本發(fā)明涉及于非接觸檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種測(cè)量孔、槽的位置與幾何尺寸的機(jī)器視覺系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

各種孔(包括通孔、盲孔、沉頭孔、橢圓孔及其它截面形狀的孔)和各種槽(包括鍵槽、定位槽、裝飾槽等)是金屬或非金屬板件或圓柱面上常見的結(jié)構(gòu)要素，其位置與幾何尺寸的測(cè)量是其生產(chǎn)過程和質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的孔、槽位置與幾何尺寸測(cè)量主要由人工使用游標(biāo)卡尺等接觸式儀器來完成，人工成本高、精度低、速度慢，難于實(shí)現(xiàn)高速在線檢測(cè)。

封維忠等在“林業(yè)科學(xué)”雜志2008年2月刊上發(fā)表的“板材尺寸自動(dòng)檢測(cè)儀的研究”一文中，提出了一種基于線性ccd和計(jì)算機(jī)的木材板材頭尾寬度和長度的自動(dòng)測(cè)量儀，但該儀器不能排除顏色等的干擾，尚未達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的精度。2012年周豐偉等的發(fā)明專利(cn103175497a)“小孔測(cè)量機(jī)構(gòu)”公布了一種基于機(jī)械測(cè)量頭和接觸法測(cè)量小孔內(nèi)經(jīng)和高度的裝置，該裝置屬于手工檢測(cè)技術(shù)。2014年農(nóng)光壹等獲得發(fā)明專利“一種激光光路調(diào)節(jié)小孔測(cè)量板”(cn204346675u)，公布了將調(diào)光小孔和高度刻度線整合為一體、通過激光斑和刻度線由人工測(cè)量小孔高度的儀器。同年，孫艷玲在發(fā)明專利“小孔位置度的測(cè)量方法”(cn104006775a)中公布了一種基于投影坐標(biāo)儀、通過機(jī)械測(cè)頭和光學(xué)測(cè)頭人工測(cè)定小孔位置度的方法。2016年章震華等獲得的發(fā)明專利“板材檢測(cè)法”(cn105674885a)和“多功能板材檢測(cè)裝置”(cn105526869a),提出了基于檢測(cè)平臺(tái)、滑尺和百分表的組合裝置、由人工檢測(cè)板材寬度、長度、厚度、垂直度和平整度的方法。這些方法均屬于接觸式人工測(cè)量，速度和精度比較低。

近年來機(jī)器視覺在很多領(lǐng)域逐漸取代人工檢測(cè)，在生產(chǎn)過程控制和產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。2017年4月，李雪嬌等在“光電技術(shù)應(yīng)用”期刊發(fā)表了“基于機(jī)器視覺的大型零件尺寸測(cè)量技術(shù)”一文，提出了大型零件的多圖像拼接算法和基于邊緣檢測(cè)的零件尺寸算法，但沒有涉及成像技術(shù)，不適用于孔和槽的位置和幾何尺寸的機(jī)器視覺測(cè)量。2017年5月，謝俊等人在“工具技術(shù)”雜志上發(fā)表了“基于機(jī)器視覺的二維尺寸測(cè)量”一文，提出用led光、cmos面陣相機(jī)和計(jì)算機(jī)構(gòu)成機(jī)器視覺系統(tǒng)測(cè)量環(huán)形零件中心孔內(nèi)徑的方法，但該方法只適用于單一的環(huán)形零件，且led照明不能排除顏色、紋理、圖案和表面缺陷等的干擾因素。

迄今為止，相關(guān)的專利和論文均沒有涉及基于線激光成像的孔、槽位置和幾何尺寸檢測(cè)的機(jī)器視覺技術(shù)。由于平板件和圓柱件表面的顏色、紋理、圖案、標(biāo)識(shí)和表面缺陷的干擾，現(xiàn)有基于可見光的機(jī)器視覺技術(shù)獲取的圖像對(duì)比度低、噪音大，孔、槽等幾何要素?zé)o法準(zhǔn)確地分割、識(shí)別和測(cè)量。目前，各種家居板、塑料板、纖維板、金屬板和各種圓柱件上的孔和槽的位置和幾何尺寸測(cè)量仍然停留在手工階段、無法用機(jī)器視覺技術(shù)完成，滿足不了高速在線檢測(cè)和全面檢測(cè)的要求。

因此，對(duì)于上述問題有必要提出一種測(cè)量孔、槽的位置與幾何尺寸的機(jī)器視覺系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種高速度、高精度的測(cè)量孔、槽的位置與幾何尺寸的機(jī)器視覺系統(tǒng)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種測(cè)量孔、槽的位置與幾何尺寸的機(jī)器視覺系統(tǒng)，包括傳送裝置、線激光器、線掃描相機(jī)、激光位移傳感器和計(jì)算機(jī)，所述線激光器、線掃描相機(jī)和激光位移傳感器均通過控制線與計(jì)算機(jī)連接，所述傳送裝置為傳送帶構(gòu)件或傳送滾筒構(gòu)件，所述傳送帶構(gòu)件包括第一轉(zhuǎn)筒、第二轉(zhuǎn)筒和傳送帶，所述傳送帶繞在第一轉(zhuǎn)筒與第二轉(zhuǎn)筒之間，其以穩(wěn)定的速度傳輸被檢件，使被檢測(cè)件以設(shè)定的距離和角度通過線激光和線掃描相機(jī)構(gòu)成的成像區(qū)域。

優(yōu)選地，所述第一轉(zhuǎn)筒和第二轉(zhuǎn)筒均設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過線纜與計(jì)算機(jī)連接。

優(yōu)選地，所述線激光器設(shè)置在傳送帶的左上方，所述線掃描相機(jī)設(shè)置在傳送帶上方。

優(yōu)選地，所述激光位移傳感器設(shè)置在傳送帶的右上方。

優(yōu)選地，所述線激光器可以是一個(gè)或者兩個(gè)以上。

優(yōu)選地，所述線激光器發(fā)射的線激光以設(shè)定的頻率和功率投射到被測(cè)件表面；所述線激光器發(fā)射的線激光的投射扇面與被測(cè)件的運(yùn)動(dòng)方向垂直、并以一定的角度與被檢測(cè)件的表面相交。

優(yōu)選地，所述線掃描相機(jī)的成像扇面垂直于被測(cè)件的傳送方向，且與線激光的投射扇面相交于被檢測(cè)件的表面，并以最佳成像參數(shù)或通過特定波長的濾光片獲得幾何要素清晰的圖像。

優(yōu)選地，所述激光位移傳感器可以是一個(gè)或兩個(gè)以上。

優(yōu)選地，所述計(jì)算機(jī)連接線掃描相機(jī)對(duì)被檢測(cè)件進(jìn)行成像，計(jì)算機(jī)控制線掃描相機(jī)獲取圖像并完成孔、槽位置和平面幾何尺寸的自動(dòng)測(cè)量，同時(shí)驅(qū)動(dòng)激光位移傳感器對(duì)準(zhǔn)孔或槽的中心，并通過多線程并行算法高速度、高精度地計(jì)算孔和槽的位置與各種幾何尺寸。

優(yōu)選地，所述被測(cè)件放置在傳送帶構(gòu)件或傳動(dòng)滾筒上。

本發(fā)明有益效果：線激光成像技術(shù)排除了被測(cè)件表面顏色、紋理、圖案、標(biāo)識(shí)符和表面缺陷等的干擾，獲取的圖像幾何要素清晰、突出，便于識(shí)別；計(jì)算機(jī)在算出孔、槽位置的基礎(chǔ)上驅(qū)動(dòng)激光位移傳感器自動(dòng)測(cè)量孔、槽深度。本專利利用激光和計(jì)算機(jī)技術(shù)非接觸地完成測(cè)量，其精度可達(dá)0.1mm，速度可達(dá)1.5米/秒。

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明第二種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。

如圖1并結(jié)合圖2所示，一種測(cè)量孔、槽的位置與幾何尺寸的機(jī)器視覺系統(tǒng)，包括傳送裝置1、線激光器2、線掃描相機(jī)3、激光位移傳感器4和計(jì)算機(jī)5，所述線激光器2、線掃描相機(jī)3和激光位移傳感器4均通過控制線與計(jì)算機(jī)5連接，所述傳送裝置為傳送帶構(gòu)件或傳送滾筒構(gòu)件，所述傳送帶構(gòu)件包括第一轉(zhuǎn)筒、第二轉(zhuǎn)筒和傳送帶，所述傳送帶繞在第一轉(zhuǎn)筒與第二轉(zhuǎn)筒之間。

進(jìn)一步的，所述第一轉(zhuǎn)筒和第二轉(zhuǎn)筒均設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過線纜與計(jì)算機(jī)5連接，所述線激光器2設(shè)置在傳送帶的左上方，所述線掃描相機(jī)3設(shè)置在傳送帶上方。

進(jìn)一步的，所述激光位移傳感器4設(shè)置在傳送帶的右上方，所述線激光器2可以是一個(gè)或者兩個(gè)以上，所述線激光器發(fā)射的線激光以設(shè)定的頻率和功率投射到被測(cè)件表面；所述線激光器2發(fā)射的線激光的投射扇面與被測(cè)件6的運(yùn)動(dòng)方向垂直、并以一定的角度與被檢測(cè)件6的表面相交。

進(jìn)一步的，所述線掃描相機(jī)3的成像扇面垂直于被測(cè)件6的傳送方向，且與線激光的投射扇面相交于被檢測(cè)件6的表面。

進(jìn)一步的，所述激光位移傳感器4可以是一個(gè)或兩個(gè)以上，所述計(jì)算機(jī)5連接線掃描相機(jī)3對(duì)被檢測(cè)件6進(jìn)行成像，所述被測(cè)件6放置在傳送帶構(gòu)件或傳動(dòng)滾筒上。

本發(fā)明的線激光成像技術(shù)排除了被測(cè)件表面顏色、紋理、圖案、標(biāo)識(shí)符和表面缺陷等的干擾，獲取的圖像幾何要素清晰、突出，便于識(shí)別；計(jì)算機(jī)在算出孔、槽位置的基礎(chǔ)上驅(qū)動(dòng)激光位移傳感器自動(dòng)測(cè)量孔、槽深度，本專利利用激光和計(jì)算機(jī)技術(shù)非接觸地完成測(cè)量，其精度可達(dá)0.1mm，速度可達(dá)1.5米/秒。

實(shí)施案例一：如圖1所示所述線激光器2聚焦、投射特定頻率和功率的線激光到被測(cè)件6表面，其線激光的投射扇面與被測(cè)件的運(yùn)動(dòng)方向垂直、且以一定的角度與被檢測(cè)件6的表面相交；所述線掃描相機(jī)3的成像平面垂直于被測(cè)件6的傳送方向，且與線激光的投射扇面相交于被檢測(cè)件6的表面。所述傳送帶承載并驅(qū)動(dòng)板材件以預(yù)定的距離和角度通過線激光和線掃描相機(jī)構(gòu)成的成像區(qū)域；板材件的上表面經(jīng)線掃描相機(jī)掃描、獲取成圖像。計(jì)算機(jī)控制線掃描相機(jī)3使其以最佳的參數(shù)成像或通過特定波長的濾光片排除顏色、紋理、圖案、標(biāo)識(shí)和表面缺陷等的干擾，獲取結(jié)構(gòu)要素清晰、突出的圖像，并以多線程并行算法識(shí)別孔和槽、計(jì)算其位置和幾何平面尺寸，所述激光位移傳感器4在計(jì)算機(jī)5的控制下沿滑軌快速移動(dòng)對(duì)準(zhǔn)被測(cè)孔或槽的底部，并根據(jù)發(fā)射和反射的激光測(cè)定其與工件表面、孔底、槽底的距離，然后由計(jì)算機(jī)算出孔、槽的高度。

實(shí)施案例二：如圖2的實(shí)施方式與圖1相似，區(qū)別在于圓柱面工件的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)取代了平板工件的平移運(yùn)動(dòng)，線激光器2和線掃描相機(jī)3在其圓柱表面匯聚成成像聚焦線。

工作原理為：激光具有高能聚焦、光譜單純、方向性好、發(fā)散角小等優(yōu)良特性。當(dāng)特定波長和功率的線激光投射在工件表面時(shí)，其在工件表層形成寬度0.1～1mm的激光成像線?？?、槽等低于工件表層的部分不在激光成像線內(nèi)，線掃描相機(jī)以特定參數(shù)或通過特定的濾光片成像，可以排除顏色、紋理、圖案、標(biāo)識(shí)和表面缺陷等的干擾，獲得工件及其孔、槽的清晰圖像。激光位移傳感器根據(jù)發(fā)射和反射的激光可以以0.01mm級(jí)的精度高速測(cè)量出工件表面、孔底和槽底對(duì)傳感器的距離。計(jì)算機(jī)由此以多線程并行的圖像處理算法得出孔、槽的位置和幾何尺寸，實(shí)現(xiàn)高速度高精度檢測(cè)。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思做出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。