CN219121308U - 一种圆柱工件外形检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种圆柱工件外形检测装置，用于检测圆柱工件的外观，包括用于采集圆柱工件图像的图像检测结构、用于带动图像检测结构上下移动的升降机构和用于控制图像检测结构的控制系统。本实用新型克服传统人工测量中效率低、劳动强度高，测量准确性差的缺点，测量采样图像检测方式，主要用于圆柱工件高度和直径的非接触式的自动测量，减少了传统接触式测量给工件带来的损伤和测量误差具有设计合理、结构简单、调整方便、运行平稳、可靠性高的优点，提高了外形尺寸的测量精度。

Description

一种圆柱工件外形检测装置

技术领域

本实用新型涉及检测设备技术领域，尤其涉及一种圆柱工件外形检测装置。

背景技术

随着制造业对零件的精度要求越来越高，对零件尺寸检测要求和检测手段也应发生响应的变化，目前基本处于人工手动测量状态，采用专用卡具或者卡尺进行测量，由于卡具测量采用面接触，圆柱工件为塑料材料时，接触面会发生变形，对工件表面回产生损伤，影响测量精度，即接触测量时对工件表面有一定的损伤，同时卡具与工件一一对应，不能兼顾不同规格工件的测量，兼容性差；同时由于人为测量，人为因素影响较大，测量一致性差、准确性差、效率低，无法满足大批量生产的要求。因此，如何在检测时减少对工件的损伤并提高测量准确性成为当前的发展需要。

针对圆柱工件，测量外形尺寸包括工件高度和工件直径，如何自动检测圆柱工件的高度、多处外径等更为重要。

实用新型内容

本实用新型基于现有技术中存在的问题，提出了一种圆柱工件外形检测装置，用于检测圆柱工件的外观，包括用于采集圆柱工件图像的图像检测机构和在支架上设置用于带动图像检测结构上下移动的升降机构，所述升降机构的底部设置图像检测机构。

在上述方案的基础上，所述图像检测结构包括相机组和光源组，所述相机组包括第一工业相机、第二工业相机和第三工业相机，所述光源组包括与第一工业相机对应设置的第一光源、与第二工业相机对应设置的第二光源和与第三工业相机对应设置的第三光源，所述第一工业相机、第二工业相机和第三工业相机与第一光源、第二光源和第三光源沿周向间隔设置在升降机构的底部。

在上述方案的基础上，所述第一工业相机和第一光源的中心连线、所述第二工业相机和第二光源的中心连接以及所述第三工业相机和第三光源的中心连线三者的相交点与圆柱工件的中轴线重合。

在上述方案的基础上，所述第一工业相机、第二工业相机和第三工业相机均包括并排设置的两个相机。

在上述方案的基础上，所述第一光源采用红色单色光源，所述第二光源采用绿色单色光源，所述第三光源采用蓝色单色光源，所述第一工业相机上设置有红色窄带滤光片，所述第二工业相机上设置有绿色窄带滤光片，所述第三工业相机上设置有蓝色窄带滤光片。

在上述方案的基础上，所述升降机构包括设置在支架上用于搭载图像检测结构的升降平台、用于带动升降平台作升降运动的导杆组、用于驱动导杆组作升降运动的交流伺服电机和丝杠以及用于保证丝杠和导杆同步运动的滑板。

在上述方案的基础上，所述支架包括上板和下板，所述上板和下板之间通过支撑件连接；

在上述方案的基础上，所述滑板套设在位于上板和下板之间的丝杠和导杆组上，所述滑板分别与丝杠和导杆组固定连接。

在上述方案的基础上，所述导杆组包括第一导杆、第二导杆和第三导杆，所述第一导杆、第二导杆和第三导杆依次穿过上板、滑板和下板后与升降平台固定连接，所述升降平台的底部设置有图像检测机构。

在上述方案的基础上，还包括用于采集和处理圆柱工件图像的图像检测控制系统、用于控制光源组的光源控制系统以及用于控制升降机构的升降控制系统；

所述图像检测控制系统包括视觉处理器，所述光源控制系统包括光源控制器，所述视觉处理器通过USB数据连接线与第一工业相机、第二工业相机和第三工业相机连接，所述视觉处理器通过串口线与光源控制器连接，所述光源控制器通过电源线与第一光源、第二光源和第三光源连接；

所述升降控制系统采用PLC控制系统。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过图像检测机构无接触测量方式，避免了与被测工件的接触，防止工件表面损伤，避免了由于表面损伤带来的测量精度误差；

2、本实用新型采用并排双相机检测方式，提高了系统的整体测量精度，双相机并排安装，分别观测圆柱工件的一个侧面，这种方式可以减小相机要观测的视场范围，从而减小像素当量，同时由于视角变小可以进一步减小成像的过度带，从而提高系统的整体测量精度；而且，这种方式可以降低对单个相机的分辨率要求，使用小分辨率相机提高图像采集，数据处理的速率；

3、本实用新型用升降式测量方式，可以兼顾不同规格工件的测量；为了测量高度、以及三个不同位置的直径，而且还要兼顾不同规格的工件，系统采用升降式测量方式，将相机和光源固定在一个升降平台上，根据要测量工件的位置，将升降平台移动到制定位置进行测量；

4、本实用新型为了减小光源对另外其他两组相机和光源的影响，采用单色光+窄带绿光片成像模式，光源分别采用红色、绿色和蓝色单色光源，而对应的相机安装窄带滤光片，只允许该波长的光线成像，减少环境光和另外两组光源的影响，保证系统的成像质量和稳定性。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型提出的一种圆柱工件外形检测装置的结构示意图；

图2为图1的主视图；

图3为图1的仰视图；

图4为本实用新型提出的图像检测结构的位置布局示意图；

图5为本实用新型提出的双相机测量原理示意图；

图6为本实用新型提出的控制系统的原理图。

图中：1-图像检测结构，110-第一工业相机，120-第二工业相机，130-第三工业相机，140-第一光源，150-第二光源，160-第三光源；

2-升降机构，210-支架，211-上板，212-下板，220-升降平台，230-导杆组，240-交流伺服电机，250-丝杠，260-滑板；

310-视觉处理器，320-光源控制器。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

参考图1-2，一种圆柱工件外形检测装置，包括用于采集圆柱工件图像的图像检测机构1和在支架210上设置用于带动图像检测结构1上下移动的升降机构2，所述升降机构2的底部设置图像检测机构1。

作为一种具体的实施方式，如图3-4所示，所述图像检测结构1包括相机组和光源组，所述相机组包括第一工业相机110、第二工业相机120和第三工业相机130，所述光源组包括与第一工业相机110对应设置的第一光源140、与第二工业相机120对应设置的第二光源150和与第三工业相机130对应设置的第三光源160，所述第一工业相机110、第二工业相机120和第三工业相机130与第一光源140、第二光源150和第三光源160沿周向间隔设置在升降机构2的底部；所述第一工业相机110和第一光源140的中心连线，所述第二工业相机120和第二光源150的中心连接以及第三工业相机130和第三光源160的中心连线的相交点与圆柱工件的中轴线重合。

作为一种优选的实施方式，如图5所示，所述第一工业相机110、第二工业相机120和第三工业相机130均包括并列设置的两个相机。具体的，采用并排双相机检测方案，双相机并排安装，分别观测圆柱工件的一个侧面，这种方式可以减小相机要观测的视场范围，从而减小像素当量，同时由于视角变小可以进一步减小成像的过度带，从而提高系统的整体测量精度；而且，这种方式可以降低对单个相机的分辨率要求，使用小分辨率相机提高图像采集，数据处理的速率。

作为一种优选的实施方式，所述第一光源140采用红色单色光源，所述第二光源150采用绿色单色光源，所述第三光源160采用蓝色单色光源，所述第一工业相机110上设置有红色窄带滤光片，所述第二工业相机120上设置有绿色窄带滤光片，所述第三工业相机130上设置有蓝色窄带滤光片。

根据测量需求，如图3-4所示，绕圆柱工件周向间隔120度设置第一工业相机110、第二工业相机120和第三工业相机130，分别从圆柱工件的三个角度对其直径进行测量；相机与相对应的光源分列圆柱工件两侧，第一工业相机110与光源140的中心线、第二工业相机120与光源150的中心线、第三工业相机130与光源160的中心线、三个中心线的交点与圆柱工件的中心相重合；为了减小光源对另外其他两组的影响，图像检测结构1采用单色光+窄带滤光片成像模式。光源组分别采用红色、绿色和蓝色单色光源，而对应的相机安装窄带滤光片，只允许该波长的光线成像，减少环境光和另外两组光源的影响，保证系统的成像质量和稳定性。

作为一种具体的实施方式，如图1所示，所述升降机构2包括在支架210上设置有用于搭载图像检测结构1的升降平台220、用于带动升降平台220作升降运动的导杆组230、用于驱动导杆组230作升降运动的交流伺服电机240和丝杠250以及用于保证丝杠250和导杆同步运动的滑板260。

作为一个优选的实施方式，所述支架210包括上板211和下板212，所述上板211和下板212之间通过支撑件连接，所述滑板260套设在丝杠250和导杆组230上并与丝杠250和导杆组230固定连接，交流伺服电机240启动驱动丝杠250上下移动，从而滑板260随丝杠250上下移动带动导杆组230上下移动。所述升降平台220为圆盘结构，在其中心位置可以放置圆柱工件，便于满足图像检测机构的测量要求。

所述导杆组230包括第一导杆、第二导杆和第三导杆，所述第一导杆、第二导杆和第三导杆依次穿过上板211、滑板260和下板212后与升降平台220固定连接，所述升降平台220的底部设置有图像检测机构，根据要测量圆柱工件的位置，将升降机构2移动到设定位置进行测量。

作为一种优选的实施方式，第一导杆、第二导杆和第三导杆沿升降平台220周向设置，受力均衡，保证图像检测机构稳定的升降。

为了测量高度、以及三个不同位置的直径，而且还要兼顾不同规格的工件，系统采用升降式测量方式；将相机和光源固定在一个升降平台220上，根据要测量圆柱工件的位置，将升降平台220移动到指定位置进行测量。

作为一种具体的实施方式，如图6所示，还包括用于采集和处理圆柱工件图像的图像检测控制系统、用于控制光源组的光源控制系统以及用于控制升降机构的升降控制系统；

所述图像检测控制系统包括视觉处理器310，所述光源控制系统包括光源控制器320，所述视觉处理器310采用高性能的研华ARK-3530L嵌入式工控机，第一工业相机110、第二工业相机120和第三工业相机130共6台相机通过USB3.0数据连接到视觉处理器310上，所述视觉处理器310通过串口线与光源控制器320连接，实现对第一光源140、第二光源150和第三光源160的控制。所述光源控制器320外接电源，用于为第一光源140、第二光源150和第三光源160提供电源。

升降控制系统与图像检测控制系统是两个独立的控制系统，升降控制系统采用PLC控制系统并通过以太网与图像检测控制系统连接。升降控制系统负责升降平台的上下位置控制，图像检测控制系统负责圆柱工件图像的采集和处理；当升降平台到达指定高度后向图像检测控制系统发出开始图像采集信号，收到升降控制系统发出的采集信号后，图像检测控制系统开始图像采集，300ms后，升降平台开始运行到下一指定位置，图像检测控制系统又开始图像采集，依次循环。

综上所述，本实用新型采用图像视觉检测技术，对圆柱工件的高度、多处外径等进行自动检测，该检测技术主要用于圆柱工件高度和直径的非接触式的自动测量，减少了传统接触式测量给工件带来的损伤和测量误差，设计合理，结构简单，调整方便，运行平稳，可靠性高，提高了外形尺寸的测量精度。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种圆柱工件外形检测装置，用于检测圆柱工件的外观，其特征在于，包括用于采集圆柱工件图像的图像检测机构和在支架上设置用于带动图像检测结构上下移动的升降机构，所述升降机构的底部设置图像检测机构。

2.根据权利要求1所述的一种圆柱工件外形检测装置，其特征在于，所述图像检测结构包括相机组和光源组，所述相机组包括第一工业相机、第二工业相机和第三工业相机，所述光源组包括与第一工业相机对应设置的第一光源、与第二工业相机对应设置的第二光源和与第三工业相机对应设置的第三光源，所述第一工业相机、第二工业相机和第三工业相机与第一光源、第二光源和第三光源沿周向间隔设置在升降机构的底部。

3.根据权利要求2所述的一种圆柱工件外形检测装置，其特征在于，所述第一工业相机和第一光源的中心连线、所述第二工业相机和第二光源的中心连接以及所述第三工业相机和第三光源的中心连线三者的相交点与圆柱工件的中轴线重合。

4.根据权利要求2或3所述的一种圆柱工件外形检测装置，其特征在于，所述第一工业相机、第二工业相机和第三工业相机均包括并排设置的两个相机。

5.根据权利要求2所述的一种圆柱工件外形检测装置，其特征在于，所述第一光源采用红色单色光源，所述第二光源采用绿色单色光源，所述第三光源采用蓝色单色光源，所述第一工业相机上设置有红色窄带滤光片，所述第二工业相机上设置有绿色窄带滤光片，所述第三工业相机上设置有蓝色窄带滤光片。

6.根据权利要求1所述的一种圆柱工件外形检测装置，其特征在于，所述升降机构包括设置在支架上用于搭载图像检测结构的升降平台、用于带动升降平台作升降运动的导杆组、用于驱动导杆组作升降运动的交流伺服电机和丝杠以及用于保证丝杠和导杆同步运动的滑板。

7.根据权利要求6所述的一种圆柱工件外形检测装置，其特征在于，所述支架包括上板和下板，所述上板和下板之间通过支撑件连接。

8.根据权利要求7所述的一种圆柱工件外形检测装置，其特征在于，所述滑板套设在位于上板和下板之间的丝杠和导杆组上，所述滑板分别与丝杠和导杆组固定连接。

9.根据权利要求8所述的一种圆柱工件外形检测装置，其特征在于，所述导杆组包括第一导杆、第二导杆和第三导杆，所述第一导杆、第二导杆和第三导杆依次穿过上板、滑板和下板后与升降平台固定连接，所述升降平台的底部设置有图像检测机构。

10.根据权利要求2所述的一种圆柱工件外形检测装置，其特征在于，还包括用于采集和处理圆柱工件图像的图像检测控制系统、用于控制光源组的光源控制系统以及用于控制升降机构的升降控制系统；

所述图像检测控制系统包括视觉处理器，所述光源控制系统包括光源控制器，所述视觉处理器通过USB数据连接线与第一工业相机、第二工业相机和第三工业相机连接，所述视觉处理器通过串口线与光源控制器连接，所述光源控制器通过电源线与第一光源、第二光源和第三光源连接；

所述升降控制系统采用PLC控制系统。

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