CN106441163A - 一种非接触式柱状物垂直度检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式柱状物垂直度检测方法及装置。本发明利用双目高清摄像头和激光线实现对柱状物体实时的垂直度检测，激光线作为垂直基准，双目高清摄像头对柱状成像，通过边沿检测和直线检测方法，实现对柱状物体边沿位置标定，通过对比一定范围内与基准线的距离测量柱状的垂直度，通过本方案可以实现对柱状的高精度非接触式测量，测量精度在0.05°；采用两台相机视场范围θ＝62°、分辨率为5K×5K相机、相机水平夹角Φ＝60°、激光器一台架设在两台相机中间，可以发射一条或者多条水平和垂直激光线，长度根据被测柱状物的高度决定，激光线长度小于等于柱状物的高度、一台小型工控机实现对圆柱铁芯的垂直度测量，该装置制作简单、操作方便、测量准确。

Description

一种非接触式柱状物垂直度检测方法及装置

技术领域

本发明涉及到工业垂直度检测技术，具体指被检测的柱状物工件是否垂直水平工作台的方法，它应用于工业生产、安装调试工作中，特别适合于特大且无法接触测量的环境。

背景技术

随着机器视觉的不断发展，机器视觉主要用计算机来模拟人的视觉功能，不仅是人眼的简单延伸，更重要的是具有人脑的一部分功能——从客观事物的图像中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于实际检测、测量和控制。现有的可见光传感技术的发展，分辨率不断提高，为机器视觉在工业检测中的应用提供广泛的空间和使用范围。低成本的激光技术不断成熟，已经广泛应用在工业生产制造领用，本发明通过机器视觉和激光结合实现对柱状物体的非接触式垂直度检测，在特定工业生产中具有广泛的应用前景，使得垂直度检测方便、快捷、准确。

发明内容

为了克服物理接触式测量的不足，本发明提供了一种非接触式柱型物体测量方法及装置，该方法及装置可以快速、实时、准确对柱状物体的垂直度检测。

本发明一种非接触式柱型物体测量方法包括以下步骤:

步骤一：设置覆盖被测柱形物体的激光线，且激光线作为标准垂直参考系。激光器发射垂直线性激光，激光条数可以一条或者多条，也可以增加一条水平激光线作为水平参考，垂直线性激光线作为标准垂直参考系；

步骤二：对双目相机分别作边沿检测提取，提取出柱型物体边沿。基于搜索的边缘检测方法首先计算边缘强度，边沿检测算法可以使Robert算子、Prewitt算子、Sobel算子、Laplacian算子、Canny算子实现边沿提取，同时通过滤波算法进行光滑处理。通常用一阶导数表示，得到原始数据亮度的梯度，通过这个信息就能在图像中搜索峰值，如果I(x)表示x点的亮度，则I(x)的导数I’(x)表示为：

I’(x)＝-1/2*I(x-1)+I(x)-1/2*I(x+1)

基于零交叉的方法是通过由找到图像得到的二阶导数的零交叉点来定位边缘位置。这种方法是求图像梯度的变化率，通过零点检测得到梯度的局部最大值，I”(x)可以表示为：

I”(x)＝-I(x-1)+2*I(x)-I(x+1)

步骤三：对边沿检测结果做直线检测，检测柱型物体的柱型边沿，光滑、去噪，使图像中只有参考激光线和被测柱形物体柱形边沿。利用霍夫变换、Freeman准则等直线检测方法实现直线检测。直线在x-y坐标系的一般表达式为ax+by＝1,将x,y当做已知量投影到a-b坐标系中，任意一点(x,y)在a-b坐标系中均为一条曲线，曲线相交最多点的(a,b)就是直线方程的参数；图像上的点通过霍夫变换检测，查找a-b坐标系中曲线相交最多的，这一交点(a,b)即为直线的参数。

步骤四：柱型物体的两条边沿和垂直参考激光直线计算得到两维的偏差，计算偏差距离。柱型物体两侧直线在ΔH高度差内的两端与基准激光线的像素差计算某一维上的偏斜程度，ΔN×图像分辨率等于偏斜距离。通过两维计算得到柱状物体偏斜方向和偏斜角度。通过计算X、Y方向的偏斜距离得到柱状物体在X、Y方向上的偏斜角度，根据X、Y方向的偏斜映射到平面坐标系方向，利用气泡法显示偏斜方向，根据偏斜角度确定气泡距离圆心的距离，X方向计算原理为柱形物体边沿直线与高度差为H距离标准激光基线的偏离△S，△S＝(s2-s1)，偏离角度tan(θ)＝△S/H；

与现有技术相比，本发明的有益效果是

1.适应各种场景，不受环境限制。

2.非接触式，可以适应特俗环境(人员测量不便)。

附图说明

图1为本发明非接触式柱状垂直度检测方法示意图。

S1是两台相机距离被测柱状物体距离；S2是两台相机之间距离；

θ是相机的视场角覆盖范围；Φ是相机与水平夹角范围；

图2为本发明激光线示意图。

图3为本发明非接触式柱状垂直度检测方法原理图。

图4为本发明电子学处理检测功能图。

图5为本发明检测结果的电子气泡示意图。

具体实施方式

针对企业需求，设计一套装置实现对圆柱铁芯实时的垂直度检测，指导工人安装。企业需求包括：圆柱铁芯高度1000～2300mm、圆柱铁芯直径350～1200mm、检测精度0.05°～0.1°。设计参数如图1中S1＝2000mm、S2＝1000mm、相机视场范围θ＝62°、相机水平夹角Φ＝60°、激光线一条长度＝2500mm。实际工程实现测量精度0.08°，满足设计需求。

Claims (2)

1.一种非接触式柱状物垂直度测量装置，包括两台相机、激光器和工控机，其特征在于：

所述的两台相机视场范围为62°，分辨率为5K×5K；

所述的激光器为LED激光器；

所述的两台相机相对于被测柱状物左右对称放置，两相机与水平线水平夹角Φ均为60°，相机之间的距离及与被测物体之间距离满足相机视场覆盖范围，相机的物方分辨率至少在1mm的精度范围内；

所述的激光器位于两台相机中间，产生一条或多条长度小于等于柱状物高度的激光线；

所述的工控机对从两台相机分别获取的两幅图像信息做边沿检测和直线检测，实现对柱状物X、Y方向偏差计算，实现对柱状物垂直度测量。

2.一种基于权利要求1所述的一种非接触式柱状物垂直度测量装置的垂直度测量方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)激光器发射垂直线性激光，激光条数可以一条或者多条，也可以增加一条水平激光线作为水平参考，垂直线性激光线作为标准垂直参考系；

(2)对由相机获取的图像进行边沿检测和滤波，边沿检测算法采用Robert算子、Prewitt算子、Sobel算子、Laplacian算子或Canny算子，同时通过滤波算法进行光滑处理；通常用一阶导数表示，得到原始数据亮度的梯度，通过这个信息就能在图像中搜索峰值，I(x)表示x点的亮度，I(x)的导数I’(x)表示为：

I’(x)＝-1/2*I(x-1)+I(x)-1/2*I(x+1)

基于零交叉的方法是通过由找到图像得到的二阶导数的零交叉点来定位边缘位置，这种方法是求图像梯度的变化率，通过零点检测得到梯度的局部最大值I”(x)，I”(x)可以表示为：

I”(x)＝-I(x-1)+2*I(x)-I(x+1)

(3)对边沿检测和滤波处理的图像信息进行直线检测，检测到柱状物体的两侧边沿和激光线；利用霍夫变换、Freeman准则直线检测方法实现直线检测；直线在x-y坐标系的表达式为ax+by＝1,将x,y当做已知量投影到a-b坐标系中，任意一点(x,y)在a-b坐标系中均为一条曲线，曲线相交最多点的(a,b)就是直线方程的参数；图像上的点通过霍夫变换检测，查找a-b坐标系中曲线相交最多的，这一交点(a,b)即为直线的参数；

(4)根据柱型物体两侧直线在ΔH高度差内的两端与基准激光线的像素差计算某一维上的偏斜程度，ΔN×图像分辨率等于偏斜距离，通过计算X、Y方向的偏斜距离得到柱状物体在X、Y方向上的偏斜角度，根据X、Y方向的偏斜映射到平面坐标系方向，利用气泡法显示偏斜方向，根据偏斜角度确定气泡距离圆心的距离，X方向计算原理为柱形物体边沿直线与高度差为H距离标准激光基线的偏离△S，△S＝(S2-S1)，偏离角度tan(θ)＝△S/H，同样的原理计算Y方向。