CN216118852U - 一种柱面视觉目标的获取设备及其线扫机构的标定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种柱面视觉目标的获取设备及其线扫机构的标定装置，用于对工件的柱面进行视觉采集的线扫机构进行标定，该线扫机构具有底座、承载工件的承载平台、驱动工件转动的转动驱动机构以及线扫相机，其特征在于，包括：角度调整机构，设置在底座与承载平台之间，用于对承载平台的相机芯片平面角度进行调整；倾角调整机构，设置在底座与承载平台之间，用于对承载平台与相机芯片平面之间的夹角进行调整；控制单元，与线扫相机通信连接，用于接收并分析线扫相机采集到的图像，控制单元还用于控制角度调整机构以及倾角调整机构进行角度调整，控制转动驱动机构的转速；以及标定柱，标定柱上有与轴线平行的第一标定线、第二标定线以及标定圆。

Description

一种柱面视觉目标的获取设备及其线扫机构的标定装置

技术领域

本实用新型属于机器视觉领域，涉及一种柱面视觉目标的获取设备及其线扫机构的标定装置。

背景技术

线扫相机能够捕获匀速移动物体的高分辨率图像，适用于高速或高分辨率图像的采集，同时适用在工业中进行轴承等曲面的高精度检测和圆柱状产品表面的花印检测与测量。

由于机械安装等原因，使线扫相机很难平行于待测工件的柱面，从而导致采集到的图像变形，最终很难得到可以用于测量或者缺陷检测的图片。现有方法是通过机械限位等手段保障线扫相机与测量柱面保持平行且设定合适的速度得到不变形的图片，然而依旧存在以下问题：一是保证最终线扫机构平行的加工难度非常大，成本不易把控；二是安装要求非常高，一个小零件安装不平行很可能导致线扫相机无法正常使用；三是人为设定待测物体的运行速度或者线扫相机的行频参数需要多次采集多次调整，耗时长、效率低而且精度没保障。

实用新型内容

为解决上述问题，提供一种保障线扫机构能够与待测工件的柱面保持平行的成本可控、避免图像变形的标定装置，本实用新型采用了如下技术方案：

本实用新型提供了一种针对柱面视觉目标的线扫机构的标定装置，用于对工件的柱面进行视觉采集的线扫机构进行标定，该线扫机构具有底座、承载工件的承载平台、驱动工件转动的转动驱动机构以及线扫相机，其特征在于，包括：角度调整机构，设置在底座与承载平台之间，用于对承载平台的相机芯片平面角度进行调整；倾角调整机构，设置在底座与承载平台之间，用于对承载平台与相机芯片平面之间的夹角进行调整；控制单元，与线扫相机通信连接，用于接收并分析线扫相机采集到的图像，控制单元还用于控制角度调整机构以及倾角调整机构进行角度调整，控制转动驱动机构的转速；以及标定柱，用于对线扫机构进行标定，其中，标定柱的柱面上设置有与轴线平行的第一标定线、多根与第一标定线垂直的第二标定线以及标定圆。

本实用新型提供的一种针对柱面视觉目标的线扫机构的标定装置，还可以具有这样的技术特征，其中，倾角调整机构包括调整板、第一转轴以及第一电机，第一电机驱动调整板通过第一转轴相对于底座进行摆动从而改变相对于底座的倾斜角度，角度调整机构包括第二转轴以及第二电机，第二电机驱动调整板通过第二转轴改变角度。

本实用新型还提供了一种柱面视觉目标的获取设备，用于对工件的柱面图像进行采集，其特征在于，包括：标定装置；以及线扫机构，该线扫机构包括底座、承载工件的承载平台、驱动工件转动的转动驱动机构以及线扫相机，承载平台设置在底座上，转动驱动机构设置在承载平台上，线扫相机用于采集工件的柱面图像，标定装置由上述针对柱面视觉目标的线扫机构的标定装置组成。

本实用新型提供的一种柱面视觉目标的获取设备，还可以具有这样的技术特征，其中，转动驱动机构包括电机和并排设置在承载平台上的若干个滚筒，电机用于驱动滚筒转动。

本实用新型提供的一种柱面视觉目标的获取设备，还可以具有这样的技术特征，其中，线扫机构还包括光源，该光源用于对标定柱进行外部补光。

实用新型作用与效果

根据本实用新型的柱面视觉目标的获取设备及其线扫机构的标定装置，由角度调整机构、倾角调整机构、控制单元以及标定柱组成，用于对工件的柱面进行视觉采集的线扫机构进行标定。该标定柱上有第一标定线、第二标定线以及标定圆，在线扫相机对该标定柱的柱面进行采集时，根据采集到的柱面图像中的与标定柱的标定线以及标定圆对应的标定图形的显示情况，由控制单元控制角度调整机构、倾角调整机构以及线扫机构中的转动驱动机构分别对承载平台的相机芯片平面角度、承载平台与相机芯片平面的夹角以及转动驱动机构的转速来完成对线扫机构的标定，以此获得完整、清晰且无形变的柱面图像。

上述针对柱面视觉目标的线扫机构的标定装置，使得待测工件在线扫机构工作过程中仍能够与线扫相机保持在一个相对平行的状态，达到线扫相机能清晰且完全采集到待测工件的柱面的图像效果，还解决了因转速形成的相对运动与线扫相机采集速率不完全匹配而导致的图像形变问题，避免了对线扫机构进行人工调参时出现的高耗低效、无法保障精度等现象。

附图说明

图1是本实用新型实施例中一种柱面视觉目标的获取设备的示意图；

图2是本实用新型实施例中的标定装置中的标定柱示意图；

图3是本实用新型实施例中的标定柱的展开示意图；

图4是本实用新型实施例中的标定装置的部分示意图；

图5是本实用新型实施例中针对柱面视觉目标的线扫机构的标定装置的工作流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本实用新型的一种柱面视觉目标的获取设备及其线扫机构的标定装置作具体阐述。

<实施例>

图1是本实用新型实施例中一种柱面视觉目标的获取设备的示意图。

如图1所示，获取设备100包括线扫机构、标定装置以及光源 20。

线扫机构具有底座15、设置在底座15上用于承载工件的承载平台11、驱动工件在承载平台11上转动的转动驱动机构以及线扫相机 12。

转动驱动机构包括电机(图中未示出)和并排设置在承载平台 11上的滚筒131、滚筒132，电机能够驱动滚筒转动，使得工件放在滚筒131以及滚筒132上时能够随着滚筒的转速进行匀速转动以配合线扫相机12的图像采集。

标定装置具有标定柱14、角度调整机构16、倾角调整机构17以及控制单元(图中未示出)。

图2是本实用新型实施例中的标定装置中的标定柱示意图，图3 是本实用新型实施例中的标定柱的展开示意图。

如图2及图3所示，标定柱14的柱面上设置有与轴线平行的第一标定线141、10根与第一标定线垂直的第二标定线142以及标定圆 143。

图4是本实用新型实施例中的标定装置的部分示意图。

如图4所示，倾角调整机构17包括调整板171、第一转轴172 以及第一电机(图中未示出)。

本实施例中，底座15上设有向上突出的凸起部151，调整板171 通过第一转轴172与凸起部151的顶端相铰接。第一转轴172的长度方向与调整板171以及底座15的平面相平行，使得调整板171与底座15之间形成类似于跷跷板的结构，调整板171能够通过第一转轴172相对于底座15摆动从而改变相对于底座15的倾斜角度。另外，调整板171上靠近第一转轴172的位置设有从动齿轮，第一电机的输出端上设有主动齿轮，从动齿轮与主动齿轮相互啮合使得第一电机能够驱动调整板171改变倾斜角度。

角度调整机构16包括第二转轴161以及第二电机(图中未示出)。第二转轴161的轴心方向与调整板171垂直，承载平台11通过第二转轴161与调整板171转动连接。本实施例中，承载平台11与调整板171大致平行，该承载平台11能够通过第二转轴161相对于调整板171转动从而改变承载平台11与调整板171之间的平面角度。另外，与第一电机类似，承载平台11底面上的第二转轴161位置处设有从动齿轮，第二电机的输出端上设有主动齿轮，该从动齿轮与主动齿轮相互啮合使得第二电机能够驱动调整板171改变角度。

控制单元与线扫相机12通信连接，能够从线扫相机12接收其采集的图像并进行分析；同时，控制单元与转动驱动机构、角度调整机构以及倾角调整机构电连接，能够发出电信号控制这些机构的工作，包括：控制转动驱动机构中的转速(即控制该机构中的电机的输出转速，从而以控制两个滚筒的转速达到控制工件的转速)；控制角度调整机构调整承载平台11的相机芯片平面角度；控制倾角调整机构调整承载平台11与相机芯片平面之间的夹角。

光源20设置在线扫相机12与承载平台11的中间、标定柱14的上方空间中，用于对标定柱14进行外部补光。

图5是本实用新型实施例中针对柱面视觉目标的线扫机构的标定装置的工作流程图。

如图5所示，针对柱面视觉目标的线扫机构的标定装置的工作流程包括以下步骤：

步骤S1，正确安装该标定装置，并将线扫机构、角度调整机构 16、倾角调整机构17以及转动驱动机构的参数设置全部复位，对装置中的硬件模块进行初始化；

步骤S2，启动转动驱动机构驱动滚筒131、滚筒132开始匀速运动，将标定柱14放置在滚筒131及滚筒132上，调整线扫相机12的镜头焦距并对标定柱14的柱面进行图像采集；

步骤S3，根据步骤S2采集得到的图像调整线扫相机12采集时的图像高度，直至采集到的柱面图像包含两条与第一标定线141相对应的第一标定线图形，将该调整后的图像高度设置为图像采集高度；

步骤S4，在图像采集高度下采用线扫相机12对标定柱14进行柱面图像采集，并获得采集得到的柱面图像中的第一标定线图形与线扫相机12的采集线在相机芯片平面上的投影之间的夹角，由控制单元控制角度调整机构16对承载平台11的相机芯片平面角度进行调整，使得第一标定线图形与线扫相机12的采集线在相机芯片平面上的投影相互平行；

步骤S5，采用线扫相机12对标定柱14进行柱面图像采集，基于采集得到的柱面图像中与第二标定线142相对应的第二标定线图形中的第1-5根(参照图4)的线段间距和第5-10根(参照图4)的线段间距的像素位置求解出线扫相机12的采集线在相机芯片平面上的投影与第一标定线图形的垂直夹角，由控制单元控制倾角调整机构 17对承载平台11与相机芯片平面之间的夹角进行调整直至线扫相机12的采集线在相机芯片平面上的投影与第一标定线图形相互平行；

步骤S6，采用线扫相机12对标定柱14进行柱面图像采集，以线扫相机12的采集线在相机芯片平面上的投影为方向，获取采集得到的柱面图像中包含的与标定圆143相对应的标定圆图形，当该标定圆图形显示为椭圆形时，根据该椭圆形的长轴与短轴以及长轴与短轴的倍数，由控制单元控制转动驱动机构调整转速和线扫相机12的行频中的至少一个，直至线扫相机12采集得到的柱面图像中的标定圆图形满足设置精度的圆度误差需求。

在本步骤中，长轴为经过标定圆图形的中心且平行于线扫相机 12的采集线在相机芯片平面上的投影的截距，短轴为经过标定圆图形的中心且垂直于长轴的截距，圆度误差需求根据不同型号的线扫机构所设置的像素、行频以及清晰度等参数精度的不同来具体设定。

在本步骤的调整过程中，仅对转动驱动机构的转速进行调整，该调整为：将转动驱动机构的转速与长短轴之间的倍数相除。在其他实施例中，若转动驱动机构的转速不能调整(例如转动驱动机构中的电机为不可调速的电机)，则可以仅对线扫相机的行频进行调整，该调整为：将线扫相机的行频与长短轴之间的倍数相乘。

本实施例中，在上述标定装置中的线扫相机12对标定柱14进行柱面图像的采集过程中，采用光源20对标定柱14进行外部补光。

上述标定完成后，取下标定柱14，将待测工件放置在承载平台 11上，即可采用线扫相机12对待测工件的柱面进行图像采集，获得清晰、完整且无形变的柱面图像。

实施例作用与效果

根据本实施例提供的针对柱面视觉目标的线扫机构的标定装置，由角度调整机构、倾角调整机构、控制单元以及标定柱组成，用于对工件的柱面进行视觉采集的线扫机构进行标定。

实施例中，标定柱上有第一标定线、第二标定线以及标定圆，在线扫相机对该标定柱的柱面进行采集时，根据采集到的柱面图像中的与标定柱的标定线以及标定圆对应的标定图形的显示情况，由控制单元控制角度调整机构、倾角调整机构以及线扫机构中的转动驱动机构分别对承载平台的相机芯片平面角度、承载平台与相机芯片平面的夹角以及转动驱动机构的转速来完成对线扫机构的标定，以此获得完整、清晰且无形变的柱面图像。

上述针对柱面视觉目标的线扫机构的标定装置，使得待测工件在线扫机构工作过程中仍能够与线扫相机保持在一个相对平行的状态，达到线扫相机能清晰且完全采集到待测工件的柱面的图像效果，还解决了因转速形成的相对运动与线扫相机采集速率不完全匹配而导致的图像形变问题，避免了对线扫机构进行人工调参时出现的高耗低效、无法保障精度等现象。

上述实施例仅用于举例说明本实用新型的具体实施方式，而本实用新型不限于上述实施例的描述范围。

例如，在本实施例中角度调整机构以及倾角调整机构通过电机驱动转轴从而对调整板的角度进行调整，实现承载平台的角度调整。然而，在本实用新型的其他方案中，该角度调整机构以及倾角调整机构还可以是设置在承载平台下方的自动调平***，该调平***由电机连接至承载平台的转轴来实现对承载平台的水平角度以及夹角的调整 (参考文献：何世凤，郝静如，孙江宏，2012，"自动调平平台机构设计及分析,"北京信息科技大学)。

Claims (5)

1.一种针对柱面视觉目标的线扫机构的标定装置，用于对工件的柱面进行视觉采集的线扫机构进行标定，该线扫机构具有底座、承载所述工件的承载平台、驱动所述工件转动的转动驱动机构以及线扫相机，其特征在于，包括：

角度调整机构，设置在所述底座与所述承载平台之间，用于对所述承载平台的相机芯片平面角度进行调整；

倾角调整机构，设置在所述底座与所述承载平台之间，用于对所述承载平台与相机芯片平面之间的夹角进行调整；

控制单元，与所述线扫相机通信连接，用于接收并分析所述线扫相机采集到的图像，

所述控制单元还用于控制所述角度调整机构以及所述倾角调整机构进行角度调整，控制所述转动驱动机构的转速；以及

标定柱，用于对所述线扫机构进行标定，

其中，所述标定柱的柱面上设置有与轴线平行的第一标定线、多根与第一标定线垂直的第二标定线以及标定圆。

2.根据权利要求1所述的一种针对柱面视觉目标的线扫机构的标定装置，其特征在于：

其中，所述倾角调整机构包括调整板、第一转轴以及第一电机，

所述第一电机驱动所述调整板通过所述第一转轴相对于所述底座进行摆动从而改变相对于底座的倾斜角度，

所述角度调整机构包括第二转轴以及第二电机，

所述第二电机驱动所述调整板通过所述第二转轴改变角度。

3.一种柱面视觉目标的获取设备，用于对工件的柱面图像进行采集，其特征在于，包括：

标定装置；以及

线扫机构，

所述线扫机构包括底座、承载所述工件的承载平台、驱动所述工件转动的转动驱动机构以及线扫相机，

所述承载平台设置在所述底座上，

所述转动驱动机构设置在所述承载平台上，

所述线扫相机用于采集所述工件的柱面图像，

所述标定装置由权利要求1至2中任意一项所述的针对柱面视觉目标的线扫机构的标定装置组成。

4.根据权利要求3所述的一种柱面视觉目标的获取设备，其特征在于：

其中，所述转动驱动机构包括电机和并排设置在所述承载平台的若干个滚筒，

所述电机用于驱动所述滚筒转动。

5.根据权利要求3所述的一种柱面视觉目标的获取设备，其特征在于：

其中，所述线扫机构还包括光源，

所述光源用于对所述标定柱进行补光。

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