CN216977793U - 一种视觉测量工装零件三维尺寸的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种视觉测量工装零件三维尺寸的装置，包括：测试箱，所述测试箱内部的底面设置有转台，所述测试箱的内部设置有用于视觉测量尺寸的视觉测量单元，所述视觉测量单元包含设置在测试箱顶部的顶部测量单元以及设置在测试箱内部右侧的侧面测量单元，其特征在于，所述视觉测量单元的两侧设置有补光单元，所述补光单元与测试箱之间设置有转动单元，所述补光单元的内部设置有自动降温机构，采集工位中安装的相机可以进行双目棋盘格标定，对目标物体进行空间定位测量，同时采集软件支持对零件角点的自动识别，可以根据角点的空间坐标计算得到零件边的长度，可以优化工厂的加工工艺，提高测量效率的同时整个系统操作也简单。

Description

一种视觉测量工装零件三维尺寸的装置

技术领域

本实用新型涉及视觉测量技术领域，具体涉及一种视觉测量工装零件三维尺寸的装置。

背景技术

随着我国工业技术的发展，工业上生产出来的零件数量庞大，通过测量生产的零件尺寸，进而跟加工图纸或者加工文件中的模型尺寸做对比，进一步优化加工工艺，工业上对大量零件做三维尺寸测量的需求逐渐加大，且对测量精度要求更高，传统的手工测量在精度和效率上都已经逐渐落后，手工测量方式慢慢被淘汰，目前市场是逐渐出现以视觉测量的方式取代原有的手工测量。

现有技术中，关于物品三维尺寸的测量，一般需要半自动甚至手动测量，精度不高，且操作较为复杂，测量效率较低，补光灯无法长时间运作的问题；

为此我们提供一种视觉测量工装零件三维尺寸的装置解决上述问题。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种视觉测量工装零件三维尺寸的装置，采集工位中安装的垂直相机和侧面相机可以进行双目棋盘格标定，对目标物体进行空间定位测量，同时采集软件支持对零件角点的自动识别，可以根据角点的空间坐标计算得到零件边的长度，可以优化工厂的加工工艺，提高测量效率的同时整个系统操作也简单，增加降温机构也可保证补光灯可以长时间的运行。

为了实现上述目的，本实用新型采用的一种视觉测量工装零件三维尺寸的装置，包括：包括测试箱，所述测试箱内部的底面设置有转台，所述测试箱的内部设置有用于视觉测量尺寸的视觉测量单元，所述视觉测量单元包含设置在测试箱顶部的顶部测量单元以及设置在测试箱内部右侧的侧面测量单元，其特征在于，所述视觉测量单元的两侧设置有补光单元，所述补光单元与测试箱之间设置有转动单元，所述补光单元的内部设置有自动降温机构。

进一步的，首次测量前，需要对采集工位的垂直相机和侧面相机进行双目棋盘格标定，棋盘格标定方法：在两台相机的视野交汇处放置150cmx150cm的棋盘格，棋盘格移动不同的位置和角度，两台相机各抓拍10张图片用作标定，保证两台相机均能拍到完整的棋盘格，安装在PC端的物品检测采集软件完成标定后，即可用于拍摄测量。

作为上述方案的进一步优化，所述补光单元包含补光灯和顶部遮光板，顶部遮光板和补光灯为一体式结构。

作为上述方案的进一步优化，所述补光单元的发光体为灯芯，所述灯芯的两端设置有第二转轴，所述第二转轴与设置在补光单元上的轴孔相适配。

作为上述方案的进一步优化，所述灯芯的后方自动降温机构包含设置在顶部遮光板内部的降温腔室，所述灯芯的后方连接有若干组弹簧，所述弹簧的端部连接有撑块，所述撑块的四周被降温水袋包裹。

作为上述方案的进一步优化，所述弹簧的材料为热敏材料。

作为上述方案的进一步优化，所述顶部测量单元固定安装在设置于测试箱顶部的支架上，所述顶部测量单元包含顶部测量相机和安装在顶部测量相机端部的镜头，所述侧面测量单元固定安装在固定座上，所述侧面测量单元包含侧面测量相机和安装在侧面测量相机端部的侧面镜头。

作为上述方案的进一步优化，所述转动单元包含设置在补光灯端部的下固定座，所述下固定座与上固定座之间设置有第一转轴，所述上固定座固定在支架上。

本实用新型的一种视觉测量工装零件三维尺寸的装置，具备如下有益效果：

1、本实用新型提供一种技术方案：采集工位上在垂直方向和侧面方向安装有相机和镜头，双目相机可以用棋盘格完成标定，标定得到左右相机的投影矩阵，根据投影矩阵对目标物体进行空间定位测量，检测物品采集软件支持对零件角点进行自动检测，根据两个角点的空间坐标计算得到零件边的长度，提高了测量尺寸的精度；

2、本实用新型提供一种技术方案：采集工位安装带有步进电机的转盘，检测物品采集软件同时控制转盘转动和2个相机的拍摄，支持对零件的顶面和侧面进行360度旋转拍摄，通过采集软件对拍摄图片进行合成，可以合成零件的三维模型，不仅可以同时得到零件每一边的尺寸，而且测量的效率大大提高；

3、本实用新型提供一种技术方案：在补光灯增加两级调节的方式可以保证补光灯的位置可以被轻易的调节至所需要的位置，同时在补光的内部增加降温机构，可以确保补光灯在长时间运行的时候可以有效的达到降温的目的，可以确保整个测试箱可以长时间的运行。

参照后文的说明与附图，详细公开了本实用新型的特定实施方式，指明了本实用新型的原理可以被采用的方式，应该理解，本实用新型的实施方式在范围上并不因而受到限制，在所附权利要求的精神和条款的范围内，本实用新型的实施方式包括许多改变、修改和等同。

附图说明

图1为本实用新型的外观结构示意图；

图2为本实用新型的内部结构正视图；

图3为本实用新型的内部结构示意图；

图4为本实用新型的遮光板转动结构示意图；

图5为本实用新型的补光灯灯芯位置结构示意图；

图6为本实用新型的自动降温机构结构示意图；

图7为本实用新型的棋格标定示意图。

图中：1、测试箱；2、黑色绒布；4、顶部遮光板；5、补光灯；6、顶部测量相机；7、镜头；8、滤光片；9、转台；10、底部遮光板；11、固定座；12、侧面测量相机；13、支架；14、下固定座；15、上固定座；16、第一转轴；17、降温水袋；18、弹簧；19、灯芯；20、第二转轴；21、撑块；22、降温腔室。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限制本实用新型的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于、设有”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接、相连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，“固连”为固定连接的含义，固定连接的方式有很多种，不作为本文的保护范围，本文中所使用的术语“垂直的”“水平的”“左”“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在限制本实用新型，本文中所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合；

请参阅说明书附图1-7，本实用新型提供一种技术方案：一种视觉测量工装零件三维尺寸的装置，包括：测试箱1，测试箱1内部的底面设置有转台9，测试箱1的内部设置有用于视觉测量尺寸的视觉测量单元，视觉测量单元包含设置在测试箱1顶部的顶部测量单元以及设置在测试箱1内部右侧的侧面测量单元，其特征在于，视觉测量单元的两侧设置有补光单元，补光单元与测试箱1之间设置有转动单元，补光单元的内部设置有自动降温机构。

本实施例中，为了提高测量三维零件尺寸的效率，在测试箱1的底部设置能够转动的转台9，与此同时为了提高了三维零件尺寸测量的效率和速度，转台9的底部安装有控制转台自动转动的电机，将测量物品放在转台上之后会自动进行转动，物品检测采集软件支持一键触发顶部测量单元和侧面测量单元连续拍摄，同时触发转台9转动，转台9每转动六十度抓拍一次，转台9转动一圈垂直和侧面相机自动采集六次，共十二张图片；

采集工位上在垂直方向安装有顶部测量单元，在侧面方向安装有侧面测量单元，双目相机可以用棋盘格完成标定，标定得到左右相机的投影矩阵，根据投影矩阵对目标物体进行空间定位测量，检测物品采集软件支持对零件角点进行自动检测，根据两个角点的空间坐标计算得到零件边的长度；

采集工位上需要做很多措施去消除金属反光，需要用到顶部遮光板4；为了保证背景是黑色的，配合软件的opencv ROI图像的切割，箱体内表面和转台需要贴上黑色绒布，同时又需要足够的补光保证图像清晰，需要用到四个补光单元在测量时进行补光，

在长时间进行测量时，由于灯芯19需要持续作业，灯芯19所产生的热量会不断的升高并聚集，为了避免温度的长时间聚集，在补光单元的内部设置自动降温机构，灯芯19的后方设置弹簧18,弹簧18会根据温度的变化伸长或者缩短，温度升高时弹簧18伸长，推动撑块21相后方移动，撑块21挤压降温水袋17之后，位于上方的降温水袋17逐渐向下方移动，增大了与灯芯19之间的接触面积，进而可以加快灯芯19的散热，当温度降低后，弹簧18收缩拉动撑块21向下移动并挤压两侧的降温水袋17，使得降温水袋17收缩后继续回到上方，进而达到快速降温的目的。

根据图4所示，补光单元包含补光灯5和顶部遮光板4，顶部遮光板4和补光灯5为一体式结构。

本实施例中，补光单元由两个部分组成，在需要补光时补光灯5会在控制器的作用下控制点亮，补光灯5在被点亮后为了避免光线出现照射不集中的问题，使用顶部遮光板4将光线进行聚拢。

根据图5所示，补光单元的发光体为灯芯19，灯芯19的两端设置有第二转轴20，第二转轴20与设置在补光单元上的轴孔相适配。

需要说明的是，虽然顶部遮光板4可以在对光线进行聚拢，但是光线的聚拢效果会随着测量物体的差异出现变化，将灯芯19设置成为可转动的方式，在需要调整补光的角度时，不仅可以通过调整转动单元的方式调整补光的角度，在进行微调或者转动单元的角度调整至最大的限度时可以通过转动灯芯19的方式调整补光的角度，进而可以确保补光的效果。

根据图6所示，灯芯19的后方自动降温机构包含设置在顶部遮光板4内部的降温腔室22，灯芯19的后方连接有若干组弹簧18，弹簧18的端部连接有撑块21，撑块21的四周被降温水袋17包裹。

需要说明的是，在长时间进行测量时，由于灯芯19需要持续作业，灯芯19所产生的热量会不断的升高并聚集，为了避免温度的长时间聚集，在补光单元的内部设置自动降温机构，灯芯19的后方设置弹簧18,弹簧18会根据温度的变化伸长或者缩短，温度升高时弹簧18伸长，推动撑块21相后方移动，撑块21挤压降温水袋17之后，位于上方的降温水袋17逐渐向下方移动，增大了与灯芯19之间的接触面积，进而可以加快灯芯19的散热，当温度降低后，弹簧18收缩拉动撑块21向下移动并挤压两侧的降温水袋17，使得降温水袋17收缩后继续回到上方，进而达到快速降温的目的。

本实施例中，弹簧18的材料为热敏材料。

需要说明的是，随着灯芯19的长时间使用，其温度会发生变化，弹簧18会在温度升高时伸长并在温度降低时缩短。

根据图2所示，顶部测量单元固定安装在设置于测试箱1顶部的支架13上，顶部测量单元包含顶部测量相机6和安装在顶部测量相机6端部的镜头7，侧面测量单元固定安装在固定座11上，侧面测量单元包含侧面测量相机12和安装在侧面测量相机12端部的侧面镜头。

需要说明的是，测试箱1的顶部安装有支架13，支架13的前端安装有镜头7,镜头7可以根据实际测量物体的大小以及测量精度的不同根据需求进行更换，进而达到不同的测量目的，镜头7得中心与设置与测试箱1底部转台9的中心是在同一轴线上，保证在将物品放入到转台9的中央时可以保证测量物体可以被相机的可视范围覆盖，侧面测量单元包含有侧面测量相机12，侧面测量相机12固定在设置于测试箱1底部的固定座11上，侧面测量相机12的前端同样安装有可更换的镜头，进而可以适应不同的测量物品，同时侧面测量相机12的中心位置同样是正对转台9的中央；

镜头7的前端设置有滤光片8,滤光片8主要是在拍摄时过滤掉多余的光线，减少在拍摄待测物体时产生的其他光线干扰，同时在侧面测量相机12的前端镜头上也设置有滤光片8，其中滤光片8可以进行更换，在将不同颜色的待测物品放入到转台9的上方时，由于待测物品的颜色差异会导致光线出现变化，进而更换不同的滤光片8达到过滤光线的目的；

在转台9的表面和测试箱1的内表面均粘贴有黑色绒布2,由于黑色绒布2的表面是非光滑面，可以避免补光灯工作时导致的镜面反射光干扰，同时黑色绒布2也会减少其他光线在成像拍摄时的干扰，进而可以确保在顶部测量单元以及侧面测量单元拍摄成像时可以更加准确。

根据图4所示，转动单元包含设置在补光灯5端部的下固定座14，下固定座14与上固定座15之间设置有第一转轴16，上固定座15固定在支架13上。

本实施例中，由于待测的零件尺寸会存在差异，补光的位置会根据实际放置的零件位置进行适当的调整，顶部遮光板4与补光灯5为一体式结构，在补光灯5的底部固定有下固定座14，与下固定座14匹配的上固定座15安装在支架13的下方，下固定座14与上固定座15之间可以通过第一转轴16进行转动，进而可以调节补光灯的位置，确保相机在拍照时可以更加的清晰。两个相机的两侧均设置有补光单元，两个相机总计设置有四个补光单元。

本实施方式提供的一种视觉测量工装零件三维尺寸的装置，工作过程如下：

按照图示将所有的装置进行安装，采集工位的垂直相机和侧面相机需要调焦距和清晰度，景深需要调整到最大，保证拍摄范围内的零件可以清晰成像，第一次测量前，需要对采集工位的垂直相机和侧面相机进行双目棋盘格标定。棋盘格标定方法：在两台相机的视野交汇处放置150cmx150cm的棋盘格，棋盘格移动不同的位置和角度，两台相机各抓拍10张图片用作标定，保证两台相机均能拍到完整的棋盘格，安装在PC端的物品检测采集软件完成标定后，即可用于拍摄测量；

为了提高工装零件的识别度和清晰度，为了保证背景是黑色的，配合软件的opencv ROI图像的切割将采集工位箱体内表面及转盘9上都用黑色绒布2覆盖；为了给相机足够的补光，在垂直相机和侧面相机两边需要各安装2个补光灯5；为了消除金属表面反光，4个补光灯5均需要贴上滤光膜，补光灯5边上需要安装可以调整角度的遮光板4，垂直相机和侧面相机的镜头需要安装滤光片8,；

PC端的USB口连接USB转串口线，连接USB转串口设备(工业型光电隔离型USB转RS232/RS485)，USB转RS485连接YF-53串口步进/伺服控制器，控制器再连接驱动器，是控制转盘转动的，USB转RS232连接光源控制器是控制补光灯的，转盘9是通过物品检测采集软件下发串口指令，每旋转一次是60度，转盘9停止，两台相机各抓拍一次，软件触发连续拍摄，转,9会自动旋转6次，两台相机会各抓拍6次，刚好可以完成360度的拍摄；

将工业零件放置于转盘9上，采集软件需要先调节相机参数，保证成像清晰且金属表面不反光，采集软件一键触发连续采集，垂直相机和侧面相机同时连续拍摄，转盘9每转动60度抓拍1次，转盘9转动一圈，垂直和侧面相机自动采集6次，共12张图片，物品检测采集软件可以将抓拍的图像，合成拍摄物体的三维模型，且得到零件每条边的长度，可以录入数据库存储。

仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种视觉测量工装零件三维尺寸的装置，包括测试箱(1)，所述测试箱(1)内部的底面设置有转台(9)，所述测试箱(1)的内部设置有用于视觉测量尺寸的视觉测量单元，所述视觉测量单元包含设置在测试箱(1)顶部的顶部测量单元以及设置在测试箱(1)内部右侧的侧面测量单元，其特征在于，所述视觉测量单元的两侧设置有补光单元，所述补光单元与测试箱(1)之间设置有转动单元，所述补光单元的内部设置有自动降温机构。

2.根据权利要求1所述的一种视觉测量工装零件三维尺寸的装置，其特征在于：所述补光单元包含补光灯(5)和顶部遮光板(4)，顶部遮光板(4)和补光灯(5)为一体式结构。

3.根据权利要求1和2任一所述的一种视觉测量工装零件三维尺寸的装置，其特征在于：所述补光单元的发光体为灯芯(19)，所述灯芯(19)的两端设置有第二转轴(20)，所述第二转轴(20)与设置在补光单元上的轴孔相适配。

4.根据权利要求3所述的一种视觉测量工装零件三维尺寸的装置，其特征在于：所述灯芯(19)的后方自动降温机构包含设置在顶部遮光板(4)内部的降温腔室(22)，所述灯芯(19)的后方连接有若干组弹簧(18)，所述弹簧(18)的端部连接有撑块(21)，所述撑块(21)的四周被降温水袋(17)包裹。

5.根据权利要求4所述的一种视觉测量工装零件三维尺寸的装置，其特征在于：所述弹簧(18)的材料为热敏材料。

6.根据权利要求1所述的一种视觉测量工装零件三维尺寸的装置，其特征在于：所述顶部测量单元固定安装在设置于测试箱(1)顶部的支架(13)上，所述顶部测量单元包含顶部测量相机(6)和安装在顶部测量相机(6)端部的镜头(7)，所述侧面测量单元固定安装在固定座(11)上，所述侧面测量单元包含侧面测量相机(12)和安装在侧面测量相机(12)端部的侧面镜头。

7.根据权利要求1所述的一种视觉测量工装零件三维尺寸的装置，其特征在于：所述转动单元包含设置在补光灯(5)端部的下固定座(14)，所述下固定座(14)与上固定座(15)之间设置有第一转轴(16)，所述上固定座(15)固定在支架(13)上。

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