智能平面檢測儀及檢測方法
【專利摘要】一種智能平面檢測儀包括光源、勻光板、被測工件、相機、數(shù)據(jù)線、計算機、相機懸掛系統(tǒng)、投影系統(tǒng)支架，光源均勻安裝在投影系統(tǒng)支架的工作平臺上，離光源上方不遠處安裝勻光板，被測工件放置于勻光板之上，相機懸掛系統(tǒng)的下端與投影系統(tǒng)支架相連接，位于投影系統(tǒng)支架的工作平臺的正上方相機安裝在相機懸掛系統(tǒng)上，相機與計算機之間通過數(shù)據(jù)線相連接，本發(fā)明采用單幅校正，操作簡單、精度高、單次可檢測工件大，并且可通過拼接解決超大幅面測量，可直接將測量結果和設計工程圖進行比對，保證了信息的準確可靠，對于一些人工難于定位并測量的異形圖形，也能實現(xiàn)細致檢測，逆向功能更是能解決實際生產中工件反繪的很多難題。
【專利說明】智能平面檢測儀及檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種檢測儀及檢測方法，特別是涉及一種應用于平面檢測的檢測儀及 檢測方法。
【背景技術】
[0002] 目前加工行業(yè)一般采用三維坐標測量儀或使用手持常規(guī)檢測工具檢測成品或半 成品工件的幾何量尺寸，這種檢測方法和手段既耗時又費力，不能適應現(xiàn)代化鈑金加工業(yè) 的批量生產，且無法處理異形孔檢測，對過于復雜的平面被測工件和擁有大量不規(guī)則孔的 工件，多余和缺失檢測也是件不容易實現(xiàn)的事情。
【發(fā)明內容】
[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種智能平面監(jiān)測儀用于實現(xiàn)對具有復雜平面結構的的工 件的檢測與測量。
[0004] 同時本發(fā)明提供一種檢測具有復雜平面結構的工件的檢測方法。
[0005] -種智能平面檢測儀包括光源、勻光板、相機、數(shù)據(jù)線、計算機、相機懸掛系統(tǒng)、投 影系統(tǒng)支架，光源均勻安裝在投影系統(tǒng)支架的工作平臺上，光源上方安裝勻光板，被測工件 放置于勻光板之上，相機懸掛系統(tǒng)的下端與投影系統(tǒng)支架相連接，位于投影系統(tǒng)支架的工 作平臺的正上方相機安裝在相機懸掛系統(tǒng)上，相機與計算機之間通過數(shù)據(jù)線相連接。
[0006] 所述相機懸掛系統(tǒng)包括三維調節(jié)機構，所述三維機構包括Z方向調節(jié)轉接體、X方 向調節(jié)轉接體、Y方向調節(jié)轉接體、相機懸掛系統(tǒng)支撐臂、固定螺栓，Z方向調節(jié)轉接體上開 有Z方向調節(jié)導槽、X方向調節(jié)轉接體上開有X方向調節(jié)導槽、Y方向調節(jié)轉接體上開有Y 方向調節(jié)導槽，Y方向調節(jié)轉接體通過固定螺栓連接在X方向調節(jié)轉接體上，X方向調節(jié)轉 接體與Z方向調節(jié)轉接體之間通過固定螺栓連接，Z方向調節(jié)轉接體與相機懸掛系統(tǒng)支撐 臂之間通過固定螺栓相連接，該三維調節(jié)機構完成相機的三維調節(jié)。
[0007] 光源1用于產生散射光，勻光板用于將散射光線均勻化，相機用于獲取被測工件 投影的彩色圖像，數(shù)據(jù)線用于實現(xiàn)相機和計算機之間的通信，計算機用于完成物像標定、被 測工件邊緣特征提取、被測工件逆向制圖、圖像對齊、拼接功能、矢量偏差計算、矢量偏差 統(tǒng)計標記等功能，相機懸掛系統(tǒng)用于安裝固定相機。
[0008] 所述光源由LED燈產生或者由熒光燈產生，所述勻光板采用材料是乳白PMMA或者 采用乳白膠片。
[0009] 利用本發(fā)明智能平面檢測儀進行平面監(jiān)測的方法包括如下步驟：
[0010] S1、物象標定：放置預先設計出的標定板于平臺上，打開光源，相機拍攝到標定板 的圖像，計算出全部角點的坐標，將計算出的坐標和設計的理論坐標進行比對，計算偏差矩 陣，找到整個系統(tǒng)實際值偏差，保存成系統(tǒng)偏差文件。
[0011] S2、被測工件邊緣特征提取：被檢測工件在投影平臺上產生投影，計算機通過相機 獲取到投影的14位原始彩色圖像，首先對原始圖像進行分解，轉換成灰度圖像，然后通過 閥值算法，得到二值圖像，然后按二值圖像進行輪廓提取，提取出像素級輪廓數(shù)據(jù)，然后采 用三次方程插值擬合的方法進行亞像素定位。
[0012] S3、被測工件逆向制圖：將被測工件邊緣特征提取得到的輪廓數(shù)組，按組擬合成線 條或線條組合，以矢量形式保存成dxf格式文件。
[0013] S4、圖像對齊：將從數(shù)據(jù)庫中提取的工程圖紙進行圖層分解，提取出工件的加工工 程圖紙導入到系統(tǒng)中。把獲取的實際工件的輪廓數(shù)據(jù)生成的圖紙經過鏡像、旋轉、平移等操 作，和工程圖紙進行對齊操作，使對應元素一一對應。
[0014] S5、圖像拼接：對于實際工件大于投影臺面的超大工件施行分步拍攝，每次拍攝一 部分，通過多次拍攝，提取每一部分的輪廓數(shù)據(jù)，然后各部分拼接在一起，恢復出完整的超 大工件輪廓。
[0015] S6、矢量偏差計算：經圖像對齊模塊對齊以后的圖形，以相同的間隔計算出對應的 離散數(shù)據(jù)，然后一一對應計算離散的數(shù)據(jù)點之間的偏差線長度 ：
[0016]
【權利要求】
1. 一種智能平面檢測儀，其特征在于，包括光源（1)、勻光板（2)、相機（4)、數(shù)據(jù)線（5)、 計算機（6)、相機懸掛系統(tǒng)（7)、投影系統(tǒng)支架（8)，光源（1)均勻安裝在投影系統(tǒng)支架（8) 的工作平臺上，光源（1)上方安裝勻光板（2)，被測工件（3)放置于勻光板（2)之上，相機懸 掛系統(tǒng)（7)的下端與投影系統(tǒng)支架（8)相連接，位于投影系統(tǒng)支架（8)的工作平臺的正上 方相機⑷安裝在相機懸掛系統(tǒng)（7)上，相機⑷與計算機（6)之間通過數(shù)據(jù)線（5)相連 接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的智能平面檢測儀，其特征在于，所述相機懸掛系統(tǒng)（7)包括 三維調節(jié)機構，所述三維機構包括Z方向調節(jié)轉接體（9)、X方向調節(jié)轉接體（10)、Y方向調 節(jié)轉接體（11)、相機懸掛系統(tǒng)支撐臂（13)、固定螺栓（12)，Ζ方向調節(jié)轉接體（9)上開有Ζ 方向調節(jié)導槽（9-1)、Χ方向調節(jié)轉接體（10)上開有X方向調節(jié)導槽（10-1)、Υ方向調節(jié)轉 接體（11)上開有Υ方向調節(jié)導槽（11-1)，Υ方向調節(jié)轉接體（11)通過固定螺栓（12)連接 在X方向調節(jié)轉接體（10)上，X方向調節(jié)轉接體（10)與Ζ方向調節(jié)轉接體（9)之間通過 固定螺栓（12)連接，Ζ方向調節(jié)轉接體（9)與相機懸掛系統(tǒng)支撐臂（13)之間通過固定螺 栓（12)相連接，該三維調節(jié)機構完成相機的三維調節(jié)。
3. 根據(jù)權利要求2所述的智能平面檢測儀，其特征在于，所述光源（1)用于產生散射 光，勻光板（2)用于將散射光線均勻化。
4. 根據(jù)權利要求3所述的智能平面檢測儀，其特征在于，所述相機（4)用于獲取被測工 件投影的彩色圖像，數(shù)據(jù)線（5)用于實現(xiàn)相機（4)和計算機（6)之間的通信。
5. 根據(jù)權利要求3所述的智能平面檢測儀，其特征在于，所述計算機（6)用于完成物像 標定、被測工件邊緣特征提取、被測工件逆向制圖、圖像對齊、拼接功能、矢量偏差計算、矢 量偏差統(tǒng)計標記等功能，相機懸掛系統(tǒng)（7)用于安裝固定相機（4)。
6. 根據(jù)權利要求5所述的智能平面檢測儀，其特征在于，所述光源（1)由LED燈產生或 者由熒光燈產生，所述勻光板（2)采用材料是乳白PMMA或者采用乳白膠片。
7. 利用權利要求1至6任一所述的智能平面檢測儀進行平面監(jiān)測的方法包括如下步 驟： 51、 物象標定：放置預先設計出的標定板于平臺上，打開光源（1)，打開相機（4)，并對 相機（4)進行三維調整，隨后相機（4)拍攝到標定板的圖像，計算出全部角點的坐標，將計 算出的坐標和設計的理論坐標進行比對，計算偏差矩陣，找到整個系統(tǒng)實際值偏差，保存成 系統(tǒng)偏差文件； 52、 被測工件邊緣特征提?。罕粰z測工件在投影平臺上產生投影，計算機（6)通過相機 獲取到投影的原始彩色圖像，首先對原始圖像進行分解，轉換成灰度圖像，然后通過閥值算 法，得到二值圖像，然后按二值圖像進行輪廓提取，提取出像素級輪廓數(shù)據(jù)，然后采用多次 方程插值擬合的方法進行亞像素定位； 53、 被測工件逆向制圖：將被測工件邊緣特征提取得到的輪廓數(shù)組，按組擬合成線條或 線條組合，以矢量形式保存成dxf格式文件； 54、 圖像對齊：將從數(shù)據(jù)庫中提取的工程圖紙進行圖層分解，提取出工件的加工工程圖 紙導入到系統(tǒng)中。把獲取的實際工件的輪廓數(shù)據(jù)生成的圖紙經過鏡像、旋轉、平移等操作， 和工程圖紙進行對齊操作，使對應元素一一對應； 55、 圖像拼接：對于實際工件大于投影臺面的超大工件施行分步拍攝，每次拍攝一部 分，通過多次拍攝，提取每一部分的輪廓數(shù)據(jù)，然后各部分拼接在一起，恢復出完整的超大 工件輪廓； 56、 矢量偏差計算：經圖像對齊模塊對齊以后的圖形，以相同的間隔計算出對應的離散 數(shù)據(jù)，然后一一對應計算離散的數(shù)據(jù)點之間的偏差線長度 ：
其中Δ X = XfX2 ; Δ y = yfy2 ;偏差線的方向：起點自 (Xl，yi)，終點是（X2, y2);求取圖元的平均偏差值，產生偏差數(shù)據(jù)文件； 57、 矢量偏差統(tǒng)計標記：根據(jù)設定的偏差判斷標準，對計算出的偏差數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，得 到合格項目，不合格項目，缺失元素和多余元素等信息，以矢量型式，在對齊的兩幅圖之間， 繪制矢量的偏差線，并且按預先的設定值，對不同長度的偏差線以不同顏色進行區(qū)分。
8. 根據(jù)權利要求7所述的利用智能平面檢測方法，其特征在于，所述相機的三維調節(jié) 包括以下步驟： 首先將Z軸調至最高固定，確保視野最大； 調節(jié)X軸，觀察投影圖在視場中X軸方向的位置，左右調節(jié)至標定板圖像在X軸方向居 于視場的中心，固定X軸； 調節(jié)Y軸，觀察投影圖在視場中Y軸方向的位置，前后調節(jié)至標定板圖像在Y軸方向上 居于視場的中心，固定Y軸； 調節(jié)Z軸，觀察視場中的標定板圖像的大小，上下調節(jié)至標定板大小接近視場大小，固 定Z軸。
9. 根據(jù)權利要求7所述的智能平面檢測方法，其特征在于，所述物象標定方法包括如 下步驟： 第一步，定位棋盤格圖案上的角點，對棋盤格圖案的標定板圖像進行邊緣檢測，用霍夫 變換找到圖像上的直線，直線之間的交點就是粗略的角點位置； 第二步，在第一步得到的粗略角點位置的基礎上進行細化，得到亞像素精度的角點位 置； 第三步，找到最接近標定板圖像中心的一個正方形作為參考正方形； 第四步，由于第三步得到的參考正方形位于標定板圖像中心附近，幾何畸變很小，將其 視為無畸變的理想正方形并進行復制擴展，得到與棋盤格圖案對應的無畸變角點陣列； 第五步，由第三步得到的參考正方形計算出物像比； 第六步，將在第一步棋盤格圖案角點檢測中得到的實際角點位置和第四步復制擴展得 到的無畸變角點位置作為標定結果保存在文件中。
10. 根據(jù)權利要求7所述的智能平面檢測方法，其特征在于，所述被測工件邊緣特征提 取的方法如下： 第一步，將原始圖像二值化，由于拍攝的場景和背景光照條件都是固定的，所以可以使 用固定的閾值將原始灰度圖像轉換成二值圖像； 第二步，使用漫水填充算法對第一步生成的二值圖像做連通區(qū)域標記； 第三步，使用輪廓跟蹤方法獲得二值圖像上每個連通區(qū)域的像素級輪廓； 第四步，使用Sharr算子計算像素級輪廓上每個點在原始灰度圖像上的梯度方向，這 個方向就是該位置的輪廓法線方向； 第五步，根據(jù)原始灰度圖像上的灰度分布和第四步得到的輪廓法線方向，對像素級輪 廓中的每個位置進行亞像素定位，輸出亞像素輪廓數(shù)據(jù)； 第六步，根據(jù)標定結果對上一步得到的亞像素輪廓數(shù)據(jù)進行幾何校正，使其盡可能與 實際工件的輪廓位置匹配； 第七步，根據(jù)標定結果將亞像素輪廓數(shù)據(jù)轉換成以物理距離為單位的數(shù)據(jù)并保存到文 件中。
【文檔編號】G01B11/00GK104089575SQ201410312012
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權日:2014年7月2日
【發(fā)明者】劉曉龍 申請人:北京東方邁視測控技術有限公司