一種基于機(jī)器視覺的法蘭直徑測(cè)量裝置的制造方法
【專利摘要】一種基于機(jī)器視覺的法蘭直徑測(cè)量裝置，包括支架系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、工業(yè)相機(jī)和光源系統(tǒng)，所述支架系統(tǒng)包括支架底板、水平支架和豎直支架，所述豎直支架固定在所述支架底板上，所述水平支架安裝在豎直支架的上端，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)固定在水平支架上，工業(yè)相機(jī)固定在相機(jī)固定板，相機(jī)固定板固定在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，工業(yè)相機(jī)相對(duì)于轉(zhuǎn)軸偏置且偏置距離可調(diào)；所述支架底板上安裝光源系統(tǒng)，所述光源系統(tǒng)上設(shè)有供待測(cè)量法蘭放置的測(cè)量工位，所述工業(yè)相機(jī)位于所述測(cè)量工位的上方，待測(cè)量法蘭的內(nèi)外圈圓弧的弧段位于所述工業(yè)相機(jī)的成像范圍內(nèi)。本實(shí)用新型提供一種能夠快速、高精度、高效率的基于機(jī)器視覺的法蘭直徑測(cè)量裝置。
【專利說明】
一種基于機(jī)器視覺的法蘭直徑測(cè)量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及機(jī)械零件直徑測(cè)量裝置，更具體的說，涉及一種基于機(jī)器視覺的法蘭直徑測(cè)量裝置，屬于工業(yè)制造零件測(cè)量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)，機(jī)械產(chǎn)品越來越多，機(jī)加工件外表為圓狀的零件也隨著增多，特別是批量生產(chǎn)的零件，如圓型法蘭、圓錐輥?zhàn)印A錐臺(tái)等零件，目前的測(cè)量方法可分為接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量，以接觸式測(cè)量為主。接觸式測(cè)量是由人工使用各種量具接觸測(cè)量，不僅存在勞動(dòng)力大、效率低下的問題，而且工作人員在長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度的工作中極容易出現(xiàn)疏漏，從而影響直徑測(cè)量的最終結(jié)果，特別是需要全檢時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，嚴(yán)重阻礙了快速批量生產(chǎn)的要求;非接觸式測(cè)量如機(jī)器視覺測(cè)量，在工業(yè)相機(jī)分辨率一定的條件下，對(duì)于尺寸較小的零件工業(yè)相機(jī)可以對(duì)零件整體進(jìn)行圖像拍攝，獲得足夠多的像素點(diǎn)實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，但對(duì)于尺寸大的零件，如果對(duì)零件整體進(jìn)行圖像拍攝，由于硬件條件限制，在工業(yè)相機(jī)分辨率一定的條件下不能獲得足夠多的像素點(diǎn)，達(dá)不到高精度測(cè)量，因此對(duì)于尺寸大的零件的測(cè)量需要一種快速、高精度、高效率的檢測(cè)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服傳統(tǒng)測(cè)量方法在法蘭直徑測(cè)量過程中效率低下，以及普通的機(jī)器視覺測(cè)量對(duì)大尺寸法蘭測(cè)量精度低等問題，本實(shí)用新型提出了一種能夠快速、高精度、高效率的基于機(jī)器視覺的法蘭直徑測(cè)量裝置。
[0004]本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的:
[0005]—種基于機(jī)器視覺的法蘭直徑測(cè)量裝置，包括支架系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、工業(yè)相機(jī)和光源系統(tǒng)，所述支架系統(tǒng)包括支架底板、水平支架和豎直支架，所述豎直支架固定在所述支架底板上，所述水平支架安裝在豎直支架的上端，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)固定在水平支架上，工業(yè)相機(jī)固定在相機(jī)固定板，相機(jī)固定板固定在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，工業(yè)相機(jī)相對(duì)于轉(zhuǎn)軸偏置且偏置距離可調(diào);所述支架底板上安裝光源系統(tǒng)，所述光源系統(tǒng)上設(shè)有供待測(cè)量法蘭放置的測(cè)量工位，所述工業(yè)相機(jī)位于所述測(cè)量工位的上方，待測(cè)量法蘭的內(nèi)外圈圓弧的弧段位于所述工業(yè)相機(jī)的成像范圍內(nèi)。
[0006]進(jìn)一步，所述支架系統(tǒng)還包括用于定位待測(cè)量法蘭的V形口限位塊，所述V形口限位塊位于所述測(cè)量工位的側(cè)邊。
[0007]再進(jìn)一步，所述光源系統(tǒng)為一塊背光板，所述背光板固定在支架底板上，所述背光板的中心位于旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸中心線上;所述測(cè)量工位位于在所述背光板上，所述待測(cè)量法蘭位于所述背光板的中央。
[0008]更進(jìn)一步，所述支架系統(tǒng)中，水平支架和豎直支架用螺栓連接且水平支架可相對(duì)豎直支架上下移動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同高度零件的工業(yè)攝像機(jī)的物距調(diào)整。
[0009]所述測(cè)量裝置還包括法蘭直徑測(cè)量模塊，所述法蘭直徑測(cè)量模塊包括用于控制工業(yè)相機(jī)在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下繞著電機(jī)軸按照設(shè)定間隔周期性轉(zhuǎn)動(dòng)并在轉(zhuǎn)動(dòng)后拍攝一幅圖像，獲得法蘭內(nèi)外圈圓弧上不同弧段的圖像的間隔拍攝控制單元，用于將圖像進(jìn)行處理并利用最小二乘法擬合獲得圓弧半徑的圓弧半徑測(cè)量單元，用于綜合分析所有圓弧半徑值且去除最大值和最小值求取平均值獲得法蘭的直徑的法蘭直徑計(jì)算單元。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果在于:1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、生產(chǎn)成本低、靈活性強(qiáng)、高精度、高效率;2、工業(yè)相機(jī)可以偏置距離和高度的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)不同大小零件的測(cè)量;本實(shí)用新型通過不同位置弧段的半徑測(cè)量，實(shí)現(xiàn)零件直徑的高精度測(cè)量。
【附圖說明】
[0011 ]圖1是本實(shí)用新型所述裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是本實(shí)用新型所述裝置的旋轉(zhuǎn)電機(jī)與工業(yè)相機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3是本實(shí)用新型所述裝置的待檢測(cè)法蘭、背光板和V形口限位塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖4是本實(shí)用新型所述裝置工業(yè)相機(jī)拍攝部分圓弧段圖像。
[0015]圖5是本實(shí)用新型的處理流程示意圖。
[0016]圖中，1-旋轉(zhuǎn)電機(jī)、2_相機(jī)固定板、3_工業(yè)相機(jī)、4_待測(cè)量法蘭、5_背光板、6_水平支架、7-豎直支架、8-V形口限位塊、9-支架底板。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明:
[0018]參照?qǐng)D1，一種基于機(jī)器視覺的法蘭直徑測(cè)量裝置，包括支架系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)1、相機(jī)固定板2、工業(yè)相機(jī)3和光源系統(tǒng)，所述支架系統(tǒng)包括支架底板9、水平支架6和豎直支架7，所述豎直支架7固定在所述支架底板9上，所述水平支架6安裝在豎直支架7的上端;所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)I固定在水平支架6上，所述工業(yè)相機(jī)3固定在相機(jī)固定板2上，相機(jī)固定板2固定在旋轉(zhuǎn)電機(jī)I的轉(zhuǎn)軸上;所述支架底板9上安裝光源系統(tǒng)，所述光源系統(tǒng)上設(shè)有供待測(cè)量法蘭放置的測(cè)量工位，所述工業(yè)相機(jī)3位于所述測(cè)量工位的上方，待測(cè)量法蘭的內(nèi)外圈圓弧的弧段位于所述工業(yè)相機(jī)3的成像范圍內(nèi)。
[0019]進(jìn)一步，所述支架系統(tǒng)還包括用于定位待測(cè)量法蘭的V形口限位塊8，所述V形口限位塊8位于所述測(cè)量工位的側(cè)邊。
[0020]再進(jìn)一步，所述光源系統(tǒng)為一塊背光板，所述背光板5固定在支架底板9上，所述背光板5的中心位于旋轉(zhuǎn)電機(jī)I轉(zhuǎn)軸中心線上，將待測(cè)量法蘭4放置在背光板5中央位置上，用V形口限位塊8定位。
[0021]通過背向光源照射突出法蘭的外形輪廓特征;所述V形口限位塊8固定在支架底板9上，且前后可以移動(dòng)調(diào)節(jié)，針對(duì)某一直徑法蘭調(diào)節(jié)限位位置。
[0022]所述工業(yè)相機(jī)3通過相機(jī)固定板2與旋轉(zhuǎn)電機(jī)I連接，工業(yè)相機(jī)3的中心線相對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)I轉(zhuǎn)軸偏置且偏置距離一定范圍調(diào)節(jié)，針對(duì)某一直徑法蘭調(diào)整工業(yè)相機(jī)3的偏置距離使得相機(jī)中心線位于要檢測(cè)得的圓弧附近，使得圓弧在工業(yè)相機(jī)3的成像范圍內(nèi)；所述水平支架6固定在豎直支架7，可相對(duì)于豎直支架7豎直上下移動(dòng)，針對(duì)不同高度法蘭調(diào)整工業(yè)相機(jī)3的物距，同時(shí)調(diào)整工業(yè)相機(jī)3的焦距，使得成像清楚，便于后期圖像采集與處理。使用法蘭標(biāo)準(zhǔn)件對(duì)工業(yè)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定。
[0023]所述工業(yè)相機(jī)3在旋轉(zhuǎn)電機(jī)I的驅(qū)動(dòng)下繞著電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，由于數(shù)據(jù)線的存在，使用正轉(zhuǎn)一周再反轉(zhuǎn)一周的方式，旋轉(zhuǎn)電機(jī)正轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)交替驅(qū)動(dòng)工業(yè)相機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，避免數(shù)據(jù)線纏繞。
[0024]所述工業(yè)相機(jī)3在旋轉(zhuǎn)電機(jī)I的驅(qū)動(dòng)下繞著電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)10°(也可以是其他角度，例如15°等)，在背光源的作用下工業(yè)相機(jī)拍攝一幅圖像，獲得法蘭內(nèi)外圈圓弧上不同弧段的圖像，將原始圖像數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳輸給計(jì)算機(jī)，最終由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用最小二乘法擬合獲得圓弧半徑，綜合分析所有半徑值，去除最大值和最小值求取平均值獲得法蘭的直徑。
[0025]所述計(jì)算機(jī)圖像處理包含以下步驟:
[0026]1.圖像預(yù)處理部分:采用中值濾波方法去除圖像中的噪聲干擾，從而消除圖像采集過程以及傳輸過程中產(chǎn)生的孤立噪聲點(diǎn)。
[0027]2.輪廓提取部分:為實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，要求算法返回亞像素精度結(jié)果。首先通過雙線性插值方法將離散的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)函數(shù)，然后采用OTSU大津法獲取圖像的分割閾值。由于圖像采集中零件背景簡(jiǎn)單，因此零件的輪廓位置即連續(xù)的圖像函數(shù)為分割閾值的位置。
[0028]3.圓弧段半徑檢測(cè)部分:對(duì)提取輪廓后的二值化圖像求取輪廓，采用最小二乘法擬合曲線，計(jì)算出該小段圓弧輪廓的半徑。
[0029]4.數(shù)據(jù)處理部分:綜合分析所有半徑值，去除最大值和最小值求取平均值獲得法蘭的直徑。
[0030]結(jié)合附圖5對(duì)本實(shí)用新型的處理流程做進(jìn)一步的詳述:
[0031]1.根據(jù)待檢測(cè)法蘭的大小特征及型號(hào)，按數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)配置參數(shù)，調(diào)整V形口限位塊限位位置、工業(yè)相機(jī)的高度和偏置距離及焦距，使得獲取的圖像清晰完整。
[0032]2.使用標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定。
[0033]3.將待測(cè)法蘭放置在所述背光板中央位置上，用V形口限位塊定位，啟動(dòng)程序。
[0034]4.所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)工業(yè)相機(jī)旋轉(zhuǎn)，將工業(yè)相機(jī)移到第一段待測(cè)圓弧上方。
[0035]5.所述工業(yè)相機(jī)在背光的作用下，采集圓弧圖像。
[0036]6.所述將采集的圓弧圖像通過數(shù)據(jù)線傳遞給所述計(jì)算機(jī)的測(cè)量程序。
[0037]7.所述計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量并輸出本弧段相應(yīng)的測(cè)量結(jié)果并編號(hào)記錄。
[0038]8.判斷是否完成所有指定弧段半徑測(cè)量，若沒有，旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)相機(jī)固定板使得工業(yè)相機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)10° (也可以是其他角度，例如15°等)，移到下一處圓弧段進(jìn)行檢測(cè)，重復(fù)步驟4-7，直到完成對(duì)零件上所有的指定弧段的測(cè)量。
[0039]9.當(dāng)所有弧段測(cè)量完成后，計(jì)算機(jī)綜合分析所有半徑值，去除最大值和最小值求取平均值獲得法蘭的直徑。
[0040]上述實(shí)施例只是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不是對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的限制，只要是不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)即可在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案，均應(yīng)視為落入本實(shí)用新型專利的權(quán)利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于機(jī)器視覺的法蘭直徑測(cè)量裝置，其特征在于:包括支架系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、工業(yè)相機(jī)和光源系統(tǒng)，所述支架系統(tǒng)包括支架底板、水平支架和豎直支架，所述豎直支架固定在所述支架底板上，所述水平支架安裝在豎直支架的上端，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)固定在水平支架上，工業(yè)相機(jī)固定在相機(jī)固定板，相機(jī)固定板固定在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，工業(yè)相機(jī)相對(duì)于轉(zhuǎn)軸偏置且偏置距離可調(diào);所述支架底板上安裝光源系統(tǒng)，所述光源系統(tǒng)上設(shè)有供待測(cè)量法蘭放置的測(cè)量工位，所述工業(yè)相機(jī)位于所述測(cè)量工位的上方，待測(cè)量法蘭的內(nèi)外圈圓弧的弧段位于所述工業(yè)相機(jī)的成像范圍內(nèi)。2.如權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的法蘭直徑測(cè)量裝置，其特征在于:所述支架系統(tǒng)還包括用于定位待測(cè)量法蘭的V形口限位塊，所述V形口限位塊位于所述測(cè)量工位的側(cè)邊。3.如權(quán)利要求1或2所述的基于機(jī)器視覺的法蘭直徑測(cè)量裝置，其特征在于:所述光源系統(tǒng)為一塊背光板，所述背光板固定在支架底板上，所述背光板的中心位于旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸中心線上;所述測(cè)量工位位于在所述背光板上，所述待測(cè)量法蘭位于所述背光板的中央。4.如權(quán)利要求1或2所述的基于機(jī)器視覺的法蘭直徑測(cè)量裝置，其特征在于:所述測(cè)量裝置還包括法蘭直徑測(cè)量模塊，所述法蘭直徑測(cè)量模塊包括用于控制工業(yè)相機(jī)在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下繞著電機(jī)軸按照設(shè)定間隔周期性轉(zhuǎn)動(dòng)并在轉(zhuǎn)動(dòng)后拍攝一幅圖像，獲得法蘭內(nèi)外圈圓弧上不同弧段的圖像的間隔拍攝控制單元，用于將圖像進(jìn)行處理并利用最小二乘法擬合獲得圓弧半徑的圓弧半徑測(cè)量單元，用于綜合分析所有圓弧半徑值且去除最大值和最小值求取平均值獲得法蘭的直徑的法蘭直徑計(jì)算單元。
【文檔編號(hào)】G01B11/08GK205482813SQ201620147965
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年2月26日
【發(fā)明人】楊慶華, 韓洪志, 賈咪咪, 荀, 荀一, 王成龍
【申請(qǐng)人】浙江工業(yè)大學(xué)