本發(fā)明涉及自動(dòng)化檢測(cè)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種自適應(yīng)標(biāo)定的視覺(jué)在線檢測(cè)裝置和方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著中國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略的提出，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)勢(shì)必得到快速的發(fā)展。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)是工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的重要方向。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)日趨成熟，在社會(huì)生產(chǎn)生活方面日益發(fā)揮其重要作用，如視覺(jué)監(jiān)控，零件自動(dòng)識(shí)別與測(cè)量，三維重建，地形匹配，醫(yī)學(xué)影像處理等。可以說(shuō)，相機(jī)是工業(yè)自動(dòng)化的眼睛，而標(biāo)定卻關(guān)系著眼睛的精度與準(zhǔn)確度。攝像機(jī)定標(biāo)是大多數(shù)機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用必不可少的重要步驟，直接對(duì)后續(xù)的工作的精度產(chǎn)生重要影響。當(dāng)今機(jī)器視覺(jué)界的研究熱點(diǎn)之一就是研究各種方便實(shí)用、靈活和較高精度的相機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)。因此，研究出操作簡(jiǎn)單、快速方便的攝像機(jī)定標(biāo)系統(tǒng)，對(duì)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)具有極高的實(shí)用價(jià)值。目前，在視覺(jué)標(biāo)定方面，基本都是離線狀態(tài)的相機(jī)內(nèi)參數(shù)標(biāo)定，對(duì)于視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)相機(jī)內(nèi)參數(shù)的標(biāo)定可以提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，但在線測(cè)量還涉及裝置的姿態(tài)、位置等外參數(shù)標(biāo)定調(diào)節(jié)，以保證測(cè)量系統(tǒng)的精確和安全工作，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)所。目前來(lái)說(shuō)這種外參數(shù)及裝置初始狀態(tài)的調(diào)節(jié)標(biāo)定都由人工來(lái)操作的，除了操作麻煩和需要熟練的工人來(lái)操作，標(biāo)定結(jié)果往往無(wú)法避免人為因素帶來(lái)的誤差。因而，本發(fā)明提出一種可以適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)所，裝置本身能夠根據(jù)測(cè)量對(duì)象的特點(diǎn)具有姿態(tài)調(diào)整功能，可以自動(dòng)的實(shí)現(xiàn)視覺(jué)系統(tǒng)內(nèi)外參數(shù)的標(biāo)定和在線測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，設(shè)計(jì)一種自適應(yīng)標(biāo)定的視覺(jué)在線檢測(cè)裝置和方法，讓相機(jī)能自動(dòng)進(jìn)行位姿調(diào)整與標(biāo)定過(guò)程，有效解決目前人工標(biāo)定過(guò)程的復(fù)雜、容易出錯(cuò)等弊端，大大地提高了標(biāo)定精度。同時(shí)，可省去額外人工標(biāo)定所消耗的時(shí)間與人力。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是：通過(guò)固定標(biāo)定板，轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)來(lái)進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定。將相機(jī)的安裝裝置設(shè)計(jì)成自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，從而保證標(biāo)定過(guò)程中相機(jī)姿態(tài)的自由調(diào)整。其主要設(shè)計(jì)功能如下：

（1）相機(jī)固定：工業(yè)相機(jī)在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，微小的震動(dòng)可能會(huì)對(duì)采集到的圖像產(chǎn)生如抖動(dòng)、拖影等干擾現(xiàn)象，這種干擾對(duì)圖像質(zhì)量有很大影響。工業(yè)相機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間震動(dòng)的條件下運(yùn)行，則相機(jī)固定的位置會(huì)產(chǎn)生偏移，影響最終的采集效果，而且會(huì)對(duì)相機(jī)產(chǎn)生一定的破壞。故此，需要一個(gè)穩(wěn)固的機(jī)械結(jié)構(gòu)將相機(jī)的位置相對(duì)固定。

（2）裝置位置調(diào)節(jié)：為了更加精準(zhǔn)地采集圖像，及時(shí)迅速地調(diào)整工業(yè)相機(jī)的位置，此檢測(cè)裝置還需具有上下、左右以及旋轉(zhuǎn)等調(diào)節(jié)功能。

（3）相機(jī)標(biāo)定：通過(guò)改變相機(jī)的位姿，由張正友標(biāo)定法，可以輕易地根據(jù)獲得的多張圖片數(shù)據(jù)求得相機(jī)的內(nèi)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的在線標(biāo)定。最后，當(dāng)相機(jī)以及待測(cè)產(chǎn)品的位置不在改變時(shí)，根據(jù)產(chǎn)品的位置，可以求得相機(jī)的外參數(shù)。

（4）在線檢測(cè)及測(cè)量：通過(guò)攝像機(jī)、數(shù)據(jù)接口等采集圖像至計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)的圖像處理模塊實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品表面質(zhì)量的檢測(cè)（如缺陷、字符等）、外形測(cè)量，并能將檢測(cè)測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)結(jié)果對(duì)視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行自適應(yīng)的標(biāo)定和調(diào)節(jié)，以滿足最佳的測(cè)量效果。

根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種自適應(yīng)標(biāo)定的視覺(jué)在線檢測(cè)裝置，包括底座、工業(yè)相機(jī)、工業(yè)計(jì)算機(jī)、傳送帶和待測(cè)物體，其特征在于：

1） 所述底座固定在地面，位于傳送帶旁，傳送帶上擱置待檢測(cè)物體，底座上安裝一個(gè)電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)A；

2)在所述電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)A上豎直安裝一個(gè)電機(jī)-絲杠裝置A，其中絲杠A由步進(jìn)電機(jī)A驅(qū)動(dòng)，而絲杠A與一個(gè)電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)B螺旋配合；

3)在所述電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)B上水平安裝一個(gè)電機(jī)-絲杠裝置B，其中絲杠B由步進(jìn)電機(jī)B驅(qū)動(dòng)，而絲杠B與一個(gè)電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)C螺旋配合；

4)所述工業(yè)相機(jī)通過(guò)相機(jī)安裝板安裝在所述電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)C上；

5)所述電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)A、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)B、步進(jìn)電機(jī)A、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)C和步進(jìn)電機(jī)B均經(jīng)一個(gè)控制器連接所述計(jì)算機(jī)。

自適應(yīng)標(biāo)定的視覺(jué)在線檢測(cè)方法，采用上述裝置進(jìn)行操作，具體步驟為：標(biāo)定前，在傳送帶上放一塊標(biāo)定板；然后，由已設(shè)定的程序控制工業(yè)相機(jī)回到初始位置，即相機(jī)鏡頭朝向正下方；緊接著，開(kāi)始相機(jī)的自動(dòng)標(biāo)定；由設(shè)定的標(biāo)定程序控制工業(yè)相機(jī)沿Y軸、Z軸方向運(yùn)動(dòng)，以及分別繞X軸，Y軸，Z軸方向上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)整相機(jī)的姿態(tài)；通過(guò)已設(shè)定的程序?qū)ο鄼C(jī)姿態(tài)的小范圍內(nèi)調(diào)整，可得到標(biāo)定板的多張不同圖片；然后，由已設(shè)定的標(biāo)定程序處理照片得到相機(jī)的內(nèi)參；標(biāo)定完成后，計(jì)算機(jī)將自動(dòng)進(jìn)入檢測(cè)程序界面，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)定與檢測(cè)的一體化；完成圖像采集、圖像預(yù)處理、圖像分割、形態(tài)學(xué)處理操作后，自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)測(cè)量，若檢測(cè)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)樣本參數(shù)不一致或者檢測(cè)效果不好，那么將重新回到標(biāo)定界面進(jìn)行標(biāo)定，從而實(shí)現(xiàn)了標(biāo)定與檢測(cè)之間的智能調(diào)整功能；標(biāo)定完成后，又將重新回到檢測(cè)界面進(jìn)行工作。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下突出的優(yōu)點(diǎn)：

本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用、操作方便，標(biāo)定精度高，且穩(wěn)定可靠。標(biāo)定過(guò)程完全是全自動(dòng)的，不需要人工的干預(yù)，消除了人工因素帶來(lái)的干擾與誤差，有效了提高標(biāo)定精度。同時(shí)，即使是非專(zhuān)業(yè)人員，也能進(jìn)行操作。

附圖說(shuō)明

圖1為自適應(yīng)標(biāo)定的視覺(jué)在線檢測(cè)裝置圖。

圖2為自適應(yīng)標(biāo)定的視覺(jué)在線檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3為自適應(yīng)標(biāo)定的視覺(jué)在線檢測(cè)方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下：

實(shí)施例一：

參見(jiàn)圖1，本自適應(yīng)標(biāo)定的視覺(jué)在線檢測(cè)裝置，包括底座（1）、工業(yè)相機(jī)（10）、工業(yè)計(jì)算機(jī)（15）、傳送帶（13）和待測(cè)物體（12），其特征在于：

1) 所述底座（1）固定在地面，位于傳送帶（13）旁，傳送帶（13）上擱置待檢測(cè)物體（12），底座（1）上安裝一個(gè)電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)A（2）；

2)在所述電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)A（2）上豎直安裝一個(gè)電機(jī)-絲杠裝置A，其中絲杠A由步進(jìn)電機(jī)A（5）驅(qū)動(dòng)，而絲杠A與一個(gè)電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)B（6）螺旋配合；

3)在所述電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)B（6）上水平安裝一個(gè)電機(jī)-絲杠裝置B，其中絲杠B由步進(jìn)電機(jī)B（11）驅(qū)動(dòng)，而絲杠B與一個(gè)電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)C（8）螺旋配合；

4) 所述工業(yè)相機(jī)（10）通過(guò)相機(jī)安裝板（9）安裝在所述電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)C（8）上；

5) 所述電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)A（2）、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)B（6）、步進(jìn)電機(jī)A（5）、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)C（8）和步進(jìn)電機(jī)B（11）均經(jīng)一個(gè)控制器（14）連接所述計(jì)算機(jī)（15）。

實(shí)施例二：本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下：

所述底座（1）與電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)A（2）之間、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)A（2）與一個(gè)支撐板（3）之間通過(guò)螺釘連接；所述支撐板（3）與一個(gè)絲杠臺(tái)A（4）之間通過(guò)螺栓連接。所述絲杠臺(tái)A（4）與電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)B（6）之間、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)B（6）與一個(gè)絲杠臺(tái)B（7）之間、所述絲杠臺(tái)B（7）與電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)C（8）之間、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)C（8）與一個(gè)相機(jī)安裝板（9）之間、所述相機(jī)安裝板（9）與工業(yè)相機(jī)（10）之間通過(guò)螺釘連接；所述步進(jìn)電機(jī)A（5）與步進(jìn)電機(jī)B（11）均通過(guò)一個(gè)安裝板與絲杠臺(tái)（4、7）端部進(jìn)行螺釘連接；步進(jìn)電機(jī)A（5）、步進(jìn)電機(jī)B（11）、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)A（2）、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)B（6）以及電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)C（8）均通過(guò)RS232串口與控制器（14）連接，控制器（14）與計(jì)算機(jī)（15）也通過(guò)串口連接。通過(guò)3個(gè)電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)（2、6、8）以及2個(gè)步進(jìn)電機(jī)-絲杠裝置，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)相機(jī)（10）沿Y軸、Z軸方向上的自由移動(dòng)，以及分別繞X軸、Y軸、Z軸旋轉(zhuǎn)，從而使工業(yè)相機(jī)（10）擁有5個(gè)自由度。

實(shí)施例三：

參見(jiàn)圖1和圖2，本自適應(yīng)標(biāo)定的視覺(jué)在線檢測(cè)系統(tǒng)由運(yùn)輸裝置、檢測(cè)裝置、控制裝置三部分組成。運(yùn)輸裝置由傳送帶（13）與待測(cè)物體（12）組成，控制裝置由控制器（14）與計(jì)算機(jī)（15）組成。該檢測(cè)裝置由底座（1）、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)A（2）、支撐板（3）、絲杠臺(tái)A（4）、步進(jìn)電機(jī)A（5）、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)B（6）、絲杠臺(tái)B（7）、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)C（8）、相機(jī)安裝板（9）、工業(yè)相機(jī)（10）、步進(jìn)電機(jī)B（11）、待測(cè)物體（12）、傳送帶（13）、控制器（14）、計(jì)算機(jī)（15）構(gòu)成。底座（1）與電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)A（2）之間、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)A（2）與支撐板（3）之間通過(guò)螺釘連接。支撐板（3）與絲杠臺(tái)A（4）之間通過(guò)螺栓連接。絲杠臺(tái)A（4）與電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)B（6）之間、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)B（6）與絲杠臺(tái)B（7）之間、絲杠臺(tái)B（7）與電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)C（8）之間、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)C（8）與相機(jī)安裝板（9）之間、相機(jī)安裝板（9）與工業(yè)相機(jī)（10）之間通過(guò)螺釘連接。電機(jī)A與電機(jī)B均通過(guò)安裝板與絲杠臺(tái)端部進(jìn)行螺釘連接。步進(jìn)電機(jī)A（5）、步進(jìn)電機(jī)B（11）、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)A（2）、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)B（6）以及電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)C（8）均通過(guò)RS232串口與控制器連接，控制器與計(jì)算機(jī)也通過(guò)串口連接。

實(shí)施例四：

參見(jiàn)圖3，本本自適應(yīng)標(biāo)定的視覺(jué)在線檢測(cè)方法，采用上述裝置進(jìn)行操作，操作步驟如下：

標(biāo)定前，在傳送帶上放一塊標(biāo)定板；然后，由已設(shè)定的程序控制工業(yè)相機(jī)回到初始位置，即相機(jī)鏡頭朝向正下方；緊接著，開(kāi)始相機(jī)的自動(dòng)標(biāo)定；由設(shè)定的標(biāo)定程序控制工業(yè)相機(jī)沿Y軸、Z軸方向運(yùn)動(dòng)，以及分別繞X軸，Y軸，Z軸方向上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)整相機(jī)的姿態(tài)；通過(guò)已設(shè)定的程序?qū)ο鄼C(jī)姿態(tài)的小范圍內(nèi)調(diào)整，可得到標(biāo)定板的多張不同圖片；然后，由已設(shè)定的標(biāo)定程序處理照片得到相機(jī)的內(nèi)參；標(biāo)定完成后，計(jì)算機(jī)將自動(dòng)進(jìn)入檢測(cè)程序界面，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)定與檢測(cè)的一體化；完成圖像采集、圖像預(yù)處理、圖像分割、形態(tài)學(xué)處理操作后，自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)測(cè)量，若檢測(cè)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)樣本參數(shù)不一致或者檢測(cè)效果不好，那么將重新回到標(biāo)定界面進(jìn)行標(biāo)定，從而實(shí)現(xiàn)了標(biāo)定與檢測(cè)之間的智能調(diào)整功能；標(biāo)定完成后，又將重新回到檢測(cè)界面進(jìn)行工作。

本發(fā)明的工作原理具體如下：

首先，相機(jī)固定是相機(jī)安裝板（9）通過(guò)螺紋連接進(jìn)行固定的。其次，由步進(jìn)電機(jī)A（5）和步進(jìn)電機(jī)B（11）實(shí)現(xiàn)相機(jī)沿Y、Z軸（坐標(biāo)系詳見(jiàn)圖1）方向上移動(dòng)，由電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)A（2）、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)B（6）、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)C（8）實(shí)現(xiàn)相機(jī)在XOZ、YOZ、XOY平面的轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)上下、左右以及旋轉(zhuǎn)等調(diào)節(jié)功能，可以很方便地實(shí)現(xiàn)相機(jī)位置調(diào)節(jié)。由于相機(jī)具有5個(gè)自由度（沿Y軸、Z軸方向，繞X軸、Y軸、Z軸旋轉(zhuǎn)），位姿變換容易快速。通過(guò)控制器14控制步進(jìn)電機(jī)A、B以及電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)A、B、C，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)相機(jī)的位置調(diào)整，從而獲取不同位姿下的標(biāo)定板圖片。將采集的圖像傳送給計(jì)算機(jī)（15），由計(jì)算機(jī)內(nèi)部軟件的標(biāo)定程序（根據(jù)張正友標(biāo)定法）可以實(shí)現(xiàn)相機(jī)的標(biāo)定。標(biāo)定完成后，計(jì)算機(jī)位姿不再變化，自動(dòng)進(jìn)入物體的檢測(cè)階段。檢測(cè)主要包括圖像采集、圖像預(yù)處理、圖像分割、形態(tài)學(xué)處理等操作。根據(jù)圖像檢測(cè)后的數(shù)據(jù)，可以完成測(cè)量工作。同時(shí)將測(cè)量結(jié)果反饋給計(jì)算機(jī)進(jìn)行調(diào)整。