本專利涉及了一種柱狀物體垂直度的非接觸式測量裝置，主要是針對大型柱狀物體垂直度的檢測。

背景技術(shù)：

柱狀工件在裝配過程中存在的不平行度在兩個方向都可能存在，即水平方向存在不平行度誤差和豎直方向存在不平行度誤差。因此在裝配過程中必須通過一定方式的檢測，以判斷其裝配質(zhì)量是否滿足設(shè)計要求。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、生產(chǎn)速度的提高以及越來越嚴(yán)格的質(zhì)量高要求，傳統(tǒng)的人工檢測方法已經(jīng)無法勝任。本專利采用了非接觸式的檢測方法，利用激光技術(shù)與計算機(jī)視覺相結(jié)合的方法，最終通過圖像處理技術(shù)來檢測柱狀物體的垂直度。在特定的工業(yè)環(huán)境中具有良好的應(yīng)用前景，垂直度的檢測方法簡單、直觀、高效。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服物理接觸式直接測量的不足，本專利提供了一種柱狀物體垂直度的非接觸式測量裝置。該方法能夠以簡單準(zhǔn)確快速的手段檢測物體的垂直度，同時還能直接輸出物體在水平、豎直方向的偏移量。

一種柱狀物體垂直度的非接觸式檢測裝置包括一臺相機(jī)3、第一激光器4-1和第二激光器4-2，其中：

所述的相機(jī)3的視場范圍為60°，圖像分辨率為5K×5K；

所述的第一激光器4-1和第二激光器4-2為半導(dǎo)體激光器；

所述的相機(jī)3放置在被測物體2的正前方向；第一激光器4-1和第二激光器4-2分別放置在被測物體(2)的兩側(cè)，產(chǎn)生兩條長度大于柱狀物體直徑的水平激光線，兩水平激光線豎直相距1m；相機(jī)3將柱狀物體和兩激光線的圖像輸入工控機(jī)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后獲得柱狀物體垂直度。

檢測工件垂直度的方法具體有以下步驟：

步驟一：設(shè)置覆蓋被測柱形物體2的激光線，以激光線作為水平參考系。第一激光器4-1和第二激光器4-2分別發(fā)射第一水平激光線1-1和第二水平激光線1-2，水平激光線作為標(biāo)準(zhǔn)水平參考系，其中兩條激光線間的豎直距離為D；

步驟二：對相機(jī)3拍攝的圖形做邊緣提取，提取出柱狀物體邊沿。邊緣檢測采用邊緣算子進(jìn)行邊緣提取，或者采用灰度閾值分割法進(jìn)行邊緣提取。

在一幅圖像中，邊緣有方向和幅度兩個特性。沿著邊緣走向的灰度變化平穩(wěn)，而垂直于邊緣走向的灰度變化劇烈。一階微分是圖像邊緣和線條檢測的最基本方法?；谝浑A微分的邊緣檢測算子主要有Roberts算子、Sobel算子、Laplacian微分算子等。若f(x,y)表示圖像在點(x,y)處的像素值，則該點的圖像梯度函數(shù)近似為：

g(x,y)＝|f(x+1,y)-f(x,y)|+|f(x,y+1)-f(x,y)|

利用邊緣算子作用與圖像后，得到了用像素點梯度值代替像素灰度的梯度圖像，邊緣點得到了加強(qiáng)，非邊緣點得到了抑制，選取合適的閾值對圖像進(jìn)行二值化，就能得到圖像的邊緣。用f(x,y)表示圖像的灰度，(x,y)表示圖像像素的空間坐標(biāo)，T為閾值，二值化的公式為：

步驟三：計算現(xiàn)實世界中的長度單位與圖像像素之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系；第一水平激光線1-1和第二水平激光線1-2在圖像上的像素距離為d，則換算比例為：

N＝D/d

步驟四：計算柱狀物體的水平方向偏移量：計算柱狀物體頂部與被測物體2的左側(cè)直線2-2和右側(cè)直線2-3的交點A、B到第一水平激光線1-1的圖像距離分別為d1、d2，則水平方向的距離差為

步驟五：計算物體的垂直方向偏移量：找到弧線段的中點C，并計算C到第一水平激光線1-1的圖像距離為d3，則豎直方向的距離差可表示為：

步驟六：電子氣泡輸出偏差結(jié)果。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利的優(yōu)點是：

1、非接觸式測量，應(yīng)用廣泛，不受環(huán)境限制。

2、操作簡單，不需要人工測量。

3、計算簡單直接，參數(shù)可調(diào)。

附圖說明：

圖1為本專利非接觸式柱狀垂直度檢測裝置示意圖。

圖2為本專利激光線示意圖；

圖3為本專利非接觸式柱狀垂直度檢測方法原理圖。

圖4為本專利圖像處理邊緣檢測流程圖。

圖5為本專利輸出檢測結(jié)果的電子氣泡垂直度偏差示意圖。

具體實施方式

針對工業(yè)檢測需求，設(shè)計一套裝置實現(xiàn)對圓柱形金屬件實時的垂直度檢測，指導(dǎo)安裝。檢測需求包括：圓柱形金屬件高度1000～2300mm、圓柱形金屬件直徑350～1200mm、檢測精度0.05°～0.1°。設(shè)計參數(shù)如圖2中D＝800mm、相機(jī)視場范圍θ＝60°、實際工程實現(xiàn)測量精度0.05°，滿足設(shè)計需求。