垂直高度非接觸檢測(cè)方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)器視覺(jué)檢查方法及裝置，尤其涉及一種垂直高度非接觸檢測(cè)方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，機(jī)器視覺(jué)檢查領(lǐng)域，有些物體的高度或深度的檢測(cè)存在技術(shù)難點(diǎn)，使用單個(gè)相機(jī)只能使用聚焦點(diǎn)調(diào)節(jié)方法進(jìn)行低精度測(cè)量，設(shè)備機(jī)械和自動(dòng)控制復(fù)雜，無(wú)法有效地實(shí)施高精度測(cè)量，但實(shí)際應(yīng)用中，有很多高度和深度的檢測(cè)需要達(dá)到0.1mm以下的檢測(cè)精度。本發(fā)明描述的垂直高度非接觸是檢測(cè)方法可以完成特定應(yīng)用條件下的高精度自動(dòng)化測(cè)量。
[0003]在尺寸測(cè)量領(lǐng)域，對(duì)高度的測(cè)量一般使用三次元接觸探針和激光非接觸探針，利用絲桿移動(dòng)和光柵尺測(cè)量，用測(cè)量軟件配合3D模型進(jìn)行測(cè)量。也有一些設(shè)備使用鏡頭聚焦判斷實(shí)現(xiàn)高度測(cè)量(一般此類產(chǎn)品稱為2.測(cè)量)。在一些單一復(fù)雜形狀產(chǎn)品的測(cè)量情況，如在生產(chǎn)線實(shí)時(shí)全檢或抽檢，現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備就過(guò)于昂貴，并且無(wú)法配合自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。
[0004]對(duì)復(fù)雜形狀表面特定對(duì)象的高度和深度非接觸自動(dòng)測(cè)量或輔助人工判斷。
[0005]因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種垂直高度非接觸檢測(cè)方法及裝置。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種垂直高度非接觸檢測(cè)方法，其中，包括:將三棱鏡置于鏡頭與被測(cè)物之間，被測(cè)物被置于一平面上，鏡頭拍攝三棱鏡將被測(cè)物的輪廓折射形成的兩影像，并獲取兩影像之間的水平距離；被測(cè)物與三棱鏡之間的間距與鏡頭拍攝的水平距離成單調(diào)函數(shù)關(guān)系，水平距離經(jīng)運(yùn)算獲取間距值，間距值與預(yù)設(shè)參考值進(jìn)行運(yùn)算，獲取被測(cè)物的垂直高度。
[0008]進(jìn)一步的，在平面上設(shè)置一標(biāo)準(zhǔn)塊，通過(guò)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)塊與三棱鏡的間距值與被測(cè)物的間距值進(jìn)行運(yùn)算可以獲取被測(cè)物的垂直高度。
[0009]進(jìn)一步的，通過(guò)光線追蹤法獲得間距值，輸入變量包括:三棱鏡的棱鏡邊角數(shù)據(jù)、棱鏡高度數(shù)據(jù)、從被測(cè)物到最靠近的三棱鏡面的第一入射角以及棱鏡的折射率數(shù)據(jù)的輸入變量。
[0010]一種垂直高度非接觸檢測(cè)裝置，其特征在于，包括一鏡頭、一被測(cè)物，所述鏡頭與所述被測(cè)物之間設(shè)有一三棱鏡；所述三棱鏡的一側(cè)棱面與所述鏡頭正面指向的方向垂直，且該側(cè)所述棱面置于所述三棱鏡遠(yuǎn)離所述鏡頭的一側(cè)。
[0011]進(jìn)一步的，所述鏡頭與所述三棱鏡之間安裝有一棱鏡筒。
[0012]進(jìn)一步的，所述被測(cè)物置于一平面上。
[0013]本發(fā)明通過(guò)在被測(cè)物與鏡頭之間設(shè)置三棱鏡，通過(guò)三棱鏡將被測(cè)物折射形成兩個(gè)影像，通過(guò)鏡頭拍攝獲取兩個(gè)影像之間的水平距離經(jīng)過(guò)單調(diào)函數(shù)關(guān)系的運(yùn)算獲取間距值，進(jìn)而獲取高精度的被測(cè)物的垂直高度數(shù)據(jù)。
[0014]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明的實(shí)施例一的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖所示，一種垂直高度非接觸檢測(cè)方法，其中，包括:將三棱鏡置于鏡頭與被測(cè)物之間，被測(cè)物被置于一平面上，鏡頭拍攝三棱鏡將被測(cè)物的輪廓折射形成的兩影像，三棱鏡的一側(cè)表面面向被測(cè)物使得被測(cè)物的輪廓通過(guò)三棱鏡的另外兩側(cè)表面形成影像，通過(guò)鏡頭拍攝的圖片獲取兩影像之間的水平距離；被測(cè)物與三棱鏡之間的間距與鏡頭拍攝的水平距離成單調(diào)函數(shù)關(guān)系，設(shè)X為水平距離，D為間距值，則存在D = f(x)的單調(diào)函數(shù)關(guān)系，水平距離經(jīng)運(yùn)算獲取間距值，間距值與預(yù)設(shè)參考值進(jìn)行運(yùn)算，獲取被測(cè)物的垂直高度。
[0018]進(jìn)一步的，三棱鏡與被測(cè)物之間的間距值越大則兩影像之間的水平距離越遠(yuǎn)。
[0019]進(jìn)一步的，可以在平面上設(shè)置一標(biāo)準(zhǔn)塊，通過(guò)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)塊與三棱鏡的間距值，再與被測(cè)物的間距值進(jìn)行運(yùn)算可以獲取被測(cè)物的垂直高度，具體的為，標(biāo)準(zhǔn)塊間距值加上標(biāo)準(zhǔn)塊厚度再減去被測(cè)物間距值即可得出垂直高度的值。
[0020]進(jìn)一步的，圖2是本發(fā)明的實(shí)施例一的示意圖，如圖2所示，通過(guò)光線追蹤法獲得間距值，輸入變量包括:三棱鏡的棱鏡邊角數(shù)據(jù)、棱鏡高度數(shù)據(jù)、從被測(cè)物到最靠近的三棱鏡面的第一入射角以及棱鏡的折射率數(shù)據(jù)的輸入變量。D的計(jì)算需要使用光線追蹤法求解，由光路結(jié)構(gòu)決定的輸入變量有:棱鏡邊角AA、棱鏡高度L、第一入射角(從物體到棱鏡的第一面的入射角)A、棱鏡玻璃折射率Lemda ；
[0021]根據(jù)折射定理:折射率=Sin (入射角)/sin(出射角)
[0022]通過(guò)三棱鏡折射后的出射角E是:
[0023]E = arcsin(Lemda*sin(pi/2_(p1-AA-arcsin(sinA/Lemda))))
[0024]測(cè)量變量是所測(cè)量的點(diǎn)到棱鏡斜面的距離d ;
[0025]通過(guò)解析幾何計(jì)算可以得到輸出變量是像點(diǎn)的水平坐標(biāo)。
[0026]具體的，輸出變量是像點(diǎn)的水平坐標(biāo)可以通過(guò)以下的計(jì)算方法獲得:
[0027]步驟1:設(shè)物點(diǎn)坐標(biāo)(xO，y0)、距離三棱鏡底邊的距離d、入射角A、棱鏡高度L ;
[0028]獲取入射光線斜率k0 = tan (JT /2+A)；
[0029]入射光線方程為:(y-yO)= k0 (χ-χ0)；
[0030]三棱鏡底邊方程:y = O ;
[0031]步驟2:入射光線方程與三棱鏡底邊方程交點(diǎn)為入射點(diǎn)，坐標(biāo)(xl，yl)；
[0032]根據(jù)折射定理，折射后的折射角B = Arcsin (sinA/ λ )；
[0033]對(duì)應(yīng)的第一折射光斜率kl = tan (JT /2+B)；
[0034]第一折射光線方程為:(y-yl) =kl(x-xl)；
[0035]步驟3:三棱鏡斜邊方程為:y = X-L ;
[0036]第一折射光和三棱鏡的斜邊接觸，交點(diǎn)坐標(biāo)(x2，y2)；
[0037]根據(jù)折射定理以及平面幾何計(jì)算，折射后的折射角為:
[0038]E = arcsin ( λ*sin (pi/2_ (p1-AA-arcsin (sinA/λ))))；
[0039]對(duì)應(yīng)的第二折射光(最終折射光)斜率:k2 = tan (3 π /4_Ε)；
[0040]第二折射光線(最終折射光線)方程為:(y_y2) = k2(x-x2)；
[0041]步驟4:將物點(diǎn)的光學(xué)入射角增加一個(gè)小角度ΔΑ，重新計(jì)算步驟1-3，可獲取第二條光線的最終折射光線方程:(y-y3) =k2(x-x3)；
[0042]步驟5:將兩條最終折射光線方程聯(lián)立獲取交點(diǎn)坐標(biāo)(x4，y4)，該交點(diǎn)坐標(biāo)就是像點(diǎn)坐標(biāo)；x4就是對(duì)于物點(diǎn)(0，-d)所成像的水平距離。
[0043]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，一種垂直高度非接觸檢測(cè)裝置，其特征在于，包括一鏡頭1、一被測(cè)物4，鏡頭I與被測(cè)物4之間設(shè)有一三棱鏡3 ;三棱鏡3的一側(cè)棱面與鏡頭I正面指向的方向垂直，且該側(cè)棱面置于三棱鏡3遠(yuǎn)離鏡頭I的一側(cè)，使得三棱鏡3的另外兩側(cè)表面可以將被測(cè)物4的輪廓折射形成兩個(gè)影像，鏡頭I可以對(duì)這兩個(gè)影像進(jìn)行記錄。
[0044]進(jìn)一步的，鏡頭I與三棱鏡3之間安裝有一棱鏡筒2。
[0045]進(jìn)一步的，被測(cè)物4置于一平面5上。
[0046]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種垂直高度非接觸檢測(cè)方法，其特征在于，包括:將三棱鏡置于鏡頭與被測(cè)物之間，被測(cè)物被置于一平面上，鏡頭拍攝三棱鏡將被測(cè)物的輪廓折射形成的兩影像，并獲取兩影像之間的水平距離；被測(cè)物與三棱鏡之間的間距與鏡頭拍攝的水平距離成單調(diào)函數(shù)關(guān)系，水平距離經(jīng)運(yùn)算獲取間距值，間距值與預(yù)設(shè)參考值進(jìn)行運(yùn)算，獲取被測(cè)物的垂直高度。2.如權(quán)利要求1所述的垂直高度非接觸檢測(cè)方法，其特征在于，在平面上設(shè)置一標(biāo)準(zhǔn)塊，通過(guò)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)塊與三棱鏡的間距值與被測(cè)物的間距值進(jìn)行運(yùn)算可以獲取被測(cè)物的垂直高度。3.如權(quán)利要求1所述的垂直高度非接觸檢測(cè)方法，其特征在于，通過(guò)光線追蹤法獲得間距值，輸入變量包括:三棱鏡的棱鏡邊角數(shù)據(jù)、棱鏡高度數(shù)據(jù)、從被測(cè)物到最靠近的三棱鏡面的第一入射角以及棱鏡的折射率數(shù)據(jù)的輸入變量。4.一種垂直高度非接觸檢測(cè)裝置，其特征在于，包括一鏡頭、一被測(cè)物，所述鏡頭與所述被測(cè)物之間設(shè)有一三棱鏡；所述三棱鏡的一側(cè)棱面與所述鏡頭正面指向的方向垂直，且該側(cè)所述棱面置于所述三棱鏡遠(yuǎn)離所述鏡頭的一側(cè)。5.如權(quán)利要求4所述的垂直高度非接觸檢測(cè)裝置，其特征在于，所述鏡頭與所述三棱鏡之間安裝有一棱鏡筒。6.如權(quán)利要求4所述的垂直高度非接觸檢測(cè)裝置，其特征在于，所述被測(cè)物置于一平面上。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種垂直高度非接觸檢測(cè)方法及裝置，包括：將三棱鏡置于鏡頭與被測(cè)物之間，被測(cè)物被置于一平面上，鏡頭拍攝三棱鏡將被測(cè)物的輪廓折射形成的兩影像，并獲取兩影像之間的水平距離；被測(cè)物與三棱鏡之間的間距與鏡頭拍攝的水平距離成單調(diào)函數(shù)關(guān)系，水平距離經(jīng)運(yùn)算獲取間距值，間距值與預(yù)設(shè)參考值進(jìn)行運(yùn)算，獲取被測(cè)物的垂直高度。本發(fā)明通過(guò)三棱鏡將被測(cè)物折射形成兩個(gè)影像，通過(guò)鏡頭拍攝獲取兩個(gè)影像之間的水平距離經(jīng)過(guò)單調(diào)函數(shù)關(guān)系的運(yùn)算獲取間距值，進(jìn)而獲取高精度的被測(cè)物的垂直高度數(shù)據(jù)。
【IPC分類】G01B11/02
【公開號(hào)】CN104897068
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510357149
【發(fā)明人】梅軍
【申請(qǐng)人】上海帆聲圖像科技有限公司
【公開日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年6月24日