CN114111571A - 一种异形工件测量的视觉精密检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对异形工件视觉检测装置，由视觉检测装置本体构成；所述视觉检测装置本体包括有光学载台、第一精密回转支承、第一多向视觉测量***、第二精密回转支承和第二多向视觉测量***；所述光学载台两端分别设置第一精密回转支承、第二精密回转支承，所述第一精密回转支承与所述第二精密回转支承之间通过轴向依次连接第一多向视觉测量***和第二多向视觉测量***；所述第一多向视觉测量***和所述第二多向视觉测量***均包括：径向尺寸测量视觉机构、轴向尺寸测量视觉机构和待测回转工件；本发明适用于对在位快速、精密测量的均要求较高的应用场合解决目前针对该种类型工件的在线快速精密测量问题。
Description
技术领域
本发明涉及工业检测技术领域，尤其涉及一种异形工件测量的视觉精密检测装置。
背景技术
工业生产应用中，有一类零件装配后的几何量具有快速精确测量的需求，如轴上零件、旋转锯齿、回转飞轮等，其共同特征是为中心回转装配工件，装配后的回转边缘要素与轴线的径向距离、回转部件之间的轴向距离衡量安装和回转精度的重要指标，也是本专利要解决的几何量测量关键问题。待测件拓扑结构如图1所示，有关测量难点问题描述为：(1)轴向方向的长度有一定延展性，长度不一；(2)径向方向也有一定延展性，直径可大可小；(3)轴上回转件的轴向位置可以固定在轴上的任意位置；(4)轴上回转零件的厚度可薄可厚(5)金属反光表面条纹投影方法会产生局部高光，面型成像完整度受限。
目前行业内采用的非接触解决方式是以影像测量仪为主，但仅可以装配前对单个部件测量，后续装配精度无法实现在线快速测量。因此，具有以上技术特征工件的装配尺寸精度测量共性问题的解决，能够为提升组装质量和应用效果，以及实现工业产线上的快速精密测量、提高检测效率具有重要的意义。
发明内容
本发明就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种异形工件测量的视觉精密检测装置，该装置用于实现较长几何要素的单目视觉测量或多目视觉分布式测量，适用于对在位快速、精密测量的均要求较高的应用场合解决目前针对该种类型工件的在线快速精密测量问题。
为了解决现有技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
有益效果
1、本发明针对装配后的全局尺寸测量问题，设计了视觉传感器分布式测量装置，仅通过对局部待测要素的测量即可关联到测量基准，从而实现全局尺寸的间接测量。
2、本发明能够实现快速、精密三维尺寸测量、回转精度测量，同时相比于采用大光学孔径视觉***、电子变倍***等硬件部件，能够使测量***的成本降低，而且能够实现以上传统方式不易解决的较远成像作用距离下的非共面空间几何量快速精密测量难点问题，本发明特别适用于对在位速度和精度都要求较高的在线测量应用场合，且在实际应用中也取得了很好的效果。
3、本发明中待测回转工件可放置于两端的精密回转支承上，径向尺寸测量相机位于精密回转支承的一侧，回转工件的截面外伸端可在径向尺寸测量相机视场内旋转成像，即可对旋转到视场中的截面外伸端的局部要素特征成像。轴向尺寸测量相机位于精密回转支承的侧上方，可对旋转到视场中的截面外伸端的下视局部特征成像。
4、本发明在位空间多视觉传感器分布测量装置，通过高精度小视场来对较长几何要素局部成像，对于视场以外的工件轴线测量基准进行关联从而实现工件全局尺寸测量；本发明解决了较长回转具有截面外伸端的工件的在位快速高精度测量问题，实际应用中替代了人工线下拆解检测，满足了整件在位快速精密测量需求。
5、本发明为保证测量精度、实现快速测量，径向尺寸测量相机、轴向尺寸测量相机的相机视场较小，仅能看到外伸要素特征的局部特征信息，通过该装置可实现对视场以外的工件轴线测量基准的关联，实现对超过成像视场尺度的快速高精度测量。
附图说明
图1为本发明一种异形工件测量的视觉精密检测装置结构示意图；
图2为本发明一种异形工件测量的视觉精密检测装置中径向、轴向尺寸测量视觉机构结构示意图。
图3为本发明一种异形工件测量的视觉精密检测装置中待测回转工件与两测量相机空间位置关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作出详细说明：
如图1、图2所示，本发明提供一种异形工件测量的视觉精密检测装置，由视觉检测装置本体构成；所述视觉检测装置本体包括有光学载台101、第一精密回转支承201、第一多向视觉测量***301、第二精密回转支承401和第二多向视觉测量***501；所述光学载台101两端分别设置第一精密回转支承201、第二精密回转支承401，所述第一精密回转支承201与所述第二精密回转支承之间401通过轴向依次连接第一多向视觉测量***301和第二多向视觉测量***501；所述第一多向视觉测量***301和所述第二多向视觉测量***501均包括：径向尺寸测量视觉机构351、轴向尺寸测量视觉机构352和待测回转工件353；其中：
所述第一精密回转支承201一端与所述第一多向视觉测量***301的径向尺寸测量视觉机构351相邻；所述第一多向视觉测量***301的轴向尺寸测量视觉机构352与第二多向视觉测量***501的径向尺寸测量视觉机构351相邻；所述第二多向视觉测量***501的轴向尺寸测量视觉机构352与所述第二精密回转支承401一端相邻；
所述待测回转工件353侧向设有所述径向尺寸测量视觉机构351；所述待测回转工件353的截面外伸端可在径向尺寸测量视觉机构351视场内旋转成像，所述待测回转工件353侧上方设有轴向尺寸测量视觉机构352，实现待测回转工件对旋转到视场中的截面外伸端的下视局部特征成像。
所述径向尺寸测量视觉机构351由径向测量相机354、精密角度台355、第一背景照明光源356和光源调节支架357构成；所述径向测量相机354通过精密角度台355与所述光学载101台连接；所述径向尺寸测量相机354与第一背景照明光源356位于待测回转工件轴线353一侧，所述径向尺寸测量相机354与第一背景照明光源356形成的光轴与所述待测回转工件353回转轴线同向，实现对异形工件外伸端末端局部清晰成像；所述第一背景照明光源356通过光源调节支架与所述光学载台101连接。
所述轴向尺寸测量视觉机构352由轴向测量相机358、升降调节支架359和第二背景照明光源360构成；所述轴向测量相机358通过升降调节支架359与所述光学载台101连接，所述轴向尺寸测量相机358与所述第二背景照明光源360位于所述待测回转工件353轴向的同侧，下视测量时，实现异形工件所在轴向方向一端的局部要素区域观测。所述的径向尺寸测量相机354，其光轴方向经调校与待测回转工件353的轴线方向一致；轴向尺寸测量相机358经调校形成垂直下视布局。
所述的第一背景照明光源356和第二背景照明光源360，与径向尺寸测量相机354、轴向尺寸测量相机358分别分布于待测要素的两侧，共光轴线面对面布局以提供背景光照明环境，使得待测要素轮廓清晰成像。
所述的光电同步触发机构361，用于提供单点或多点测量模式下的到位触发信号，用于单点或多点在位触发同步测量的应用场合。所述的光电同步触发机构361可以有两种测量模式，一种是动态连续轨迹测量模式，另一种是单点或多点到位测量模式。光电同步触发机构用于实现其中的单点或多点到位测量同步触发模式下的同步拍照。
所述的第一精密回转支承201、第二精密回转支承401分布于光学载台101的安装面两端，由精密V台组合构成，提供工件的支承和测量基准，可采用高精度大理石材料制成，下置微调升降机构，可随着工件的轴径间的高差进行升降补偿调平。本发明为在位空间多视觉传感器分布测量装置，通过高精度小视场来对较长几何要素局部成像，对于视场以外工件轴线测量基准采用关联基准的方法可以实现工件全局尺寸测量。
所述光学载台101，用于给径向尺寸测量相机354、轴向尺寸测量相机358、第一背景照明光源356、第二背景照明光源360、光电同步触发机构361、第一精密回转支承201和第二精密回转支承401等提供安装和调节基准。所述的光学载台101，采用了表面内嵌导向结构设计，可保证台上关联部件的安装和调整的导向性，从而能够保证视觉成像相机、靶标、光源视觉测量核心部件的成像及照明同轴性，也可适应装配尺度发生变化的工件系列。本发明不仅限于实现在径向和轴向两个方向的视觉测量，可拓展至多个方向待测要素测量的应用场合。
本发明可应用于生产线上的工位测量，也可替代原有人工借助影像测量仪拆解部件分离测量，适用于在位实时高精度测量的应用场合。
本发明利用该类工件回转运动特点，解决装配后对其回转精度进行非接触测量较为困难的问题。待测要素为空间分离的关联尺寸要素，在相机的同一视场对待测要素和基准要素成像，将需要很大的光学孔径和景深，孔径和景深的增大将会导致测量精度下降，因此为实现快速高精度测量，本发明采用相机空间分布式布局，尽量小的光学孔径和景深只覆盖待测要素以提高精度，对于相机看不到的工件轴线基准要素，通过测量传递链的转换方法，将相机的成像视场所在区域与基准所在区域建立关联传递模型，实现在相机分布式局部要素测量下的全局尺寸测量。基于以上关系原理，截面外延尺寸径向测量相机至于长轴的一侧，其视场至覆盖待测工件的边缘要素，由于边缘要素尺度很小，可保证相机端成像视场和景深足够小，以获取较高的局部边缘位置测量精度，从而可以实现回转条件下的边缘要素的径向尺寸测量。轴向排列尺寸测量相机至于长轴件的侧上方，形成垂直下视阵列布局，从上方观测边缘要素的位置，并与另一端尖端轴向测量相机形成空间分布组合，各自观测下视特征位置，通过相机测量区域的坐标关联形成工件的两个外伸端之间的轴向尺寸测量。
本发明在测量异形工件应用：
如图1、图3所示，所述光学载台101位于整个装置下方，提供安装基准、导向基准和定位结构；精密回转支承(201、401)，其结构安装于光学载台两端定位处，下方具有升降微调机构(202、402)，升降微调机构(202、402)用于调整和补偿两端V型支承的高差，使末端待测回转工件353处于水平状态，可在精调后在两端V型台滑动支承中做360度回转运动。径向尺寸测量相机354与背景照明光源356构成一组径向尺寸测量视觉分***装置，该分***装置位于工件回转轴线一侧，光轴与回转轴线同向，能够对工件外伸端末端局部清晰成像。轴向尺寸测量相机358与背景照明光源360构成另一组轴向尺寸测量视觉分***装置，该分***装置与径向尺寸测量视觉分***位于同侧，下视测量布局，用于狭长工件所在轴向方向一端的局部要素区域观测。光电同步触发机构361安装于工件截面外伸端的外接圆以里处，外伸端遮挡要素到达后触发同步拍照，用于对回转截面多点要素脉动循环测量或单点测量。
本发明内部组成部件协同工作，进入***测量模式时，回转工件旋转，到达测量区域时，两组视觉分***测量装置从不同方向同时对区域要素实时监测或触发拍照，根据各自连续测量模式或单点/多点测量模式下的视觉测量模型，可实现局部要素可见下的全局尺寸测量，快速生成径向和轴向尺度测量结果，完成即时工位测量。
如图1所示，光学载台上1采用了导轨导向结构设计，保证台上关联部件的安装和调整的导向性，从而能够保证视觉成像相机、靶标、光源视觉测量核心部件的成像同轴性；另一方面载台导向结构设计也可适应待测工件在径向和轴向上尺寸系列变化的测量需求。所述两个视觉分***(301、501)分别对应了回转工件的径向和轴向两个观测方向，其视场区域重叠交叉(见图3)，共同覆盖待测要素测量区域，可实现双向尺寸要素的同步快速测量。另外，所述测量相机组件和背景光源组件之间，可安装具有轴向微位移调整功能的透射平面靶，实现该装置的在位校准，靶标机构可实现快速安装和用后快速拆解。精密回转支承(201、401)上可安装测量区和基准区立体关联靶标，实现在位坐标转换建立起测量传递链，实现整个装置的快速局部和全局校准。
针对高测量精度需求应用场合，视觉测量分***(301、501)可采用小景深小视场远心镜头、远心平行光源、镜头和光源匹配高分高灵敏度相机。标定校准采用高精度圆斑点阵投射靶和快速高精度标定校准方法，实现成像区域的在位校准以及测量基准的尺度转换。整个装置设计有精密微调环节，可保证基准的一致性。待测回转工件353的旋转方面，可采用皮带轮啮合传动方式实现角度自动调节，满足工位全自动测量需求。以上设计可保证具有该类特征的工件的快速精密在线测量，适用于对测量速度和精度要求均较高的产线测量应用场合。
Claims (9)
1.一种针对异形工件视觉检测装置，由视觉检测装置本体构成；其特征在于：所述视觉检测装置本体包括有光学载台、第一精密回转支承、第一多向视觉测量***、第二精密回转支承和第二多向视觉测量***；所述光学载台两端分别设置第一精密回转支承、第二精密回转支承，所述第一精密回转支承与所述第二精密回转支承之间通过轴向依次连接第一多向视觉测量***和第二多向视觉测量***；其中：所述第一多向视觉测量***和所述第二多向视觉测量***均包括：
径向尺寸测量视觉机构、轴向尺寸测量视觉机构和待测回转工件；所述待测回转工件设置在两端的第一精密回转支承和第二精密回转支承上，所述待测回转工件侧向设有所述径向尺寸测量视觉机构；所述待测回转工件的截面外伸端可在径向尺寸测量视觉机构视场内旋转成像，所述待测回转工件侧上方设有轴向尺寸测量视觉机构，实现待测回转工件对旋转到视场中的截面外伸端的下视局部特征成像。
2.根据权利要求1所述的一种针对异形工件视觉检测装置；其特征在于：所述径向尺寸测量视觉机构由径向测量相机、精密角度台、第一背景照明光源和光源调节支架构成；所述径向测量相机通过精密角度台与所述光学载台连接；所述径向尺寸测量相机与第一背景照明光源位于待测回转工件轴线一侧，所述径向尺寸测量相机与第一背景照明光源形成的光轴与所述待测回转工件回转轴线同向，实现对异形工件外伸端末端局部清晰成像；所述第一背景照明光源通过光源调节支架与所述光学载台连接。
3.根据权利要求2所述的一种针对异形工件视觉检测装置；其特征在于：所述径向测量相机与所述第一背景照明光源之间设置有透射平面靶。
4.根据权利要求1所述的一种针对异形工件视觉检测装置；其特征在于：所述轴向尺寸测量视觉机构由轴向测量相机、升降调节支架和第二背景照明光源构成；所述轴向测量相机通过升降调节支架与所述光学载台连接，所述轴向尺寸测量相机与所述第二背景照明光源位于所述待测回转工件轴向的同侧，下视测量时，实现异形工件所在轴向方向一端的局部要素区域观测。
5.根据权利要求4所述的一种针对异形工件视觉检测装置；其特征在于：所述轴向测量相机与所述第二背景照明光源之间设置有透射平面靶。
6.根据权利要求1所述的一种针对异形工件视觉检测装置，其特征在于：所述第一多向视觉测量***和所述第二多向视觉测量***还均包括：用于提供单点或多点测量模式下的到位触发信号的光电同步触发机构；所述光电同步触发机构设置在异形工件截面外伸端的外接圆以里处，外伸端遮挡要素到达后触发同步拍照，用于对回转截面多点要素脉动循环测量或单点测量。
7.根据权利要求6所述的一种针对异形工件视觉检测装置，其特征在于：所述光电同步触发机构采用两种测量模式：一种是动态连续轨迹测量模式，另一种是单点或多点到位测量模式，实现其中的单点或多点到位测量同步触发模式下的同步拍照。
8.根据权利要求1所述的一种针对异形工件视觉检测装置，其特征在于：所述精密回转支承上设有测量区和基准区立体关联靶标，所述基准区立体关联靶标采用标准轴截面外伸高精度圆斑阵列靶标和快速高精度标定校准方法，实现成像区域的在位校准以及测量基准的尺度转换。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种针对异形工件视觉检测装置，其特征在于：所述的光学载台采用了表面内嵌导向结构。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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