边界处，使两个工位相机采集待测螺栓类零件（4）的图像处于达到最佳采集效果。

8.根据权利要求2所述的基于机器视觉的螺栓类零件多几何参数实时测量装置，其特征在于：所述的驱动装置（9）包括驱动电机（24）和驱动齿轮（23），驱动电机（24）安装在三角支架（10）上，驱动齿轮（23）安装在驱动电机（24）的动力输出端，且与从动齿轮（25）相互啮合，所述从动齿轮（25）设置在无色光学玻璃转盘（19）的下端，且与无色光学玻璃转盘（19）一体形成，通过驱动电机（24）带动无色光学玻璃转盘（19）转动。

9.根据权利要求2所述的基于机器视觉的螺栓类零件多几何参数实时测量装置，其特征在于：所述的计算机视觉识别测量系统包括计算机视觉识别测量系统显示屏（16）、计算机与视觉识别测量软件，所述计算机视觉识别测量系统显示屏（16）通过第一套筒（15）安装在固定中心轴（14）上。

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