CN106323980A - 一种小型环状工件的内壁全景成像装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小型环状工件的内壁全景成像装置，包括一支撑架，所述支撑架包括一支撑杆、设置于所述支撑杆上的一第一支架、设置于所述支撑杆上的一第二支架及设置于所述支撑杆上的一第三支架，所述第二支架位于所述第一支架的下方，所述第三支架位于所述第二支架的下方，安装于所述第一支架上的一相机固定块，固定于所述相机固定块上的相机，安装于所述第二支架上的一无影灯，固定于所述支撑架下方的一底座，所述底座设有一安装孔用于安装一圆锥镜，所述支撑架及所述底座均固定在一工作台上。本发明利用圆锥镜放入待测工件内部形成完整图像，可以一次性地形成待测工件内壁完整的全景图像。

Description

一种小型环状工件的内壁全景成像装置及方法

技术领域

本发明涉及环状工件的内壁全景成像装置及方法，具体的说涉及小型环状工件的内壁全景成像装置及方法。

背景技术

随着现代工件朝着小型化的方向发展，小型环状工件在日常生产生活、机械制造中的也得到了广泛使用。但小型环状工件生产过程中，内壁不可避免的存在各种缺陷，影响工件的寿命和性能，甚至影响后续成型***的稳定性，因此对这类小型环状工件的内壁面检测也越来越重要。但是，一些小型环状工件的内径小于40mm，内壁不容易形成全景图像，给检测带来困难。

在现有的技术中，检测小型环状工件内壁是否存在缺陷的方法有很多。如利用多目相机进行成像、利用旋转单目相机或待测工件多次成像等等。利用多目相机成像，相机数越多成本较高，并且，由于单个相机局部成像，后续还需利用图像拼接技术对局部图像进行拼接处理，造成精度和效率的降低；利用旋转单目相机或待测工件成像，需要旋转伺服机构，结构复杂，不能一次性全景成像，图像失真率较高，成像效率低。

公开号为CN103673880A的专利中，公开了一种基于复合反射镜的微小孔内壁视觉检测***，通过复合反射镜，来直观获取内壁图像。虽然是单目相机成像，但是这种方法需要旋转被测工件，不能一次性全景成像。

另一篇公开号为CN2187298Y的专利中,提出了一种利用球面反射镜的视觉检测***，由于相机及其检测***是在待测工件内部，因此，仅能对较大内径的环状工件内壁进行检测，对于内径小于40mm的管道无法进行检测。

因此，有必要发明一种有关小型环状工件的内壁全景成像方法及装置，以克服上述现有技术的不足。

发明内容

针对背景技术所面临的问题，本发明的目的在于提供一种小型环状工件的内壁全景成像方法及装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种小型环状工件的内壁全景成像装置，其特征在于，包括：一支撑架，所述支撑架包括一支撑杆、设置于所述支撑杆上的一第一支架、设置于所述支撑杆上的一第二支架及设置于所述支撑杆上的一第三支架，所述第二支架位于所述第一支架的下方，所述第三支架位于所述第二支架的下方；一相机固定块，设置于所述第一支架上；一相机，固定于所述相机固定块上；一无影灯，设置于所述第二支架上；一底座，固定设置于所述支撑架下方；一圆锥镜，设置于所述底座上。

上述技术特征中，所述第三支架为一夹持臂，用于夹持一待测工件。

上述技术特征中，所述待测工件为一小型环状工件。

上述技术特征中，所述第一支架、所述第二支架及所述第三支架均活动设置在所述支撑杆的轴心方向。

上述技术特征中，所述无影灯活动设置在所述第二支架的轴心方向。

上述技术特征中，所述相机固定块活动设置在所述第一支架的轴心方向。

上述技术特征中，所述相机为工业相机，所述相机与一计算机相连接，所述计算机用于处理与储存所述小型环状工件内壁全景图像。

上述技术特征中，所述底座设有一安装座用于固定所述圆锥镜的底部。

一种上述小型环状工件的内壁全景成像装置进行成像的方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤一、根据待测工件尺寸，按以下计算公式计算所述圆锥镜的锥度；

所述待测工件的内壁在所述圆锥镜上的成像圆环的水平宽度为r,所述待测工件的内孔半径为R，所述待测工件的高度为H，圆锥镜的锥度为α，cosα＝r/(2*H*sinα)，即r＝H*sin2α，当r<R时,H*sin2α≤R，圆锥镜的锥度α值根据R、H取值的不同而变化，分以下两种情况：

当H≤R时，H*sin2α≤R恒成立，α为锐角，取α＝45°时，r＝H为最大值；

当H>R时，α＝π/2-1/2*arcsin(R/H)，α为钝角；或者α＝1/2*arcsin(R/H)，α为锐角；r＝R为最大值；

并将按该计算结果制作的圆锥镜安装于所述底座内；

步骤二：将所述支撑架固定于所述底座上；

步骤三：将待测工件安装于所述第三支架上，使所述待测工件与所述圆锥镜同轴线，调整所述第三支架使所述圆锥镜深入到所述待测工件的内部，并且保持所述待测工件与所述圆锥镜表面有间隙；

步骤四：将所述无影灯安装于所述第二支架上，将所述无影灯调整到所述待测工件的正上方，保持所述无影灯与所述待测工件同轴线，打开所述无影灯；

步骤五：将所述相机安装于所述相机固定块上，将所述相机固定块安装于所述第一支架上，将所述相机调整到所述待测工件与所述圆锥镜的正上方，保持所述相机与所述待测工件同轴线，打开所述相机；

步骤六：调节所述相机的焦距，并且调整所述无影灯灯光的强度，使所述待测工件的内壁全景成像清晰，拍摄并储存照片。

上述技术特征中，其中步骤一中，当H≤R时，取45°≤α≤50°。

本发明与现有技术相比具有以下优点：利用圆锥镜放入待测工件内部形成完整图像，可以一次性地形成待测工件内壁完整的全景图像，利用单目相机一次性拍摄工件内壁的全景图像，图像清晰完整，便于进行待测工件内壁的情况分析；本发明的***结构简单，成像成本较低，具有较好的经济效益，并且可扩展性高，通过在调整位置加装电机可进一步实现自动化成像。

附图说明

图1为本发明小型环状工件的内壁全景成像装置的结构示意图；

图2为本发明的圆锥镜的锥度选择的原理图；

图3为本发明圆锥镜锥度选择的计算示意图。

具体实施方式的附图标号说明：

1-支撑架 10-支撑杆 11-第一支架 12-第二支架

13-第三支架 2-相机固定块 3-相机 4-无影灯

5-待测工件 6-圆锥镜7-底座 70-安装座。

具体实施方式

为便于更好的理解本发明的目的、结构、特征以及功效等，现结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明涉及一种小型环状工件的内壁全景成像装置，包括：一支撑架1，所述支撑架1包括一支撑杆10、安装于所述支撑杆10上的一第一支架11、安装于所述支撑杆10上的一第二支架12及安装于所述支撑杆10上的一第三支架13，所述第二支架12位于所述第一支架11的下方，所述第三支架13位于所述第二支架12的下方，安装于所述第一支架11上的一相机固定块2，固定于所述相机固定块2上的相机3，安装于所述第二支架12上的一无影灯4，固定于所述支撑架1下方的一底座7，所述底座7设有一安装座70用于安装一圆锥镜6，所述支撑架1及所述底座7均固定在一工作台(未图示)上。

如图1所示，所述第一支架11、所述第二支架12及所述第三支架13均可以沿着所述支撑杆10上下移动；所述相机固定块2可以沿着所述第一支架11水平移动；所述无影灯4可以沿着所述第二支架12水平移动；所述第三支架13为一夹持臂用于夹持一待测工件5。

如图1所示，所述相机3为工业相机，通过螺钉固定于所述相机固定块2上，所述相机3连接一计算机(未图示)，计算机对所述相机3拍摄的照片进行处理与储存。所述无影灯4呈环状，灯光颜色为白色，灯光强度可根据实际需要进行调节。所述待测工件5为小型环状工件，检测时，所述圆锥镜6进入所述待测工件5内，并且所述待测工件5与所述圆锥镜6表面有间隙。

本发明的工作原理如下：

如图2所示，设所述待测工件5的内壁在所述圆锥镜6上的成像圆环的水平宽度为r,设所述待测工件5的内孔半径为R、所述待测工件5的高度为H，所述圆锥镜6的锥度为α。由于所述相机3是垂直拍摄，所以待测工件5内壁的反射光线CB与所述圆锥镜6的中轴线OG平行，所以∠BCG＝α,根据光的反射原理，∠ACD＝α,又因为AE平行于OG，所以∠AED＝α，即三角形AEC为等腰三角形，AC＝AE＝H,三角形ABF与三角形CDF相似，所以∠BAF＝α,AF＝2*H*sinα,AB＝r,cosα＝AB/AF，推出cosα＝r/(2*Hsinα)，即r＝H*sin2α，由于r<R,则H*sin2α≤R，根据R、H取值的不同，圆锥镜6的锥度α值也会发生相应的变化，分以下两种情况：

1、当H≤R时，H*sin2α≤R恒成立，α为锐角，取α＝45°，即r＝H时，r取最大的值。也就是此时成像更加清晰，更加完整。

2、当H>R时，可以求得α＝π/2-1/2*arcsin(R/H)，由α的公式可知，此时α为钝角；或者α＝1/2*arcsin(R/H)，由α的公式可知，此时α为锐角；所以此时的r＝R,即为最大值。

使用所述小型环状工件的内壁全景成像装置进行成像的方法包含以下步骤：

步骤一：如图3所示，所述待测工件5内孔半径R＝10mm、高度H＝10mm，根据本发明的工作原理计算出所述圆锥镜6的锥度α，由相应的计算公式确定圆锥镜6的锥度为45°(由于所述待测工件5的内孔存在深度问题，为了成像效果更好，所以取所述圆锥镜6的锥度应为45°≤α≤50°)，然后将设计好的圆锥镜6安装在所述底座7上。

步骤二：将所述底座7与所述支撑架1用螺栓连接。

步骤三：将所述待测工件5安装于所述第三支架13上，使所述待测工件5与所述圆锥镜6同轴线，上下移动所述第二支架12使所述圆锥镜6深入到所述待测工件5的内部，并且保持所述待测工件5与所述圆锥镜6表面有间隙。

步骤四：将所述无影灯4安装于所述第二支架12上，水平移动所述无影灯4，同时上下移动所述第二支架12，将所述无影灯4调整到所述待测工件5的正上方，保持所述无影灯4与所述待测工件5同轴线，打开所述无影灯4。

步骤五：将所述相机3与所述相机固定块2用螺钉连接，然后将所述相机固定块2安装于所述第一支架11上，水平移动所述相机固定块2，同时上下移动所述第一支架11，将所述相机3调整到所述待测工件5与所述圆锥镜6的正上方，保持所述相机3与所述待测工件5同轴线，使所述相机3的摄像头放置在所述无影灯4灯光的中间，打开相机3。

步骤六：依据步骤三、四、五相应的调节方式，调整所述圆锥镜6、所述待测工件5、所述无影灯4、所述相机3的同轴度及垂直距离。

步骤七：根据与所述相机3连接的计算机上面显示的图像，调节所述相机3的焦距，并且调整所述无影灯4灯光的强度，使成像更加的清晰完整。

步骤八：拍摄所述待测工件5的内壁全景图，一次性形成完整清晰的内壁全景图像，最后用计算机处理、分析及存储所拍摄的内壁全景图像。

以上详细说明仅为本发明的较佳实施例的说明，非因此局限本发明的专利范围，所以，凡运用本发明说明书及图示内容所为的等效技术变化，均包含于本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种小型环状工件的内壁全景成像装置，其特征在于，包括：

一支撑架(1)，所述支撑架(1)包括一支撑杆(10)、设置于所述支撑杆上(10)的一第一支架(11)、设置于所述支撑杆(10)上的一第二支架(12)及设置于所述支撑杆上(10)的一第三支架(13)，所述第二支架(12)位于所述第一支架(11)的下方，所述第三支架(13)位于所述第二支架(12)的下方；

一相机固定块(2)，设置于所述第一支架上(11)；

一相机(3)，固定于所述相机固定块(2)上；

一无影灯(4)，设置于所述第二支架(12)上；

一底座(7)，固定设置于所述支撑架(1)下方；

一圆锥镜(6)，设置于所述底座(7)上。

2.根据权利要求1所述的小型环状工件的内壁全景成像装置，其特征在于：所述第三支架(13)为一夹持臂，用于夹持一待测工件(5)。

3.根据权利要求2所述的小型环状工件的内壁全景成像装置，其特征在于：所述待测工件(5)为一小型环状工件。

4.根据权利要求1所述的小型环状工件的内壁全景成像装置，其特征在于：所述第一支架(11)、所述第二支架(12)及所述第三支架(13)均活动设置在所述支撑杆(10)的轴心方向。

5.根据权利要求1所述的小型环状工件的内壁全景成像装置，其特征在于：所述无影灯(4)活动设置在所述第二支架(12)的轴心方向。

6.根据权利要求1所述的小型环状工件的内壁全景成像装置，其特征在于：所述相机固定块(2)活动设置在所述第一支架(11)的轴心方向。

7.根据权利要求1所述的小型环状工件的内壁全景成像装置，其特征在于：所述相机(3)为工业相机，所述相机(3)与一计算机相连接，所述计算机用于处理与储存所述小型环状工件内壁全景图像。

8.根据权利要求1所述的小型环状工件的内壁全景成像装置，其特征在于：所述底座(7)设有一安装座(70)用于固定所述圆锥镜(6)的底部。

9.一种权利要求1所述的小型环状工件的内壁全景成像装置进行成像的方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤一、根据待测工件(5)尺寸，按以下计算公式计算所述圆锥镜(6)的锥度；

所述待测工件(5)的内壁在所述圆锥镜(6)上的成像圆环的水平宽度为r,所述待测工件(5)的内孔半径为R，所述待测工件(5)的高度为H，圆锥镜(6)的锥度为α，cosα＝r/(2*H*sinα)，即r＝H*sin2α，当r≤R(即H*sin2α≤R)时，圆锥镜(6)的锥度α值根据R、H取值的不同而变化，分以下两种情况：

当H≤R时，H*sin2α≤R恒成立，α为锐角，取α＝45°时，r＝H为最大值；

当H>R时，α＝π/2-1/2*arcsin(R/H)，α为钝角；或者α＝1/2*arcsin(R/H)，α为锐角；r＝R为最大值；

并将按该计算结果制作的圆锥镜(6)安装于所述底座(7)内；

步骤二：将所述支撑架(1)固定于所述底座(7)上；

步骤三：将待测工件(5)安装于所述第三支架(13)上，使所述待测工件(5)与所述圆锥镜(6)同轴线，调整所述第三支架(13)使所述圆锥镜(6)深入到所述待测工件(5)的内部，并且保持所述待测工件(5)与所述圆锥镜(6)表面有间隙；

步骤四：将所述无影灯(4)安装于所述第二支架(12)上，将所述无影灯(4)调整到所述待测工件(5)的正上方，保持所述无影灯(4)与所述待测工件(5)同轴线，打开所述无影灯(4)；

步骤五：将所述相机(3)安装于所述相机固定块(2)上，将所述相机固定块(2)安装于所述第一支架(11)上，将所述相机(3)调整到所述待测工件(5)与所述圆锥镜(6)的正上方，保持所述相机(3)与所述待测工件(5)同轴线，打开所述相机(3)；

步骤六：调节所述相机(3)的焦距，并且调整所述无影灯(4)灯光的强度，使所述待测工件(5)的内壁全景成像清晰，拍摄并储存照片。

10.根据权利要求9所述的小型环状工件的内壁全景成像装置进行成像的方法，其特征在于：其中步骤一中，当H≤R时，取45°≤α≤50°。