CN102853786B - 平整度检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种平整度检测装置包括：激光模块，用于发射线形激光；传感模块，用于获取激光照射在待检物体不同位置的多幅检测图像；图像处理模块，用于得到多条激光图像；偏移计算模块，用于计算出激光图像上各个点相对于预设基准面的图像偏移量；位移计算模块根据图像偏移量以及预设算法计算出实际偏移量；构图模块，用于依据实际偏移量建立与各条激光图像对应的波形图；统计模块，用于将多个波形图相加，得到一条检测曲线；平整度计算模块，用于将检测曲线与预设的标准曲线比较，得到待检物体的平整度。本发明还提供一种对应方法。上述装置和方法利用光学原理以及简单的二维成型数据处理便可以完成平整度检测，相对传统技术计算量更小，检测时间短。

Description

平整度检测装置和方法

技术领域

本发明涉及光学测量技术，特别是涉及平整度检测装置和方法。

背景技术

物体形状的测量在工业制造领域有着强烈的需求，特别是非接触式的测量方式，在精密制造、航空航天、军事等许多领域都具有广泛的应用。对物体形状的测量可以分为接触式和非接触式的测量方法。接触式测量是测量头与工件表面进行接触测量，沿着工件形状进行扫描运动。它的缺点是容易对被测表面造成不同程度的损伤。由于激光测量技术的发展，非接触测量方式已经成为主流。

传统检测技术中有一种超高速实时三维视觉测量装置及方法，该测量装置包括：面阵摄像机、一个或一个以上的激光位移传感器；该测量方法包括：利用激光位移传感器、面阵摄像机和平面靶标获得三维测量基准点和空间直线方程，基于所获得的测量基准点和空间直线方程，根据测得的被测物位移，计算被测物处于不同位置的被测光点在全局坐标系下的坐标完成对被测物的超高速实时三维视觉测量。

目前关于工件平整度的检测***大都是基于三维模型，导致计算量大，耗时较多。

发明内容

基于此，有必要提供一种计算量较小的平整度检测装置和方法。

一种平整度检测装置，包括：承载平台、驱动模块、激光模块、传感模块、图像处理模块、偏移计算模块、位移计算模块、构图模块、统计模块和平整度计算模块，

所述承载平台用于承载待检物体；

所述驱动模块用于驱动所述承载平台移动，以带动所述待检物体移动；

所述激光模块用于向所述承载平台发射线形激光；

所述传感模块用于获取所述线形激光照射在所述待检物体不同位置的多幅检测图像；

所述图像处理模块用于分别从所述多幅检测图像中提取得到多条激光图像；

所述偏移计算模块用于计算出所述激光图像上各个点相对于预设基准面的图像偏移量；

所述位移计算模块根据所述激光图像上各个点的所述图像偏移量以及预设算法，计算出所述激光图像上各个点的实际偏移量；

所述构图模块，用于依据所述各条激光图像的各个点的所述实际偏移量建立与所述各条激光图像对应的波形图；

所述统计模块用于将所述多个波形图相加，得到一条检测曲线；

所述平整度计算模块用于将所述检测曲线与预设的标准曲线比较，得到所述待检物体的平整度。

其中一个实施例中，所述图像处理模块首先从所述检测图像中获取预设区域的图像，再从预设区域的图像中提取所述激光图像。

其中一个实施例中，所述激光模块包括激光器和出光镜，所述激光器用于发射线形激光，并通过所述出光镜照射出去；所述传感模块包括入光透镜和成像元件，所述激光线条通过所述入光透镜照射到所述成像元件上进行成像，

定义基准面实际偏移量为z，激光图像中某点的图像偏移量为z'，假设a为激光束光轴与接收光轴的交点到所述入光透镜的距离，b为所述入光透镜到所述成像元件的距离，θ1为激光束光轴与接收光轴之间的夹角，那么所述预设算法如下：

$z=\frac{{\mathrm{az}}^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}_1}{b\sin {\mathrm{\θ}}_1-z^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}_1}.$

其中一个实施例中，所述预设的标准曲线以标准工件作为所述待检物体，并通过所述检测曲线相同的得到方式得到。

其中一个实施例中，所述平整度计算模块用于统计所述检测曲线上大于预设的标准曲线且超过预设阀值的点的数量，并将其除以检测曲线的总点数作为平整度数值。

一种平整度检测方法，包括如下步骤：

驱动待检物体移动；

向所述待检物体发射线形激光；

获取所述线形激光照射在所述待检物体不同位置的多幅检测图像；

分别从所述多幅检测图像中提取得到多条激光图像；

计算得到所述激光图像上各个点相对于预设基准面的图像偏移量；

根据所述激光图像上各个点的所述图像偏移量以及预设算法，计算出所述激光图像上各个点的实际偏移量；

依据所述各条激光图像的各个点的所述实际偏移量建立与所述各条激光图像对应的波形图；

将所述多个波形图相加，得到一条检测曲线；

将所述检测曲线与预设的标准曲线比较，得到所述待检物体的平整度。

其中一个实施例中，所述分别从所述多幅检测图像中提取得到多条激光图像的步骤是：首先从所述检测图像中获取预设区域的图像，再从预设区域的图像中提取所述激光图像。

其中一个实施例中，所述线形激光由激光模块发出，其包括激光器和出光镜，所述激光器用于发射线形激光，并通过所述出光镜照射出去；所述检测图像的获取通过传感模块实现，其包括入光透镜和成像元件，所述激光线条通过所述入光透镜照射到所述成像元件上进行成像，

定义基准面实际偏移量为z，激光图像中某点的图像偏移量为z'，假设a为激光束光轴与接收光轴的交点到所述入光透镜的距离，b为所述入光透镜到所述成像元件的距离，θ1为激光束光轴与接收光轴之间的夹角，那么所述预设算法如下：

$z=\frac{{\mathrm{az}}^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}_1}{b\sin {\mathrm{\θ}}_1-z^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}_1}.$

其中一个实施例中，所述预设的标准曲线以标准工件作为所述待检物体，并通过所述检测曲线相同的得到方式得到。

其中一个实施例中，所述将所述检测曲线与预设的标准曲线比较，得到所述待检物体的平整度的步骤是：统计所述检测曲线上大于预设的标准曲线且超过预设阀值的点的数量，并将其除以检测曲线的总点数作为平整度数值。

上述平整度检测装置和方法利用光学原理以及简单的二维成型数据处理便可以完成平整度检测，相对传统技术计算量更小，检测时间短。

附图说明

图1为一实施例的平整度检测装置的架构示意图；

图2为图像偏移量和实际偏移量之间的换算原理示意图；

图3为一实施例的平整度检测方法的步骤流程图。

具体实施方式

如图1所示，其为一实施例的平整度检测装置10的架构示意图。包括：承载平台100、驱动模块110、激光模块120、传感模块130、图像处理模块140、偏移计算模块150、位移计算模块160、构图模块170、统计模块180和平整度计算模块190。

承载平台100用于承载待检物体20。

驱动模块110用于驱动承载平台100移动，以带动待检物体20移动。

激光模块120用于向承载平台100发射线形激光。即，当待检物体20放置在承载平台100上时，线形激光则照射在待检物体20的表面。

传感模块130用于获取所述线形激光照射在待检物体20不同位置的多幅检测图像。

当待检物体20表面为平面时，其上的激光线条为直线，而当待检物体20表面为非平面时（有凹凸），传感模块120拍摄的检测图像中的激光线条则会出现波动，即曲线。

图像处理模块140用于分别从所述多幅检测图像中提取得到多条激光图像。

一实施例中，所述图像处理模块130首先从检测图像中获取预设区域的图像，再从预设区域的图像中提取激光图像。因为，激光图像在检测图像的位置变化很小，若对整个检测图像进行处理，计算量较大。如此，预先设定感兴趣区域的方式可以大大减少计算量，加快检测速度。

偏移计算模块150用于计算出激光图像上各个点相对于预设基准面的图像偏移量。

位移计算模块160根据激光图像上各个点的图像偏移量以及预设算法，计算出激光图像上各个点的实际偏移量。

关于上述预设算法请同时参阅图2，其中，激光模块110包括激光器111和出光镜L1，激光器111用于发射线形激光，并通过出光镜L1照射到基准面30上。传感模块120包括入光透镜L2和成像元件121（如CCD）。基准面30上的激光线条通过入光透镜L2照射到成像元件121上进行成像。

定义基准面30实际偏移量为z，激光图像中某点的图像偏移量为z'。假设a为激光束光轴与接收光轴的交点P到入光透镜L2的距离，b为入光透镜L2到成像元件121的距离，θ1为激光束光轴与接收光轴之间的夹角。由于上述参数均为固定不变的已知数据，因此，根据激光图像中某点的图像偏移量z'，便可以得到基准面30的实际偏移量z，如下：

$z=\frac{{\mathrm{az}}^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}_1}{b\sin {\mathrm{\θ}}_1-z^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}_1}.$

构图模块170，用于依据各条激光图像的各个点的实际偏移量建立与各条激光图像对应的波形图。

所述波形图即为一条曲线，曲线的波形起伏表示待检物体20表面相对于标准面的高度差。

统计模块180用于将多个波形图相加，得到一条检测曲线。

如，波形图（曲线）的每个点的坐标包括X坐标和Y坐标，将X坐标相同的各个点的Y坐标相加，便得到所述检测曲线。

平整度计算模块190用于将检测曲线与预设的标准曲线比较，得到待检物体20的平整度。

所述预设的标准曲线以标准工件作为待检物体20，并通过上述检测曲线相同的得到方式得到。

一实施例中，平整度计算模块190用于统计所述检测曲线上大于预设的标准曲线且超过预设阀值的点的数量，并将其除以检测曲线的总点数作为平整度数值。

所述预设阀值范围是因为通常工件都有一定的允许误差。

上述平整度检测装置10利用光学原理以及简单的二维成型数据处理便可以完成平整度检测，相对传统技术计算量更小，检测时间短。

请参阅图3，其为一实施例的平整度检测方法的步骤流程图，包括：

步骤S301，驱动待检物体移动。

步骤S302，向待检物体发射线形激光。

步骤S303，获取所述线形激光照射在待检物体不同位置的多幅检测图像。

步骤S304，分别从所述多幅检测图像中提取得到多条激光图像。

一实施例中，所述步骤S304是首先从检测图像中获取预设区域的图像，再从预设区域的图像中提取激光图像。因为，激光图像在检测图像的位置变化很小，若对整个检测图像进行处理，计算量较大。如此，预先设定感兴趣区域的方式可以大大减少计算量，加快检测速度。

步骤S305，计算得到激光图像上各个点相对于预设基准面的图像偏移量。

步骤S306，根据激光图像上各个点的图像偏移量以及预设算法，计算出激光图像上各个点的实际偏移量。

所述线形激光由激光模块发出，其包括激光器和出光镜，所述激光器用于发射线形激光，并通过所述出光镜照射出去；所述检测图像的获取通过传感模块实现，其包括入光透镜和成像元件，所述激光线条通过所述入光透镜照射到所述成像元件上进行成像，

定义基准面实际偏移量为z，激光图像中某点的图像偏移量为z'，假设a为激光束光轴与接收光轴的交点到所述入光透镜的距离，b为所述入光透镜到所述成像元件的距离，θ1为激光束光轴与接收光轴之间的夹角，那么所述预设算法如下：

$z=\frac{{\mathrm{az}}^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}_1}{b\sin {\mathrm{\θ}}_1-z^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}_1}.$

步骤S307，依据各条激光图像的各个点的实际偏移量建立与各条激光图像对应的波形图。

步骤S308，将多个波形图相加，得到一条检测曲线。

步骤S309，将检测曲线与预设的标准曲线比较，得到待检物体的平整度。

所述预设的标准曲线以标准工件作为待检物体，并通过上述检测曲线相同的得到方式得到。

一实施例中，步骤S309是统计所述检测曲线上大于预设的标准曲线且超过预设阀值的点的数量，并将其除以检测曲线的总点数作为平整度数值。

所述预设阀值范围是因为通常工件都有一定的允许误差。

上述平整度检测方法利用光学原理以及简单的二维成型数据处理便可以完成平整度检测，相对传统技术计算量更小，检测时间短。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种平整度检测装置，其特征在于，包括：承载平台、驱动模块、激光模块、传感模块、图像处理模块、偏移计算模块、位移计算模块、构图模块、统计模块和平整度计算模块，

所述承载平台用于承载待检物体；

所述驱动模块用于驱动所述承载平台移动，以带动所述待检物体移动；

所述激光模块用于向所述承载平台发射线形激光；

所述传感模块用于获取所述线形激光照射在所述待检物体不同位置的多幅检测图像；

所述图像处理模块用于分别从所述多幅检测图像中提取得到多条激光图像；

所述偏移计算模块用于计算出所述激光图像上各个点相对于预设基准面的图像偏移量；

所述位移计算模块根据所述激光图像上各个点的所述图像偏移量以及预设算法，计算出所述激光图像上各个点的实际偏移量；

所述构图模块，用于依据所述各条激光图像的各个点的所述实际偏移量建立与所述各条激光图像对应的波形图；

所述统计模块用于将所述多个波形图相加，得到一条检测曲线；

所述平整度计算模块用于将所述检测曲线与预设的标准曲线比较，得到所述待检物体的平整度；

所述激光模块包括激光器和出光镜，所述激光器用于发射线形激光，并通过所述出光镜照射出去；所述传感模块包括入光透镜和成像元件，所述激光线条通过所述入光透镜照射到所述成像元件上进行成像，

定义基准面实际偏移量为z，激光图像中某点的图像偏移量为z'，假设a为激光束光轴与接收光轴的交点到所述入光透镜的距离，b为所述入光透镜到所述成像元件的距离，θ1为激光束光轴与接收光轴之间的夹角，那么所述预设算法如下：

$z=\frac{a{z}^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}_1}{b\sin {\mathrm{\θ}}_1-z^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}_1}.$

2.根据权利要求1所述的平整度检测装置，其特征在于，所述图像处理模块首先从所述检测图像中获取预设区域的图像，再从预设区域的图像中提取所述激光图像。

3.根据权利要求1所述的平整度检测装置，其特征在于，所述预设的标准曲线以标准工件作为所述待检物体，并通过所述检测曲线相同的得到方式得到。

4.根据权利要求1所述的平整度检测装置，其特征在于，所述平整度计算模块用于统计所述检测曲线上大于预设的标准曲线且超过预设阀值的点的数量，并将其除以检测曲线的总点数作为平整度数值。

5.一种平整度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

驱动待检物体移动；

向所述待检物体发射线形激光；

获取所述线形激光照射在所述待检物体不同位置的多幅检测图像；

分别从所述多幅检测图像中提取得到多条激光图像；

计算得到所述激光图像上各个点相对于预设基准面的图像偏移量；

根据所述激光图像上各个点的所述图像偏移量以及预设算法，计算出所述激光图像上各个点的实际偏移量；

依据所述各条激光图像的各个点的所述实际偏移量建立与所述各条激光图像对应的波形图；

将所述多个波形图相加，得到一条检测曲线；

将所述检测曲线与预设的标准曲线比较，得到所述待检物体的平整度；

所述线形激光由激光模块发出，其包括激光器和出光镜，所述激光器用于发射线形激光，并通过所述出光镜照射出去；所述检测图像的获取通过传感模块实现，其包括入光透镜和成像元件，所述激光线条通过所述入光透镜照射到所述成像元件上进行成像，

定义基准面实际偏移量为z，激光图像中某点的图像偏移量为z'，假设a为激光束光轴与接收光轴的交点到所述入光透镜的距离，b为所述入光透镜到所述成像元件的距离，θ1为激光束光轴与接收光轴之间的夹角，那么所述预设算法如下：

$z=\frac{a{z}^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}_1}{b\sin {\mathrm{\θ}}_1-z^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}_1}.$

6.根据权利要求5所述的平整度检测方法，其特征在于，所述分别从所述多幅检测图像中提取得到多条激光图像的步骤是：首先从所述检测图像中获取预设区域的图像，再从预设区域的图像中提取所述激光图像。

7.根据权利要求5所述的平整度检测方法，其特征在于，所述预设的标准曲线以标准工件作为所述待检物体，并通过所述检测曲线相同的得到方式得到。

8.根据权利要求5所述的平整度检测方法，其特征在于，所述将所述检测曲线与预设的标准曲线比较，得到所述待检物体的平整度的步骤是：统计所述检测曲线上大于预设的标准曲线且超过预设阀值的点的数量，并将其除以检测曲线的总点数作为平整度数值。