CN203364775U - 定向管平行度测量平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种定向管平行度测量平台，包括照明***、测量辅助装置、图像采集***、光路***、通信***及图形工作站；所述照明***包括光源及照明控制模块；所述测量辅助装置包括辅助标定装置及位于定向管两端的坐标变换基准装置；所述图像采集***包括对所述定向管进行拍摄的摄像头及接收所述图形工作站指令以控制所述摄像头拍摄的触发控制模块。与现有技术相比，本实用新型定向管平行度测量平台利用图像技术来测量定向管，其测量结果精度高，且测量过程十分方便。

Description

定向管平行度测量平台

技术领域

本实用新型涉及一种针对平行多轴零件的平行度的测量技术，尤其涉及一种针对定向管的平行度测量平台。 

背景技术

目前，机械加工领域中，对零部件的平行度测量和检验是一个常见的测量项目，尤其是对于多轴零部件（例如：定向管），平行度具有非常重要的意义，其直接体现了零部件的加工及装配精度。 

以定向管为例，目前常见的平行度测量的方法主要有两大类：瞄靶法和双经纬仪法等。瞄靶法主要有人工瞄靶法以及在此基础上改进的激光准直瞄靶法，此类方法需在炮口正前方数十米处放置靶板，通过对靶板上十字线或光斑的测量间接计算定向管间的平行度，测量过程中引入误差的环节较多，故测量精度较低。双经纬仪法用插在定向管两端带传感器的心轴的圆心连线作为定向管的轴线，所以定向管端部的尺寸精度、形状精度以及心轴制造的同轴度误差和安装随机误差都会影响测量结果的准确性。另外，对于上述两类方法，一个测量循环只能对一根定向管的轴线参数进行测量，而且测量辅助时间长，测量过程信息化水平和自动化水平低，需多人协同完成，结果受主观影响很大。 

近年来，随着试验的信息化水平正在大幅提升，以上测量方法明显已经滞后，且目前常规的平行度测量工具、测量平台都是基于上述两种测量方法而设计的，因而，也逐渐体现出了滞后和不适用性。 

因此，确有必要提供一种新的平行度测量平台来解决上述问题。 

发明内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种定向管的平行度测量平台，其可有效改善现有技术中存在的测量精度不准，测量过程不方便的问题。 

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案： 

一种定向管平行度测量平台，其特征在于：包括照明***、测量辅助装置、图像采集***、光路***、图形工作站及连接图形工作站与所述各个***的通信***；

所述照明***包括光源及照明控制模块；

所述测量辅助装置包括辅助标定装置及坐标变换基准装置；

所述图像采集***包括对所述定向管进行拍摄的摄像头及接收所述图形工作站指令以控制所述摄像头拍摄的触发控制模块；

所述图形工作站内设有图像输入模块、图像处理模块、图形分析模块及人机交互模块，所述图像输入模块包括图像采集单元及图像存储单元。

作为本技术方案的进一步改进，所述摄像头位于所述定向管的纵向两端，且所述测量平台在所述定向管两端还设有一位于所述摄像头视场范围内的铅垂线。   

作为本技术方案的进一步改进，所述测量平台包括一位于所述摄像头下方的工作台，所述工作台支撑于所述定向管下方，所述铅垂线垂直于所述工作台。

作为本技术方案的进一步改进，所述人机交互模块包括通信与控制单元及***标定单元；所述通信***包括负责指令和数据交互的数据转换模块和数据传输模块。 

作为本技术方案的进一步改进，所述光路***包括光路控制模块、镜头及焦距控制模块。 

与现有技术相比，本实用新型定向管平行度测量平台利用图形工作站来测量定向管，其测量结果精度高，且测量过程十分方便。 

【附图说明】 

图1为本实用新型所述的定向管平行度测量平台架构示意图。

图2为本实用新型运用于实际应用中时的具体实施例的示意图。 

图3为本实用新型的图像采集***对定向管两端的拍摄图像。 

【具体实施方式】 

请参阅图1所示，本实用新型提供一种定向管平行度测量平台，其包括照明***、测量辅助装置、图像采集***、光路***、通信***及图形工作站。

所述照明***包括光源及照明控制模块。所述光源用于为拍摄对象（多轴零件）创造强度与色泽的均匀性和一致性都较好的光照条件，以便能后续得到最佳对比的影像品质。正确且适当的运用或摆设实际可行的光源***，除可大幅度提升视觉***的检测成功率之外，同时还可节省***后续工作所必须额外付出的软件以及硬件成本。根据定向管端面的形貌、尺寸和材质特征，在初步试验的基础上，本实用新型最佳实施方式中选用高亮散射型拱形LED灯作为照明***的主光源，该光源采用漫反射拱形设计以及高效反光镀膜对光线进行均匀散射，在拱形腔体中能比其它材料更好地对光进行集中并减少热点，此照明结构可实现较大范围的均匀照射，减少耀斑、影子及镜面反射，从而使定向管端面轮廓特征更加突出。所述照明控制模块的作用是，在不同的环境需求下，跟据工作站经通信***发出的指令随时对光源的发光参数进行调整和控制，使***具有较好的适应性。 

所述测量辅助装置由辅助标定装置及坐标变换基准装置构成，用于为图像测量提供辅助几何信息，以保障测量的精确性。辅助标定装置由若干标准尺寸的靶样组成，用以确定图像上每一像素宽度与对应被测物（定向管）上实际尺寸的映射函数。坐标变换基准装置为两套标准铅垂标线参***，测量时该机构分别安置于定向管的两个端平面，使每幅定向管端面图像拍摄时中均包括铅垂标线。从而，通过两端面图像中铅垂标线的位置将他们的纵向坐标方向进行统一。 

所述图像采集***由摄像头和触发控制模块构成。触发控制模块根据工作站的指令控制摄像头对定向管进行拍摄。面阵图像传感器的像元数目是此部分计算和选用的重点。举例来说，若被测对象的端面尺寸为777mm×891mm，定向管的长度约为3360mm，直线度测量分辨率R=0.25mm，工作距离D=1000～1500mm，取检测视场FOV=1000mm，由此计算： 

所需像元数目为： 

根据上述要求，初步拟选择面阵CMOS图像传感器BIS-28000，该传感器像素分辨率为6080×4560，总像素数2770万，像元中心距ES是8μm，可基本满足上述要求。

所述光路***由光路控制模块、镜头及焦距控制模块构成，用于将被测对象完整、清晰、不失真地投影至摄像头的感光元件上。根据图像反馈的结果，光路***可以在工作站的控制下在一定范围内对成像的焦距和光圈进行控制。镜头焦距、视场角及相对孔径进行计算及选用是光路***设计的关键。根据上述举例中所选的图像传感器，可求得在短边长度方向图像传感器的列阵长度： 

根据所求取的图像传感器短边方向的阵列长度，可进一步算出整个光学***所需的放大倍率：

根据放大率M和工作距离D，可得***焦距：

根据工作距离和视场可进一步估算其半视场角ω

根据相对孔径，视场角和焦距三者之间关系的经验公式：

将上述结果代入，参考

取值范围，从保证成像质量的角度综合考虑，本实用新型最佳实施方式中确定成像***相对孔径为1/3。

所述通信***用来完成图形工作站与各分***之间的指令与数据的交互，主要包括数据转换模块和数据传输模块两个部分。本实用新型最佳实施方式中选用FPGA作为数据转换模块的核心元件，灵活、高效实现工作站通用接与各***或模块间专用接之间硬件接口及数据格式的转换。摄像头到工作站的数据流是本实用新型中最大也是最重要的数据流，单帧图像的数据量均在10M以上，所以数据传输模块拟按照IEEE1394总线要求设计。 

所述图形工作站为本实用新型测量平台的控制核心，该图形工作站通过通信***对其他***进行控制，例如：其可根据测量辅助装置的成像情况对拍摄位置和角度进行自动校正，并能按照相应的参数对光源的照明情况进行自适应调节，在此基础上实现图像自动采集；采集过程中采用对比试验法对拍摄以及布光等参数进行半自动调节，进而进行试验并确定最佳参数组合。 

所述图形工作站内设有图像输入模块、图像处理模块、图形分析模块及人机交互模块。其中，所述图像输入模块包括控制所述摄像头的图像采集单元及存储摄像头拍摄图像的图像存储单元。图像处理模块作为核心部分，负责对图像数据进行运算处理，该图像处理模块中主要包括图形类型转化单元、图像滤波单元、图像分割单元、边缘检测单元及图像细化单元。所述图形分析模块负责对图像进行分析计算，其包括特征参数的提取单元、参数分析计算单元及平行度判定单元。所述人机交互模块包括通信与控制单元、***标定单元。 

实施例1： 

请参阅图2所示，为利用本实用新型测量平台来测量平行度的一种具体实施例，本实用新型包括一位于定向管200下方的工作台10、位于定向管200两端的图像采集***20、以及与所述图像采集***20连接的图形工作站（包括图像处理模块、图形分析模块及人机交互模块）。

所述工作台10上方还悬挂一挂有重锤的铅垂线30，该铅垂线分别位于所述定向管的两端并位于图像采集***20对定向管端面的拍摄视场范围内，且铅垂线30垂直于工作台10。请配合参阅图3所示，所述定向管水平放置于所述工作台10上方，并以一个定向管作为基准管201，以该基准管201的管心作为坐标原点，而以所述铅垂线30作为参考纵坐标。其为图像采集***对定向管两端的拍摄图像，所述定向管两端的端面图像中包含有所述铅垂线。 

综上所述，本实用新型所述的平行度测量平台利用图形工作站的图像测量技术把图像作为信息传递的载体，依据视觉的原理和数字图像处理技术对定向管的成像图像进行分析研究，得到需要测量的信息，目前已成功应用于许多现代工业领域，也可应用于其他领域，可以有效弥补常规测量方法的不足，做到便捷、精准、快速的非接触测量。 

以上所述，仅是本实用新型的最佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，利用上述揭示的方法内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求书保护的范围。 

Claims (5)

1.一种定向管平行度测量平台，其特征在于：包括照明***、测量辅助装置、图像采集***、光路***、图形工作站及连接图形工作站与所述各个***的通信***；

所述照明***包括光源及照明控制模块；

所述测量辅助装置包括辅助标定装置及坐标变换基准装置；

所述图像采集***包括对所述定向管进行拍摄的摄像头及接收所述图形工作站指令以控制所述摄像头拍摄的触发控制模块；

所述图形工作站内设有图像输入模块、图像处理模块、图形分析模块及人机交互模块，所述图像输入模块包括图像采集单元及图像存储单元。

2.根据权利要求1所述的定向管平行度测量平台，其特征在于：所述摄像头位于所述定向管的纵向两端，且所述测量平台在所述定向管两端还设有一位于所述摄像头视场范围内的铅垂线。

3.根据权利要求2所述的定向管平行度测量平台，其特征在于：所述测量平台包括一位于所述摄像头下方的水平工作台，所述工作台支撑于所述定向管下方，所述铅垂线垂直于所述工作台。

4.根据权利要求1所述的定向管平行度测量平台，其特征在于：所述人机交互模块包括通信与控制单元及***标定单元；所述通信***包括负责指令和数据交互的数据转换模块和数据传输模块。

5.根据权利要求4所述的定向管平行度测量平台，其特征在于：所述光路***包括光路控制模块、镜头及焦距控制模块。

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