CN211042092U - 一种小孔内外壁视觉测量***的标定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种小孔内外壁视觉测量***的标定装置，其中，标定装置以被检测工件样件作为标定件；被检测工件样件在设定位置设有三个直径相等的贯通圆孔，三个所述贯通圆孔之间的连线构成直角三角形；构成直角三角形其中一条直角边的两个贯通圆孔位于同一条母线上，用于确定y轴方向上的像素尺寸的标样；构成直角三角形另一条直角边的两个贯通圆孔位于同一个周向上，用于标定x轴方向上的像素尺寸的标样。本实用新型能够实现内壁和外壁的同时标定以及周向和轴向的同时标定，并在***现有的平台上直接进行，具有结构简单，标定效果好的特点。

Description

一种小孔内外壁视觉测量***的标定装置

技术领域

本实用新型涉及测量标定技术领域，具体地，涉及一种小孔内外壁视觉测量***的标定装置。

背景技术

通过视觉测量***采集到工件的内外壁的各部分的视觉图像，在经过数字图像技术处理后，呈现出内外壁的完整展开数字图像。数字图像的基本单位是像素，因此要想知道被测量工件的实际尺寸以及缺陷的大小和相对位置信息，就必须明确像素和实际物理尺寸之间的对应系数，即确定每个像素所代表的具体物理尺寸。在机器视觉检测中，标定是非常重要的一个环节，是图像测量的前提和基础。

目前，视觉测量***像素当量标定最常见的方法就是采用标定板或者标准件法，即比较已知特征的标定物的精确物理尺寸和对应的相机中的图像像素尺寸，进行得到该物距下的像素当量(参见王国珲,钱克矛.线阵相机标定方法综述[J/OL].光学学:1-24[2019-12-04].http://kns.cnki.net/kcms/detai l/31.1252.O4.20191126.1528.014.html.)。

例如，经过检索发现：

毕超等人在《基于视觉测量的回转轴线标定方法研究中》就是选用的定制的长方体标定块进行标定，这种方法还需要对标定块的方位进行机械调整，自动化水平较低(参见毕超,郝雪,刘孟晨,房建国.基于视觉测量的回转轴线标定方法研究[J/OL].红外与激光工程:1-9[2019-12-04].http://kns.cnki.net/kcms/detail/12.1261.tn.20191021.1456.002.html.)。

厦门大学的陈阳光等人基于HALCON进行机器人视觉标定，基于Halcon软件标定功能的自带标定板具有标定点容易提取、标定精度高、方向唯一等特点，该标定板为等边矩形框，方框内排列7行7列的大小一致的黑色圆形靶标，其每个圆心皆可作为标定点，所有的黑色圆靶等间距排列，排列的方式简单，圆靶的圆心坐标易于提取，相机的标定算法简单，测量精度高，但是由于小孔内径很小，视觉测量***的45度反射镜能够测量的视野范围也很小，如何在内壁进行标定点的标记并且将所需的所有标定点全部成像在有效的视野范围内是个难题(参见陈阳光,王磊.基于HALCON的机器人视觉标定[J].光学仪器,2016,38(04):320-324.)。

郝永平等人在论文《面向视觉测量的像素当量标定方法》中集合常用的像素当量标定方法，设计了一种新型的像素当量标定物，标定物由两个等径的黑色实心圆组成，圆心距的精确物理尺寸为D，圆心距像素距为d，采用质量较好的相纸按1：1的比例打印标定物，将其粘贴在硬而薄的板上，从而确保较高的平面度，通过标定实际尺寸与像素数的系数进而对测量***进行标定，与传统像素当量标定物相比，此标定物无需精密的标定辅助设备即可获取所需的像素当量标定参数，并且制作成本低廉、无方向标记要求、使用过程操作简便、抗干扰能力强，但这种方法的精度和测量重复性不够高，而且两个圆之间的连线只能够进行一个方向上的标定，若要对工件的内表面、外表面以及各面上的不同方向进行标定，则需要重复操作多次(参见郝永平,王永杰,张嘉易,刘周林.面向视觉测量的像素当量标定方法[J].纳米技术与精密工程,2014,12(05):373-380.)。

目前没有发现同本实用新型类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

实用新型内容

本实用新型针对现有的标定方法和检测***的特殊性，提供了一种可行的小孔内外壁视觉测量***的标定装置。该标定装置以工件样件为标定件，在样件上打三个贯穿孔作为标定孔标记实际尺寸。该标定装置结构简单，通过将标定装置放置于现有的测量平台上，能够对实际工件的测量进行标定，不仅解决了在小口径孔件内表面进行标记的难题，还能够实现周向与轴向的同时标定以及内壁与外壁的同时标定，通过定位三个标定孔的位置，可以确定内外壁测量展开图像的对应位置关系，实现精准定位。

本实用新型是通过以下技术方案实现的。

一种小孔内外壁视觉测量***的标定装置，所述标定装置包括一个或多个标定件，其中每一个标定件均采用被检测工件样件作为基础件，并在所述被检测工件样件上的设定位置设置三个直径相等的贯通圆孔，三个所述贯通圆孔之间的连线构成直角三角形；其中：

构成直角三角形其中一条直角边的两个贯通圆孔位于同一条母线上，用于确定y轴方向上的像素尺寸的标样；

构成直角三角形另一条直角边的两个贯通圆孔位于同一个周向上，用于标定x轴方向上的像素尺寸的标样。

优选地，三个所述贯通圆孔均处于视觉测量***的测量视野内。

优选地，构成直角边的两组贯通圆孔之间圆心距相等。

优选地，所述三个贯通圆孔的直径为：200-300微米。

优选地，所述构成直角边的两组贯通圆孔之间圆心距为：300-500微米。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型提出的小孔内外壁视觉测量***的标定装置，其中，所述标定装置以被检测工件样件作为标定件，在被检测工件样件上打三个贯穿圆孔作为标定孔标记实际尺寸，贯穿圆孔的设计，不仅解决了如何在小口径微深孔件内表面进行标记的难题，还能够实现内壁与外壁的同时标定，通过定位三个标定孔的位置，可以确定内外壁测量展开图像的对应位置关系，三个圆孔之间两两组合，便可同时对小孔表面周向与轴向进行标定。所述标定装置结构简单，使用操作简单高效，更加适合于视野相对小的测量条件下的标定，精度和测量重复性较高。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型一实施例中所提供的小孔径工件结构示意图；

图2为本实用新型一实施例中所提供的小孔内外壁视觉测量***结构示意图；

图3为本实用新型一实施例中所提供的工件内壁测量原理图；

图4为本实用新型一实施例中所提供的工件外壁测量原理图；

图5为本实用新型一实施例中所提供的工件标定示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明：本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型实施例提供了一种小孔内外壁视觉测量***的标定装置，所述标定装置以被检测工件样件作为标定件；所述被检测工件样件在设定位置设有三个直径相等的贯通圆孔，三个所述贯通圆孔之间的连线构成直角三角形；其中：

构成直角三角形其中一条直角边的两个贯通圆孔位于同一条母线上，用于确定y轴方向上的像素尺寸的标样；

构成直角三角形另一条直角边的两个贯通圆孔位于同一个周向上，用于标定x轴方向上的像素尺寸的标样。

具体地：

标定装置的制备流程主要分为三个步骤：

1)设计和制作被检测工件样件作为标定件；

2)对标定件进行校准；该校准的过程是采用现有技术，对标定件进行预先校准，为本领域的常用技术手段，此处不再赘述。

3)通过校准过的标定件对视觉测量***进行标定。

首先，进行标定件的设计和加工，在被检测工件样件的设定位置(例如中间细颈部位置)打3个直径相等的贯通圆孔，其中上下2孔在同一条母线上，用于确定y轴方向上的像元尺寸的标样，左右2孔在同一个周向上，用于标定x轴方向上的像元尺寸的标样。

因为基于反射镜的内壁检测方法通过45°平面反射镜，视场比较小。因此在制作标定件时需要考虑有效成像面积，在测量圆的像素距离(像素数量)时保证3个孔都需要处于视觉测量***的视野内。

本实用新型实施例所提供的标定装置，其工作原理为：

通过建立圆孔圆心距之间的精确物理尺寸和像素数量的比例关系，完成视觉测量***对工件的标定。这样标定就可以在现有的视觉测量***平台上直接进行，这种标定装置结构简单，标定效果好，作为标定件用于视觉测量***中，不仅能够用于确定视觉测量***像素和尺寸之间的转换系数，并且还可以确定工件的母线，为后续图像的截取和拼接提供了基础。

下面结合附图以及具体应用，对本实用新型上述实施例所提供的技术方案进一步详细描述。

本实用新型实施例所提供的标定装置及标定方法，可以应用于现有的视觉测量***平台上直接进行工件标定。

如图2所示，现有的视觉测量***平台包括：面阵CCD摄像机、远心镜头、环形光源、球形反射镜、旋转平台以及计算机；将远心镜头与CCD摄像机前段镜头装配起来，并与环形光源、被检测工件按照从上到下的顺序，依次固定在光学支架上，并调节光学支架位置，使镜头轴心与被检测工件轴心在同一竖直轴线上，将球形反射镜放置并固定于反射镜支架上，并将反射镜支架水平固定于旋转平台上，实现球形反射镜所在空间位置的精密调节，调节旋转平台的高度，使球形反射镜从被检测工件的底部深入工件孔内部，并调整旋转平台，使球形反射镜的中心位于被测工件竖直轴心上，将CCD摄像机通过千兆网线与计算机相连。(具体结构可参见公开号为CN 103575748 A的中国发明专利申请《微小孔径工件内壁的光学检测***》)。

如图1所示，即为被检测工件，其中被检测工件的小孔内壁测量采用的光学原理如图3所示，被检测工件的外壁测量原理如图4所示。

首先，进行标定件的设计和加工，在被检测工件样件的中间细颈部位置打3个直径相等的贯通圆孔，如图5所示。其中上下2孔在同一条母线上，用于确定y轴方向上的像元尺寸的标样，左右2孔在同一个周向上，用于标定x轴方向上的像元尺寸的标样。

因为基于反射镜的内壁检测方法通过45°平面反射镜，视场比较小。因此在制作标定件时需要考虑有效成像面积，在测量圆的像素距离时保证3个孔都需要处于视觉***的视野内。

所述标定装置的工作过程及工作原理为：

标定件的标定通过视觉测量***来完成。所需要标定的参数包括：垂直两孔的圆心距A、下面圆孔到工件底面的距离B、水平两孔的圆心距C、竖直方向两孔圆心连线与工件母线的夹角α、圆周方向两孔圆心连线与工件母线的夹角β。

将工件通过夹具水平放置在视觉测量***的旋转平台上，并通过两轴旋转装置调整，使标定工件的轴线与水平面平行，并且使3个贯穿孔正对CCD相机，调节CCD相机的光学测头的位置，直至圆孔的图像出现在屏幕的中心。

在每一个贯通圆孔边缘至少选取3个点(优选地，可以选取10个以上的点)，形成包络圆，通过最小二乘法求得圆心。

计算出贯通圆孔圆心的坐标，对应的圆心距也就可以求解出来。

视觉测量***在作图像处理的时候，需要以工件的母线为基准，截取矩形区域作图像拼接，确保得到的图像是在一个高度范围内外壁展开矩形图像。如果截取的矩形区域没有与母线平行，那么在图像配准和融合的过程中，图像拼接就会发生偏移，影响视觉检测的效果。因此在标定件标定时需要确定竖直方向两孔圆心连线与工件母线的夹角，在标定***的时候就可以依据这条连线以及校准的角度来确定工件母线的方向。工件的母线是平行于工件轴线而垂直于底面的直线，以工件底面为基准面，然后做垂线即可得到母线的方向。视觉测量***的接触式测量不受工件表面的曲率影响，配合计算机，可以快速准确地测量出物体的基本几何形状，具有较高的准确性和可靠性。最终可以通过接触式测头逐点进出的方式构造工件底部的基准面，从而确定工件母线的方向。

在每次视觉测量***运行前都需要对像素当量进行标定，以建立当前条件下相机图像像素和工件实际尺寸之间的对应关系。***像素当量的标定通过实验标定的方法来完成。

***的标定分为以下几个步骤：

1.打开***将标定工件放在实测对象的平台上；

2.调整焦距、反射镜姿态和光源亮度使***清晰成像；

3.手动转动旋转平台，使3个圆孔出现在成像区域；

4.通过***软件计算出小孔圆心之间所占的像素数量；

5.根据预先校正的小孔圆心连线与母线的夹角，标记工件母线的方向。其中，校正的方法采用现有技术，为本领域的常用技术手段，此处不再赘述。

6.根据标定的实际尺寸与像素，计算出像素当量。

假设圆心距为长度A，其对应的像素数为N，则每个像素对应的实际物理尺寸为

用测得的实际像素尺寸乘以这个标定系数即可以得到需要的实际尺寸。

本实用新型上述实施例提供的一种小孔内外壁视觉测量***的标定装置，涉及一种微小尺寸孔径工件的内外壁视觉测量***的标定技术。通过在被检测工件的样件上制作三个连线呈直角形的贯穿孔，就能够通过现有的视觉测量***建立圆孔圆心距之间的精确物理尺寸和像素距离的比例关系，完成对***的标定，实现内壁和外壁的同时标定以及周向和轴向的同时标定。这种标定装置可以在***现有的平台上直接进行，具有结构简单、标定效果好的特点。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims (5)

1.一种小孔内外壁视觉测量***的标定装置，其特征在于，包括一个或多个标定件，其中每一个标定件均采用被检测工件样件作为基础件，并在所述被检测工件样件上的设定位置设置三个直径相等的贯通圆孔，三个所述贯通圆孔之间的连线构成直角三角形；其中：

构成直角三角形其中一条直角边的两个贯通圆孔位于同一条母线上；

构成直角三角形另一条直角边的两个贯通圆孔位于同一个周向上。

2.根据权利要求1所述的小孔内外壁视觉测量***的标定装置，其特征在于，工作状态下，三个所述贯通圆孔均位于视觉测量***的测量视野内。

3.根据权利要求1所述的小孔内外壁视觉测量***的标定装置，其特征在于，构成直角边的两组贯通圆孔之间圆心距相等。

4.根据权利要求1所述的小孔内外壁视觉测量***的标定装置，其特征在于，所述三个贯通圆孔的直径为：200-300微米。

5.根据权利要求3所述的小孔内外壁视觉测量***的标定装置，其特征在于，所述构成直角边的两组贯通圆孔之间圆心距为：300-500微米。

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