CN110375644A - 一种便携式打刻字符深度的检测装置和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式打刻字符深度的检测装置，包括机械外壳主体、夹持机构、滚轮、显示屏和激光三角测量光路单元，所述激光三角测量光路单元包括一字线激光器、反射镜、镜头和图像传感器，所述图像传感器和镜头之间设有滤光片，所述机械外壳主体的底部为玻璃窗口。本发明还公开了一种打刻字符深度的检测方法，首先产生一个触发信号，然后采样字符表面的3D轮廓数据，计算字符扫描轮廓线代表的字符特征数据，最后显示字符检测结果。本发明的检测装置和检测方法，可对刻码字符的深度或高度、字符大小以及相邻字符间距进行非接触全面检测，可以降低机动车制造和年检过程中的人工检测成本，提高检测精度和检测效率，解决困扰本行业的技术问题。

Description

一种便携式打刻字符深度的检测装置和检测方法

技术领域

本发明涉及车辆制造技术领域，特别是涉及一种便携式打刻字符深度的检测装置和检测方法。

背景技术

传统的机动车VIN码和发动机号检测，主要靠人工目视，一些车企使用带有探针的百分表来检测VIN码和发动机号的深度。由于探针的尖端具有一定粗细，本身不能探测字符沟壑细节的深度，而且在使用过程中需要人为按压，测量结果存在一定主观因素。传统检测方法存在人工成本高，效率低下，量化精度差，存在主观性，容易疏漏等问题。随着汽车保有量和销售量的增加，机动车制造厂商和车辆年检机构检测VIN码和发动机号的工作量也迅速增加，传统的机械式检测方式已不能适应市场需要。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种便携式打刻字符深度的检测装置和检测方法，本发明的检测装置具有便携性，采用本发明的检测方法，可对打刻字符的深度或高度，字符大小，相邻字符间距，进行非接触全面检测，改善了检验人员的工作质量，提高了工作效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种便携式打刻字符深度的检测装置，包括机械外壳主体、设于机械外壳主体的一侧外壁上的夹持机构、设于机械外壳主体底部的滚轮、设于机械外壳主体顶部的显示单元和按键、设于机械外壳主体内部的激光三角测量光路单元，显示单元包括显示屏和一个或多个LED状态指示灯，显示屏为触摸式显示屏，按键用于***开关机和功能设置的操作，所述激光三角测量光路单元包括俩俩互成夹角设置的一字线激光器、反射镜、镜头和图像传感器，所述一字线激光器所发射的光路方向竖直向下，且所述一字线激光器的一字方向与所述滚轮的运动方向垂直，所述反射镜位于所述一字线激光器发射的一字线激光经物体表面反射后的反射光路上，所述镜头位于经反射镜反射后的反射光路上，所述图像传感器设于经过所述镜头的投影光路上，所述图像传感器和镜头之间设有滤光片，所述机械外壳主体的底部设有供一字线激光穿过的玻璃窗口。

所述机械外壳主体的内部还设有微处理器，所述滚轮上设有旋转编码器，所述图像传感器的信号输出端连接所述微处理器的第一信号输入端，所述旋转编码器的信号输出端连接所述微处理器的第二信号输入端，所述微处理器的第一信号输出端连接所述一字线激光器的信号输入端，所述微处理器的第二信号输出端连接所述显示屏的信号输入端。

本发明的便携式打刻字符深度的检测装置还包括通讯单元、供电单元和储存器，所述通讯单元为网口、蓝牙或串口通讯接口，所述微处理器的第三信号输出端连接所述通讯单元的信号输入端，通讯单元的信号输出端连接外界打印机或其它主机的信号输入端，可将字符检测结果通过通讯单元发送至打印机或其它主机。

供电单元可同时支持电池供电和直流电源供电，其中直流电源供电的输入电压范围为12V～24V，为微处理器、图像传感器、旋转编码器和一字线激光器供电。

所述储存器的信号输入端连接所述微处理器的第四信号输出端，用于储存图像传感器和旋转编码器的数据。

所述LED状态指示灯的信号输入端连接所述微处理器的第五信号输出端，旋转编码器每转过一定角度，产生一个触发信号，当由于滚轮速度过快等原因导致上一帧图像采样未完成时，微处理器判断当前触发信号为无效，忽略该触发信号，同时输出信号给LED状态指示灯进行提示。

所述微处理器的第六信号输出端连接所述图像传感器的信号输入端。

本发明的工作原理为：通过夹持机构推动机械外壳主体，使滚轮沿字符行走，在滚轮上设置旋转编码器，用于检测滚轮的旋转角度，其角度测量分辨率的最小值由下列公式决定：最小角度分辨率:a_min＝ΔL/(π*d)*360°，其中ΔL为最小扫描间距，优选为0.05mm～0.1mm，d为主轮的直径。旋转编码器每转过一定角度，产生一个触发信号给微处理器，微处理器判断该触发信号的有效性，具体为：当由于滚轮速度过快等原因导致上一帧图像采样未完成时，微处理器判断当前触发信号为无效，忽略该触发信号，同时输出信号给LED状态指示灯进行提示；当上一帧图像采样已完成时，判断当前触发信号为有效。微处理器接受到有效的触发信号后，会输出一个启动信号给一字线激光器，启动一字线激光器发射一字线激光，同时，输出一个启动信号给图像传感器，启动图像传感器检测一字线激光扫描的图像信号，具体的光路结构为：一字线激光器发射的一字线激光入射到字符表面，经字符表面反射后进入反射镜，再次反射进入镜头，再经滤光片后投射到图像传感器，图像传感器将检测到的图像信息输出给微处理器，微处理器对该信息进行处理，具体的计算处理方式为：首先采用多项式曲线拟合算法和RANSAC曲线拟合算法计算各条轮廓线代表的几何表面的直线或多项式曲线，然后根据各条轮廓线上的点到该轮廓线对应的直线或多项式曲线的距离，采用字符识别算法，提取符合字符特征的字符点云数据，最后，拼接字符扫描轮廓线提取的字符点云数据，计算字符的深度、尺寸和间距。之后，微处理器将计算得到的字符的深度、尺寸和间距的信息输出给显示屏显示，同时输出给储存器进行储存，也可由通讯单元将字符检测结果通过通讯单元发送至打印机或其它主机。本发明的检测装置可对刻码字符的深度或高度、字符大小以及相邻字符间距进行非接触全面检测，可以降低机动车制造和年检过程中的人工检测成本，提高检测精度和检测效率，解决困扰本行业的技术问题。

优选的，所述一字线激光器的所在的中心轴线相对于所述反射镜的镜面的虚像、所述镜头的主平面、所述图像传感器的感光平面交汇于一点，满足Scheimpflug条件，可获得最大的成像景深。

优选的，所述一字线激光器的光轴与一字线激光器发射的一字线激光经物体表面反射到所述反射镜的反射光路之间的夹角优选为20°～50°，夹角过小，则z轴的测量分辨率不足；z轴过大，则部分凹陷轮廓会被遮挡，影响对字符细节的检测。

优选的，所述一字线激光器为半导体激光器，所述一字线激光器发射的一字线激光的线宽为0.03mm～0.1mm，并确保一字线的长度大于要检测的字符的高度。

优选的，所述滤光片为窄带滤光片，所述滤光片的带宽为10nm～30nm。窄带滤光片仅允许包括激光波长在内的一小段波长范围的光波通过，其余波长的光波被截止，使得扫描检测的结果更加精确。

优选的，在测量字符时，为保证测量激光相对于字符表面平稳移动，减少歪斜和抖动对测量结果的影响，所述滚轮设置有三个，其中一个为主轮，且三个滚轮均与所述机械外壳主体可拆卸连接，可方便更换。

优选的，所述主轮的外轮材料为耐磨损、滚动摩擦力大的材料，如耐磨橡胶，起到防滑的作用。

优选的，所述夹持机构为手柄，且与所述机械外壳主体可拆卸连接，可方便更换，同时也方便安装到机器人手臂上。

优选的，所述滚轮机构是方便拆卸和更换的。

本发明还提供了一种采用本发明的便携式打刻字符深度的检测装置进行打刻字符深度检测的方法，其技术方案是：

一种打刻字符深度的检测方法，包括以下步骤：

S1、接收或产生触发信号；

S2、采样字符表面的3D轮廓数据；

S3、计算字符扫描轮廓线代表的字符特征数据；

S4、显示字符检测结果；

S5、发送字符检测结果至其它设备。

优选的，步骤S1具体包括以下步骤：

S11、旋转编码器每转过一定角度，产生一个触发信号；

S12、触发信号有效性判断，当由于滚轮速度过快等原因导致上一帧图像采样未完成时，判断当前触发信号为无效，忽略该触发信号，同时点亮LED状态指示灯进行提示；当上一帧图像采样已完成时，判断当前触发信号为有效；

S13、接受旋转编码器传来的有效触发信号，并向一字线激光器和图像传感器发出启动信号；

S14、启动一字线激光器发射一字线激光，同时启动图像传感器对一字线激光轮廓图像采样。

优选的，步骤S3具体包括以下步骤：

S31、计算各条轮廓线代表的几何表面的直线或多项式曲线，具体可采用包括多项式曲线拟合算法，RANSAC曲线拟合算法；

S32、根据各条轮廓线上的点到该轮廓线对应的直线或多项式曲线的距离，提取符合字符特征的字符点云数据；

S33、拼接字符扫描轮廓线提取的字符点云数据；

S34、统计字符的深度、尺寸和间距。

优选的，步骤S34具体包括以下步骤：

S341、采用字符识别算法，提取字符区域；

S342、根据字符的外接矩形计算字符尺寸和字符间的间距。

本发明的有益效果是：

1、本发明的检测装置和检测方法，不仅可以测量发动机号等凹陷的打刻字符深度，还可以测量凸出的字符高度，适用范围更广；并且可以一次测量字符尺寸，间距等数据，同时包含字符识别功能，测量结果更准确，更全面。

2、一字线激光器采用半导体激光器，一字线激光器发射的一字线激光的线宽为0.03mm～0.1mm，确保一字线的长度大于要检测的字符的高度。

3、滤光片采用窄带滤光片，滤光片的带宽为10nm～30nm，窄带滤光片仅允许包括激光波长在内的一小段波长范围的光波通过，其余波长的光波被截止，减少了外界干扰，在强光环境下也可使用，使得扫描检测的结果更加精确。

4、滚轮和加持机构均与机械外壳主体可拆卸连接，方便更换。

5、便携式设计，使用灵活方便。

6、支持无线通讯，可将检测报告直接发送到打印机端，使用体验佳。

7、综上，本发明的检测装置和检测方法，可对刻码字符的深度或高度、字符大小以及相邻字符间距进行非接触全面检测，可以降低机动车制造和年检过程中的人工检测成本，提高检测精度和检测效率，解决困扰本行业的技术问题。

附图说明

图1为本发明实施例所述便携式打刻字符深度的检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所述激光三角测量光路单元的光路结构示意图；

图3为本发明实施例所述便携式打刻字符深度的检测装置的立体图；

图4为本发明实施例所述便携式打刻字符深度的检测装置检测时的示意图；

图5为本发明实施例的控制原理框图；

图6为本发明实施例所述打刻字符深度的检测方法的流程图一；

图7为本发明实施例所述接收或产生触发信号的流程图；

图8为本发明实施例所述计算字符扫描轮廓线代表的字符特征数据的流程图；

图9为本发明实施例所述统计字符的深度、尺寸和间距的流程图；

图10为本发明实施例所述打刻字符深度的检测方法的流程图二。

附图标记说明：

101、机械外壳主体；102、夹持机构；103、滚轮；104、显示屏；105、LED状态指示灯；106、按键；107、一字线激光器；108、反射镜；109、镜头；110、图像传感器；111、滤光片；112、旋转编码器；113、通讯单元；114、供电单元；115、储存器；116、微处理器；

L1、一字线激光光路；L2、一字线激光的投射方向；L3、投射在物体表面上的激光轮廓线；201、激光光轴相对于反光镜的镜面虚像；202、镜头主平面方向；203、图像传感器感光面的方向；204、打刻字符表面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例：

如图1～图5所示，一种便携式打刻字符深度的检测装置，包括机械外壳主体101、设于机械外壳主体101的一侧外壁上的夹持机构102、设于机械外壳主体101底部的滚轮103、设于机械外壳主体101顶部的显示单元和按键106、设于机械外壳主体101内部的激光三角测量光路单元，显示单元包括显示屏104和一个或多个LED状态指示灯105，显示屏104为触摸式显示屏104，按键106用于***开关机和功能设置的操作，所述激光三角测量光路单元包括俩俩互成夹角设置的一字线激光器107、反射镜108、镜头109和图像传感器110，所述一字线激光器107所发射的光路方向竖直向下，且所述一字线激光器107的一字方向与所述滚轮103的运动方向垂直，所述反射镜108的镜面位于所述一字线激光器107发射的一字线激光经物体表面反射后的反射光路上，所述镜头109位于经反射镜108反射后的反射光路上，所述图像传感器110设于经过所述镜头109的投影光路上，所述图像传感器110和镜头109之间设有滤光片111，所述机械外壳主体101的底部设有供一字线激光穿过的玻璃窗口。

所述机械外壳主体101的内部还设有微处理器116，所述滚轮103上设有旋转编码器112，所述图像传感器110的信号输出端连接所述微处理器116的第一信号输入端，所述旋转编码器112的信号输出端连接所述微处理器116的第二信号输入端，所述微处理器116的第一信号输出端连接所述一字线激光器107的信号输入端，所述微处理器116的第二信号输出端连接所述显示屏104的信号输入端。

本发明的便携式打刻字符深度的检测装置还包括通讯单元113、供电单元114和储存器115，所述通讯单元113为网口、蓝牙或串口通讯接口，所述微处理器116的第三信号输出端连接所述通讯单元113的信号输入端，通讯单元113的信号输出端连接外界打印机或其它主机的信号输入端，可将字符检测结果通过通讯单元113发送至打印机或其它主机。

供电单元114可同时支持电池供电和直流电源供电，其中直流电源供电的输入电压范围为12V～24V，为微处理器116、图像传感器110、旋转编码器112和一字线激光器107供电。

所述储存器115的信号输入端连接所述微处理器116的第四信号输出端，用于储存图像传感器110和旋转编码器112的数据。

所述LED状态指示灯105的信号输入端连接所述微处理器116的第五信号输出端，旋转编码器112每转过一定角度，产生一个触发信号，当由于滚轮103速度过快等原因导致上一帧图像采样未完成时，微处理器116判断当前触发信号为无效，忽略该触发信号，同时输出信号给LED状态指示灯105进行提示。

所述微处理器116的第六信号输出端连接所述图像传感器110的信号输入端。

所述滚轮103设置有三个，后端的为主轮(也可前端为主轮)，且三个滚轮103均与所述机械外壳主体101可拆卸连接，可方便更换。

所述主轮的外轮材料为耐磨损、滚动摩擦力大的材料，如耐磨橡胶，起到防滑的作用。

所述夹持机构102为手柄，且与所述机械外壳主体101可拆卸连接，可方便更换。

本发明的工作原理为：通过夹持机构102推动机械外壳主体101，使滚轮103沿字符行走，在滚轮103上设置旋转编码器112，用于检测滚轮103的旋转角度，其角度测量分辨率的最小值由下列公式决定：最小角度分辨率:a_min＝ΔL/(π*d)*360°，其中ΔL为最小扫描间距，优选为0.05mm～0.1mm，d为主轮的直径。旋转编码器112每转过一定角度，产生一个触发信号给微处理器116，微处理器116判断该触发信号的有效性，具体为：当由于滚轮103速度过快等原因导致上一帧图像采样未完成时，微处理器116判断当前触发信号为无效，忽略该触发信号，同时输出信号给LED状态指示灯105进行提示；当上一帧图像采样已完成时，判断当前触发信号为有效。微处理器116接受到有效的触发信号后，会输出一个启动信号给一字线激光器107，启动一字线激光器107发射一字线激光，同时，输出一个启动信号给图像传感器110，启动图像传感器110检测一字线激光扫描的图像信号，具体的光路结构为：一字线激光器107发射的一字线激光入射到字符表面，经字符表面反射后进入反射镜108，再次反射进入镜头109，再经滤光片111后投射到图像传感器110，图像传感器110将检测到的图像信息输出给微处理器116，微处理器116对该信息进行处理，具体的计算处理方式为：首先采用多项式曲线拟合算法和RANSAC曲线拟合算法计算各条轮廓线代表的几何表面的直线或多项式曲线，然后根据各条轮廓线上的点到该轮廓线对应的直线或多项式曲线的距离，采用字符识别算法，提取符合字符特征的字符点云数据，最后，拼接字符扫描轮廓线提取的字符点云数据，计算字符的深度、尺寸和间距。之后，微处理器116将计算得到的字符的深度、尺寸和间距的信息输出给显示屏104显示，同时输出给储存器115进行储存，也可由通讯单元113将字符检测结果通过通讯单元113发送至打印机或其它主机。本发明的检测装置可对刻码字符的深度或高度、字符大小以及相邻字符间距进行非接触全面检测，可以降低机动车制造和年检过程中的人工检测成本，提高检测精度和检测效率，解决困扰本行业的技术问题。

在其中一个实施例中，如图2所示，所述一字线激光器107的所在的中心轴线相对于所述反射镜108的镜面的虚像、所述镜头109的主平面、所述图像传感器110的感光平面交汇于一点。

在其中一个实施例中，如图2所示，所述一字线激光器107的光轴与一字线激光器107发射的一字线激光经物体表面反射到所述反射镜108的反射光路之间的夹角A为20°～50°。

在其中一个实施例中，所述一字线激光器107为半导体激光器，所述一字线激光器107发射的一字线激光的线宽为0.03mm～0.1mm，确保一字线的长度大于要检测的字符的高度。

在其中一个实施例中，所述滤光片111为窄带滤光片111，所述滤光片111的带宽为10nm～30nm。窄带滤光片111仅允许包括激光波长在内的一小段波长范围的光波通过，其余波长的光波被截止，使得扫描检测的结果更加精确。

如图6所示，一种打刻字符深度的检测方法，包括以下步骤：

S1、接收或产生触发信号；

S2、采样字符表面的3D轮廓数据；

S3、计算字符扫描轮廓线代表的字符特征数据；

S4、显示字符检测结果；

S5、发送字符检测结果至其它设备。

在其中一个实施例中，如图7所示，步骤S1具体包括以下步骤：

S11、旋转编码器112每转过一定角度，产生一个触发信号；

S12、触发信号有效性判断，当由于滚轮103速度过快等原因导致上一帧图像采样未完成时，判断当前触发信号为无效，忽略该触发信号，同时点亮LED状态指示灯105进行提示；当上一帧图像采样已完成时，判断当前触发信号为有效；

S13、接受旋转编码器112传来的有效触发信号，并向一字线激光器107和图像传感器110发出启动信号；

S14、启动一字线激光器107发射一字线激光，同时启动图像传感器110对一字线激光轮廓图像采样。

在其中一个实施例中，如图8所示，步骤S3具体包括以下步骤：

S31、计算各条轮廓线代表的几何表面的直线或多项式曲线，具体可采用包括多项式曲线拟合算法，RANSAC曲线拟合算法；

S32、根据各条轮廓线上的点到该轮廓线对应的直线或多项式曲线的距离，提取符合字符特征的字符点云数据；

S33、拼接字符扫描轮廓线提取的字符点云数据；

S34、统计字符的深度、尺寸和间距。

在其中一个实施例中，如图9所示，步骤S34具体包括以下步骤：

S341、采用字符识别算法，提取字符区域；

S342、根据字符的外接矩形计算字符尺寸和字符间的间距。

在其中一个实施例中，如图10所示，一种打刻字符深度的检测方法，包括以下步骤：

S101、按下开始，移动滚轮103；

S102、与滚轮103同步的旋转编码器112等间隔发出触发信号；

S103、判断来自外部的触发信号是否无效，若当上一帧图像采样未完成时，则忽略当前触发信号，并点亮LED状态指示灯105，提示触发信号无效或滚轮103速度过快；若触发信号有效，则进入步骤S104；

S104、发出激光并采样字符轮廓；

S105、提取当前轮廓代表的字符点云数据，由显示屏104界面显示字符点云拼接进度；

S106、计算字符的开始和结束标志；

S107、判断检测到的字符是否结束，若结束，则进入步骤S108；若未结束，则等待下一个触发信号；

S108、计算字符打刻深度或高度、尺寸和与上一字符的间距，由显示屏104界面显示字符尺寸计算和识别结果。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，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。

Claims (9)

1.一种便携式打刻字符深度的检测装置，其特征在于，包括机械外壳主体、设于机械外壳主体的一侧外壁上的夹持机构、设于机械外壳主体底部的滚轮、设于机械外壳主体顶部的显示屏和设于机械外壳主体内部的激光三角测量光路单元，所述激光三角测量光路单元包括俩俩互成夹角设置的一字线激光器、反射镜、镜头和图像传感器，所述一字线激光器所发射的光路方向竖直向下，且所述一字线激光器的一字方向与所述滚轮的运动方向垂直，所述反射镜位于所述一字线激光器发射的一字线激光经物体表面反射后的反射光路上，所述镜头位于经反射镜反射后的反射光路上，所述图像传感器设于经过所述镜头的投影光路上，所述图像传感器和镜头之间设有滤光片，所述机械外壳主体的底部设有玻璃窗口；

所述机械外壳主体的内部还设有微处理器，所述滚轮上设有旋转编码器，所述图像传感器的信号输出端连接所述微处理器的第一信号输入端，所述旋转编码器的信号输出端连接所述微处理器的第二信号输入端，所述微处理器的第一信号输出端连接所述一字线激光器的信号输入端，所述微处理器的第二信号输出端连接所述显示屏的信号输入端。

2.根据权利要求1所述的便携式打刻字符深度的检测装置，其特征在于，所述一字线激光器的所在的中心轴线相对于所述反射镜的镜面的虚像、所述镜头的主平面、所述图像传感器的感光平面交汇于一点。

3.根据权利要求2所述的便携式打刻字符深度的检测装置，其特征在于，所述一字线激光器的光轴与一字线激光器发射的一字线激光经物体表面反射到所述反射镜的反射光路之间的夹角为20°～50°。

4.根据权利要求3所述的便携式打刻字符深度的检测装置，其特征在于，所述一字线激光器为半导体激光器，所述一字线激光器发射的一字线激光的线宽为0.03mm～0.1mm。

5.根据权利要求1所述的便携式打刻字符深度的检测装置，其特征在于，该便携式打刻字符深度的检测装置还包括通讯单元，所述通讯单元为网口、蓝牙或串口通讯接口，所述微处理器的第三信号输出端连接所述通讯单元的信号输入端。

6.一种打刻字符深度的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、接收或产生触发信号；

S2、采样字符表面的3D轮廓数据；

S3、计算字符扫描轮廓线代表的字符特征数据；

S4、显示字符检测结果。

7.根据权利要求6所述的打刻字符深度的检测方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：

S11、旋转编码器每转过一定角度，产生一个触发信号；

S12、触发信号有效性判断，当上一帧图像采样未完成时，判断当前触发信号为无效，忽略该触发信号；当上一帧图像采样已完成时，判断当前触发信号为有效；

S13、接受旋转编码器传来的有效触发信号，并向一字线激光器和图像传感器发出启动信号；

S14、启动一字线激光器发射一字线激光，同时启动图像传感器对一字线激光轮廓图像采样。

8.根据权利要求6所述的打刻字符深度的检测方法，其特征在于，步骤S3具体包括以下步骤：

S31、采用多项式曲线拟合算法和RANSAC曲线拟合算法计算各条轮廓线代表的几何表面的直线或多项式曲线；

S32、根据各条轮廓线上的点到该轮廓线对应的直线或多项式曲线的距离，提取符合字符特征的字符点云数据；

S33、拼接字符扫描轮廓线提取的字符点云数据；

S34、统计字符的深度、尺寸和间距。

9.根据权利要求8所述的打刻字符深度的检测方法，其特征在于，步骤S34具体包括以下步骤：

S341、采用字符识别算法，提取字符区域；

S342、根据字符的外接矩形计算字符尺寸和字符间的间距。