CN113390366B - 判断相机光轴与弧面孔切平面垂直的方法及验证平台 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光学测量领域，公开了判断相机光轴与弧面孔切平面垂直的方法，能够能够便捷准确地判断相机光轴与弧面孔切平面是否垂直；首先，将弧面件固定，并在弧面件的两侧对应设置预定光源和预定成像屏幕，预定光源通过弧面孔在预定成像屏幕上形成对应的透射光斑；然后，相对初始空间位置朝向预定光源转动弧面件，获取偏转过程中的多个弧面件偏转角和对应的多个透射光斑的面积；最后，当透射光斑的面积具有极大值时，相机光轴与弧面孔切平面垂直。本发明还公开了弧面孔切平面垂直验证平台，能够更好地实施判断相机光轴与弧面孔切平面垂直的方法。

Description

判断相机光轴与弧面孔切平面垂直的方法及验证平台
技术领域
本发明属于光学测量领域，具体涉及判断相机光轴与弧面孔切平面垂直的方法及验证平台。
背景技术
具有弧面通孔的弧面件的精密测量一直是测量领域的一个难题，随着现代交通动力***以及航空航天领域的快速发展，这类测量任务日益增多，且精度和效率要求也越来越高，诸如新能源汽车燃料电池电极、发动机缸体和航天推进器栅极组件等。三坐标测量机虽可实现弧面及更复杂表面的精密测量，但效率较低，难以满足自动化测量的要求。而利用机器视觉对曲面孔件进行精密测量刚好弥补了三坐标测量机的缺点，但利用机器视觉对具有弧面通孔的弧面件进行精密测量时相机和弧面件的相对位置(相机与过曲面孔件ROI区域中心的切平面保持垂直)极难保证，这使得利用机器视觉对该弧面件进行精密测量时的精度有所下降。于是如何保证工业相机与过曲面孔件ROI区域中心的切平面保持垂直这一问题就变得十分重要。面对工业相机与过曲面孔件ROI区域中心的切平面不垂直所造成的测量精度下降问题不少人设置一个补偿函数通过算法对测量精度进行补偿，但这种方法在面对不同曲面孔件时需要更换不同的补偿函数，在算法研究上花费了大量时间和金钱。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供判断相机光轴与弧面孔切平面垂直的方法及验证平台，配合使用该判断方法及验证平台能够便捷准确地判断相机光轴与弧面孔切平面是否垂直。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案为：
判断相机光轴与弧面孔切平面垂直的方法，弧面孔为弧面件表面的弧面通孔，弧面孔切平面为过弧面孔的理论弧面轮廓的中轴的切平面，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：将弧面件固定于初始空间位置，并在弧面件的两侧对应设置预定光源和预定成像屏幕，预定光源通过弧面孔在预定成像屏幕上形成对应的透射光斑；
步骤S2：相对初始空间位置朝向预定光源转动弧面件，并将转动过程作为偏转过程，通过相机获取偏转过程中弧面件的多个弧面件偏转角θi和与弧面孔对应的多个透射光斑的面积Si，所述相机的光轴与所述预定光源发出的光束同轴；
步骤S3：当透射光斑的面积Si具有极大值时，相机光轴与弧面孔切平面垂直。
优选地，预定成像屏幕的材质为半透明且与预定光源发出的光束的颜色不同，相机为设置在预定成像屏幕的一侧的CMOS相机，COMS相机用于采集透射光斑信息。
进一步地，CMOS相机向预定图形分析芯片传送包含透射光斑的实景信息的光斑实景信号，预定图形分析芯片基于直方图二分法和最小二乘法对光斑实景信号拟合计算，从而得到透射光斑的面积的信息。
优选地，预定光源为平行光源，CMOS相机具有远光镜头。
用于实施上述的判断相机光轴与弧面孔切平面垂直的方法的弧面孔切平面垂直验证平台，其特征在于，包括：检测基座，具有用于安装弧面件的调节治具；预定光源，位于检测基座的一侧；图形获取单元，位于检测基座的另一侧，图形获取单元包括预定安装台及设置在预定安装台上的预定成像屏幕和CMOS相机；以及预定图形分析芯片，与CMOS相机信号连接，其中，预定光源发出的光束的光路与CMOS相机的光轴同轴；预定成像屏幕位于CMOS相机与检测基座之间，且预定光源发出的光束的光路与预定成像屏幕垂直，调节治具具有空间三个移动自由度和一个旋转自由度，从而调节治具能够调节屏栅极面或者栅极组件在空间三个维度方向上进行移动及朝向预定光源进行转动。
优选地，预定安装台具有可移动设置的移动板，移动板用于承载CMOS相机朝向或者背向预定成像屏幕进行移动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.因为本发明的判断相机光轴与弧面孔切平面垂直的方法为：首先，将弧面件固定，并在弧面件的两侧对应设置预定光源和预定成像屏幕，预定光源通过弧面孔在预定成像屏幕上形成对应的透射光斑；然后，相对初始空间位置朝向预定光源转动弧面件，获取偏转过程中的多个弧面件偏转角和对应的多个透射光斑的面积；最后，当透射光斑的面积具有极大值时，相机光轴与弧面孔切平面垂直，因此，本发明能够能够便捷准确地判断相机光轴与弧面孔切平面是否垂直。
2.本发明的弧面孔切平面垂直验证平台结构简单，能够更好地实施判断相机光轴与弧面孔切平面垂直的方法。
附图说明
图1为本发明的实施例的弧面件与相机光轴为垂直时的示意图；
图2为本发明的实施例的判断相机光轴与弧面孔切平面垂直的方法的步骤示意图；
图3为本发明的实施例的预定光源发出的光束与弧面孔的位置关系示意图图；以及
图4为本发明的实施例的弧面孔切平面垂直验证平台的结构示意图。
图中：S100、断相机光轴与弧面孔切平面垂直的方法，4、弧面件，41、弧面孔，6、CMOS相机，L、预定光源发出的光束的光路，5、预定成像屏幕，A、透射光斑，100、弧面孔切平面垂直验证平台，1、光源安装台，2、预定光源，3、调节治具，7、预定安装台，8、检测基座，9、移动板，10、预定图形分析芯片。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的判断相机光轴与弧面孔切平面垂直的方法及验证平台作具体阐述，需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
如图1所示，相机光轴与过弧面孔轴的弧面孔切平面垂直时的位置关系即本发明验证的位置关系，本实施例中的弧面件4为栅极组件中的屏栅极面或者加速栅极面，弧面孔41为弧面件4表面的弧面通孔，弧面孔切平面为过弧面孔41的理论弧面轮廓的中轴的切平面，相机为CMOS相机6，预定光源发出的光束的光路为L。
如图2所示，判断相机光轴与弧面孔切平面垂直的方法S100包括以下步骤：
步骤S1：将弧面件固定于初始空间位置，并在弧面件的两侧对应设置预定光源和预定成像屏幕，预定光源通过弧面孔在预定成像屏幕上形成对应的透射光斑。
具体地，预定光源为平行光源，从而消除了获取实景图像时产生的边界效应，有助于对实景图像的透射光斑A的边界轮廓进行准确识别，预定光源的有效工作距离范围为90mm-180mm，发出的光束的直径为87mm,CMOS相机6具有远光镜头，从而避免了镜头畸变现象，确保了透射光斑A的实景图像的精准获取，预定成像屏幕的材质为半透明且与预定光源发出的光束的颜色不同，从而当预定光源发出的光束照在预定成像屏幕的一面时，从另一面可以清楚地看出预定成像屏幕上的透射光斑的轮廓。
预定成像屏幕的一侧具有用于采集透射光斑的实景图像的CMOS相机，CMOS相机向预定图形分析芯片传送包含透射光斑的实景信息的光斑实景信号，预定图形分析芯片基于直方图二分法和最小二乘法对光斑实景信号拟合计算，从而得到透射光斑的面积信息。
在本实施例中，弧面件4通过调节治具进行固定设置,预定光源的有效工作距离范围为90mm-180mm，发出的光束的直径为87mm,对光斑实景信号拟合计算的步骤包括多孔图像灰度化、多孔图像锐化、多孔图像去噪、多孔图像阈值分割、多孔投影边缘识别步骤，并通过统计像素点的个数求的透射光斑的面积信息，尤其在拟合计算的过程中还采用了基于增广拉格朗日的灰度值直方图法对采集图像进行均衡化处理，实现了通孔投影光斑图像的准确分割和快速分解，在提取到有效边界后进行高斯拟合，使得拟合误差在0.1像素以内。
步骤S2：如图3所示，相对初始空间位置朝向预定光源转动弧面件，并将转动过程作为偏转过程，通过相机获取偏转过程中弧面件4的多个弧面件偏转角θi和与弧面孔41对应的多个透射光斑A的面积Si，CMOS相机6的光轴与预定光源发出的光束L同轴。
步骤S3：当透射光斑A的面积Si具有极大值时，CMOS相机6的光轴与弧面孔41切平面垂直。
具体地，CMOS相机6的光轴与预定光源发出的光束L同轴，当透射光斑A的面积Si具有极大值时，预定光源发出的光束L与弧面孔41切平面垂直，从而CMOS相机6的光轴与弧面孔41切平面垂直。
如图4所示，用于实施上述的判断相机光轴与弧面孔切平面垂直的方法S100的弧面孔切平面垂直验证平台100，包括检测基座8、光源安装台1、预定光源2、图形获取单元以及预定图形分析芯片10。
检测基座8为防振基座，其上端面具有用于安装弧面件4的调节治具3。
调节治具3具有空间三个移动自由度和一个旋转自由度，从而调节治具3能够调节弧面件4在空间三个维度方向上进行移动及朝向预定光源2进行转动，在本实施例中，移动自由度的移动精度为25μm，旋转自由度的旋转精度为0.01°。
预定光源2位于检测基座8的一侧，在本实施例中，预定光源2固定在光源安装台1上，光源安装台1为防振安装台，预定光源2为平行光源，其色温为6500K，调焦范围为9mm。
图形获取单元位于检测基座8的另一侧，图形获取单元包括预定安装台7及设置在预定安装台上的预定成像屏幕5和CMOS相机6。
预定安装台7为防振安装台，具有可移动设置的移动板9，移动板9用于朝向或者背向预定成像屏幕5进行移动。
CMOS相机6安装在移动板9上，CMOS相机6用于采集透射光斑A的实景图像并转换为包含透射光斑A的实景信息的光斑实景信号，其光轴与预定光源发出的光束的光路L同轴,在本实施例中，CMOS相机6的镜头采用远心镜头，其物方工作距离96mm，CMOS相机6的图像分辨率为1600pixel*1200pixel,其感光芯片的尺寸为1/2.5’,芯片像元大小为2.8μm*2.8μm，每秒可采集12帧实景图像。
预定成像屏幕5位于CMOS相机6与检测基座8之间，且预定光源发出的光束的光路L与预定成像屏幕5垂直。
预定图形分析芯片10与CMOS相机6信号连接，预定图形分析芯片10用于根据CMOS相机发出的光斑实景信号得到透射光斑A的面积信息。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围，本领域普通技术人员在所附权利要求范围内不需要创造性劳动就能做出的各种变形或修改仍属本专利的保护范围。

Claims (5)

1.判断相机光轴与弧面孔切平面垂直的方法，所述弧面孔为弧面件表面的弧面通孔，所述弧面孔切平面为过所述弧面孔的理论弧面轮廓的中轴的切平面，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：将所述弧面件固定于初始空间位置，并在所述弧面件的两侧对应设置预定光源和预定成像屏幕，所述预定光源通过所述弧面孔在所述预定成像屏幕上形成对应的透射光斑；
步骤S2：相对所述初始空间位置朝向所述预定光源转动所述弧面件，并将该转动过程作为偏转过程，通过所述相机获取该偏转过程中所述弧面件的多个弧面件偏转角θi和与所述弧面孔对应的多个透射光斑的面积Si，所述相机的光轴与所述预定光源发出的光束同轴；
步骤S3：当所述透射光斑的面积Si具有极大值时，相机光轴与弧面孔切平面垂直，
其中，所述预定成像屏幕的材质为半透明且与所述预定光源发出的光束的颜色不同，
所述相机为设置在所述预定成像屏幕远离所述预定光源的一侧的CMOS相机，该CMOS相机用于采集所述透射光斑的信息。
2.根据权利要求1所述的判断相机光轴与弧面孔切平面垂直的方法，其特征在于：
其中，所述CMOS相机向预定图形分析芯片传送包含所述透射光斑的实景信息的光斑实景信号，
所述预定图形分析芯片基于直方图二分法和最小二乘法对所述光斑实景信号拟合计算，从而得到所述透射光斑的面积信息。
3.根据权利要求1所述的判断相机光轴与弧面孔切平面垂直的方法，其特征在于：
其中，所述预定光源为平行光源，所述CMOS相机具有远光镜头。
4.用于实施权利要求1-3任意一项所述的判断相机光轴与弧面孔切平面垂直的方法的弧面孔切平面垂直验证平台，其特征在于，包括：
检测基座，具有用于安装所述弧面件的调节治具；
预定光源，位于所述检测基座的一侧；
图形获取单元，位于所述检测基座的另一侧，所述图形获取单元包括预定安装台及设置在该预定安装台上的预定成像屏幕和CMOS相机；以及
预定图形分析芯片，与所述CMOS相机信号连接，
其中，所述预定光源发出的光束的光路与所述CMOS相机的光轴同轴；
所述预定成像屏幕位于所述CMOS相机与所述检测基座之间，且预定光源发出的光束的光路与所述预定成像屏幕垂直，
所述调节治具具有空间三个移动自由度和一个旋转自由度，从而所述调节治具能够调节所述弧面件在空间三个维度方向上进行移动及朝向所述预定光源进行转动。
5.根据权利要求4所述的弧面孔切平面垂直验证平台，其特征在于：
其中，所述预定安装台具有可移动设置的移动板，该移动板用于承载所述CMOS相机朝向或者背向所述预定成像屏幕进行移动。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09162268A (ja) * 1995-12-05 1997-06-20 Dainippon Screen Mfg Co Ltd センサ取付角調整治具および基板位置検出装置のセンサ取付角調整方法
CN101272184A (zh) * 2008-04-17 2008-09-24 深圳市世纪人无线通讯设备有限公司 一种光学***的光束校准方法及装置
CN101394965A (zh) * 2006-10-10 2009-03-25 东京毅力科创株式会社 激光发射装置的位置调整方法
CN102494639A (zh) * 2011-10-18 2012-06-13 北京理工大学 基于全自动套孔法激光发散角的测量装置及测量方法
CN105258710A (zh) * 2015-09-12 2016-01-20 长春理工大学 一种高精度相机主点标定方法
CN107702793A (zh) * 2017-10-31 2018-02-16 深圳前海百炼光特种照明有限公司 一种光斑光分布的测试***和测试方法
CN107968938A (zh) * 2011-12-28 2018-04-27 高原 一种方向矫正装置、投影发射装置及投影图像的矫正方法
CN111421001A (zh) * 2019-01-10 2020-07-17 宝山钢铁股份有限公司 一种高速线材轧机在线精确对中***及其对中方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6844582B2 (ja) * 2018-04-27 2021-03-17 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 ビス締め装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09162268A (ja) * 1995-12-05 1997-06-20 Dainippon Screen Mfg Co Ltd センサ取付角調整治具および基板位置検出装置のセンサ取付角調整方法
CN101394965A (zh) * 2006-10-10 2009-03-25 东京毅力科创株式会社 激光发射装置的位置调整方法
CN101272184A (zh) * 2008-04-17 2008-09-24 深圳市世纪人无线通讯设备有限公司 一种光学***的光束校准方法及装置
CN102494639A (zh) * 2011-10-18 2012-06-13 北京理工大学 基于全自动套孔法激光发散角的测量装置及测量方法
CN107968938A (zh) * 2011-12-28 2018-04-27 高原 一种方向矫正装置、投影发射装置及投影图像的矫正方法
CN105258710A (zh) * 2015-09-12 2016-01-20 长春理工大学 一种高精度相机主点标定方法
CN107702793A (zh) * 2017-10-31 2018-02-16 深圳前海百炼光特种照明有限公司 一种光斑光分布的测试***和测试方法
CN111421001A (zh) * 2019-01-10 2020-07-17 宝山钢铁股份有限公司 一种高速线材轧机在线精确对中***及其对中方法

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