CN111220077B

CN111220077B - 一种散热器螺纹孔安装尺寸视觉检测装置及方法

Info

Publication number: CN111220077B
Application number: CN202010064391.9A
Authority: CN
Inventors: 林明星; 徐萌; 张岱岩; 廉博洋
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2021-08-24
Anticipated expiration: 2040-01-20
Also published as: CN111220077A

Abstract

本发明公开了一种散热器螺纹孔安装尺寸视觉检测装置及方法，它解决了现有技术中测量精度较低、测量量程较小的问题，通过多个工业相机联合进行尺寸检测，可以实现一次图像采集过程对散热器螺纹孔间距、螺纹孔对角线长度等安装尺寸进行检测，提高散热器产品检测效率。其技术方案为：包括测量平台和多个图像采集组件，测量平台用于放置散热器，所述测量平台对称设置定位标尺；多个图像采集组件与测量平台滑动连接，用于对散热器螺纹孔进行图像采集；其中，所述图像采集组件包括支撑柱，所述支撑柱与工业相机、环形光源滑动连接，且工业相机位于环形光源上方，工业相机能够在环形光源的照射条件下采集下方区域的图像。

Description

一种散热器螺纹孔安装尺寸视觉检测装置及方法

技术领域

本发明涉及机器视觉检测领域，尤其涉及一种散热器螺纹孔安装尺寸视觉检测装置及方法。

背景技术

散热器属于冷却***中的热交换部件，一般由进水室、出水室、散热主片及散热芯组装而成。冷却液在散热芯内流动，与散热芯外部空气发生热交换，外部空气吸热升温，内部冷却液放热降温，使散热器起到散热作用。大型散热器一般为铜制或铝制散热器，呈平板状结构，多用于大型空调、汽车等的散热。此类散热器在出厂时需要对关键的配合与定位尺寸进行检测。

目前，这些尺寸的检测，主要依靠工人手持量具逐一检测，效率较低，很难跟上批量化生产的要求。而且，因为采用量具进行接触式测量，不可避免的会对量具造成磨损，降低测量精度，提高了测量成本。并且单相机的视觉测量方式受到相机有效像素限制，在精度要求较高的情况下，测量量程较小，不能满足大型散热器螺纹孔安装尺寸测量的要求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种散热器螺纹孔安装尺寸视觉检测装置及方法，通过多个工业相机联合进行尺寸检测，可以实现一次图像采集过程对散热器螺纹孔间距、螺纹孔对角线长度等安装尺寸进行检测，提高散热器产品检测效率。

本发明采用下述技术方案：

一种散热器螺纹孔安装尺寸视觉检测装置，包括：

测量平台，用于放置散热器，所述测量平台表面对称设置定位标尺；

多个图像采集组件，与测量平台滑动连接，用于对散热器螺纹孔进行图像采集；其中，所述图像采集组件包括支撑柱，所述支撑柱与工业相机、环形光源滑动连接，且工业相机位于环形光源上方，工业相机能够在环形光源的照射条件下采集下方区域的图像。

进一步的，所述支撑柱一端连接有与测量平台滑动连接的底座，所述底座与定位标尺相对应一侧设有定位指针。

进一步的，所述工业相机安装于第一悬臂端部，环形光源安装于第二悬臂端部；所述第一悬臂和第二悬臂分别与支撑柱滑动连接。

进一步的，所述第一悬臂通过第一导向块与支撑柱相连，且第一悬臂***第一导向块的距离可调；所述第二悬臂通过第二导向块与支撑柱相连，且第二悬臂***第二导向块的距离可调。

进一步的，所述测量平台表面沿长度方向对称设置滑轨。

进一步的，所述滑轨之间设有多条沿横向、纵向分布的定位槽。

进一步的，所述定位槽内***定位销。

一种散热器螺纹孔安装尺寸视觉检测方法，采用所述的检测装置，包括以下步骤：

(1)对图像采集组件中的工业相机进行标定与坐标变换，统一到一个世界坐标系下；

(2)调整定位销在定位槽中的位置，以定位散热器在水平方向上的相对位置；

(3)图像采集组件采集待测量的散热器图像，将图像进行处理得到散热器螺纹孔的间距与斜对角线长度；

(4)重复步骤(1)-(3)，完成散热器螺纹孔安装尺寸的视觉测量。

进一步的，所述步骤(3)中，将采集到的图像进行预处理、灰度化处理与二值化处理；之后对图像进行孔洞填充操，再将孔洞填充后的图像进行边缘检测，查找轮廓，并通过计算轮廓力矩计算出散热器螺纹孔的像素坐标。

进一步的，得到像素坐标后，根据标定转换为世界坐标系坐标；通过世界坐标系下坐标，计算散热器螺纹孔间距与斜对角线长度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过4组工业相机联合采集图像，工业相机在环形光源的照射条件下采集下方区域的图像，相比人工量具测量与单目相机测量，能够有效的提高测量效率与精度；

(2)本发明的图像采集组件设置定位指针，测量平台具有定位标尺，通过定位指针与定位标尺配合确定图像采集组件在测量平台水平方向上的相对位置；

(3)本发明的测量平台设置多条定位槽，其中可***能够沿槽滑动的定位销，定位销与平板式散热器侧边接触，保证测量时平板式散热器的相对位置；

(4)本发明通过对图像中的螺纹孔中心坐标进行提取与坐标变换，多次计算长度均值，从而实现一次图像采集过程对散热器螺纹孔间距、螺纹孔对角线长度等安装尺寸进行检测。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明实施例一的整体结构示意图；

图2为本发明实施例一的图像采集组件结构示意图；

图3为本发明实施例一的测量平台结构示意图；

图4为本发明实施例二的测量标定示意图；

其中，1.图像采集组件，1-1.工业相机，1-2.镜头，1-3.环形光源，1-4.第一悬臂，1-5第二悬臂，1-6.支撑柱，1-7.底座，1-8.定位指针；

2.测量平台，2-1.滑轨，2-2.定位槽，2-3.定位标尺，2-4.定位销；

3.平板式散热器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本申请中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

术语解释部分:本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在测量精度较低、测量量程较小的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种散热器螺纹孔安装尺寸视觉检测装置及方法。

实施例一：

下面结合附图1-图3对本发明进行详细说明，具体的，结构如下：

本实施例提供了一种散热器螺纹孔安装尺寸视觉检测装置，包括测量平台2和多个图像采集组件1，图像采集组件1与测量平台2滑动连接。使用时，平板式散热器3放置于测量平台2上方，通过图像采集组件1对平板式散热器3上分布的装配用螺纹孔进行图像采集。

为了对应平板式散热器3的螺纹孔个数，本实施例设置四个图像采集组件1，并关于测量平台2对称设置。如图2所示，图像采集组件1包括工业相机1-1、环形光源1-3、第一悬臂1-4、第二悬臂1-5、支撑柱1-6、底座1-7，底座1-7固定于支撑柱1-6的底部。所述底座1-7一侧设有定位指针1-8，能够指示工业相机1-1在竖直方向上投影到底座1-7平面上的相对位置。

工业相机1-1安装于第一悬臂1-4端部，环形光源1-3安装于第二悬臂1-5端部，第一悬臂1-4和第二悬臂1-5分别与支撑柱1-6滑动连接。进一步的，第一悬臂1-4通过第一导向块与支撑柱1-6相连，第一悬臂1-4水平穿过第一导向块，且第一悬臂1-4***第一导向块的距离可调。支撑柱1-6竖直穿过第一导向块，且第一导向块能够沿支撑柱1-6上下调节，以实现工业相机1-1的高度调节。

环形光源1-3安装于工业相机1-1下方，且工业相机1-1的镜头1-2对应于环形光源1-3的中心位置，工业相机1-1可以在环形光源1-3的照射条件下采集下方区域的图像。第二悬臂1-5通过第二导向块与支撑柱1-6相连，具体连接结构与第一悬臂1-4相同，此处不再赘述。

本实施例对第一导向块、第二导向块的具体结构不作限定，只要能够满足支撑第一悬臂1-4、第二悬臂1-5即可。第一导向块、第二导向块分别开设有水平通孔、竖直通孔。

如图3所示，测量平台2包括平台主体和安装于平台主体底部的支撑座，对支撑座的具体结构、形状不作限定，只要能够起到支撑作用即可。在本实施例中，所述支撑座包括四个支撑腿，平台主体的每个角安装一个支撑腿。平台主体用于配合图像采集组件1。在本实施例中，平台主体为矩形板结构。

沿平台主体长度方向上对称设置滑轨2-1，图像采集组件1的底座1-7与滑轨2-1滑动连接，以调整图像采集区域的位置。所述滑轨2-1一侧设置定位标尺2-3，定位标尺2-3上有刻度值，能够配合定位指针1-8确定图像采集组件1在测量平台2水平方向上的相对位置。

两个滑轨2-1之间设置有多个定位槽2-2，定位槽2-2沿测量平台2长度方向、宽度方向均对称设置。在本实施例中，定位槽2-2呈长条形。定位槽2-2中可***能够沿其滑动的定位销2-4，定位销2-4的圆柱面与放置在平台主体上的平板式散热器3侧边接触，保证测量时平板式散热器3的相对位置。

实施例二：

本实施例采用实施例一所述的检测装置，针对平板式散热器3四个角上分布的4个螺纹孔，其间距和斜对角线长度进行尺寸测量的步骤如下：

(1)将待测量的平板式散热器3放置到测量平台2的平面上，通过调整定位销2-4在定位槽2-2中的位置，确保平板式散热器3在水平方向上的相对位置合适。再将4组图像采集组件1调整到合适位置，调整工业相机1-1与环形光源1-3的位置，使其能够对下方待测量的平板式散热器3的螺纹孔进行图像采集操作。

(2)进行首次测量的标定工作，如图4所示，本实施例采用4个5×7个色块组成的标定板对4组工业相机1-1进行标定。

将标定板放置于测量平台2的平面上，分别正对于4组工业相机1-1的下方。采用张正友标定法进行4次单独标定，由于4个标定板位于同平面，可忽略高度，分别建立平面直角坐标系X₁O₁Y₁、X₂O₂Y₂、X₃O₃Y₃、X₄O₄Y₄。

四个坐标系的原点、X轴与Y轴正方向(以朝向相邻标定板一侧为正方向)如图4所示，再通过坐标系转换，将4个坐标***一到以X₁O₁Y₁坐标系原点和X轴、Y轴正方向相同的世界坐标系XOY上，便于后续测量计算。

X₁O₁Y₁坐标系变换后，结果如下：

x＝x₁k₁

y＝y₁k₁ (1)

其中，‘k₁’为坐标系X₁O₁Y₁缩放系数。

X₂O₂Y₂坐标系变换后，结果如下：

x＝(W-x₂)·k₂

y＝y₂k₂ (2)

其中，‘k₂’为坐标系X₂O₂Y₂缩放系数，‘W’为坐标系X₁O₁Y₁与坐标系X₂O₂Y₂原点距离。

X₃O₃Y₃坐标系变换后，结果如下：

x＝(W-x₃)·k₃

y＝(L-y₃)·k₃ (3)

其中，‘k₃’为坐标系X₂O₂Y₂缩放系数，‘L’为坐标系X₂O₂Y₂与坐标系X₃O₃Y₃原点距离。

X₄O₄Y₄坐标系变换后，结果如下：

x＝x₄k₄

y＝(L-y₄)·k₄ (4)

其中，‘k₄’为坐标系X₄O₄Y₄缩放系数。

(3)标定完成后，开始图像采集，并对采集到的图像数据进行预处理操作并转换为RGB图像后调整图像白平衡。然后对图像用平均值法进行灰度化处理。

其中，‘Gray’为图像灰度值；‘R’为图像红色分量；‘G’为图像绿色分量；‘B’为图像蓝色分量。

(4)再将灰度化后的图像运用积分图像法进行二值化处理。该方法根据图像局部灰度特性选取阈值来进行二值化操作，可以降低光照对图像识别的而影响。

(5)得到二值图像之后，对其进行孔洞填充操作，以排除图像中的噪声影响。然后对处理后的图像遍历，利用Canny算法检测边缘，查找轮廓并逐一编号。通过面积来确定待测量螺纹孔轮廓，再计算轮廓的力矩，从而得到轮廓的质心坐标，即螺纹孔中心的像素坐标。通过坐标变换，将螺纹孔中心的像素坐标转换到XOY坐标系下。

(6)采集3次平板式散热器3的图像，计算3组4个螺纹孔的中心世界坐标系下的坐标分别为：P_1i(x_1i,y_1i)、P_2i(x_2i,y_2i)、P_3i(x_3i,y_3i)、P_4i(x_4i,y_4i)，其中，i＝1,2,3。然后计算螺纹孔间距和斜对角线长度。

螺纹孔的两个短边间距：

螺纹孔的两个长边间距：

螺纹孔的两个斜对角线长度：

(7)重复步骤(3)-(6)，实现散热器螺纹孔间距与对角线长度测量。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种散热器螺纹孔安装尺寸视觉检测装置，其特征在于，包括：

测量平台，用于放置散热器，所述测量平台表面对称设置定位标尺，测量平台表面沿长度方向对称设置滑轨，滑轨之间设有多条沿横向、纵向分布的定位槽，定位槽内***定位销，定位销圆柱面与放置在测量平台上的平板式散热器侧边接触；

多个图像采集组件，与测量平台滑动连接，用于对散热器螺纹孔进行图像采集；其中，所述图像采集组件包括支撑柱，所述支撑柱与工业相机、环形光源滑动连接，且工业相机位于环形光源上方，工业相机能够在环形光源的照射条件下采集下方区域的图像；

所述支撑柱一端连接有与测量平台滑动连接的底座，所述底座与定位标尺相对应一侧设有定位指针，通过定位指针与定位标尺配合确定图像采集组件在测量平台水平方向上的相对位置；

所述工业相机安装于第一悬臂端部，环形光源安装于第二悬臂端部，第一悬臂通过第一导向块与支撑柱相连，且第一悬臂***第一导向块的距离可调；第二悬臂通过第二导向块与支撑柱相连，且第二悬臂***第二导向块的距离可调；支撑柱穿过第一导向块，且第一导向块能够沿支撑柱垂直方向调节，实现工业相机的高度调节。

2.根据权利要求1所述的一种散热器螺纹孔安装尺寸视觉检测装置，其特征在于，所述第一悬臂和第二悬臂分别与支撑柱滑动连接。

3.一种散热器螺纹孔安装尺寸视觉检测方法，其特征在于，采用如权利要求1-2任一所述的检测装置，包括以下步骤：

(4)重复步骤(1)-(3)，完成散热器螺纹孔安装尺寸的视觉测量。

4.根据权利要求3所述的一种散热器螺纹孔安装尺寸视觉检测方法，其特征在于，所述步骤(3)中，将采集到的图像进行预处理、灰度化处理与二值化处理；之后对图像进行孔洞填充操，再将孔洞填充后的图像进行边缘检测，查找轮廓，并通过计算轮廓力矩计算出散热器螺纹孔的像素坐标。

5.根据权利要求4所述的一种散热器螺纹孔安装尺寸视觉检测方法，其特征在于，得到像素坐标后，根据标定转换为世界坐标系坐标；通过世界坐标系下坐标，计算散热器螺纹孔间距与斜对角线长度。