一种基于机器视觉技术的球度测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于机器视觉技术的球度测量装置及方法，包括基座、置物台、背景箱、控制机构和图像采集机构；底座底部安装有支撑座，底座顶部沿其四周安装有多层轨道；图像采集机构包括顶部相机、侧部相机和相机支架；置物台包括置物架、置物座和LED灯带；置物座用于放置待测物体；背景箱将置物架罩住，背景箱顶部均布多层圆形LED灯带二；顶部相机和侧部相机镜头从背景箱的顶部和侧面分别伸入背景箱中拍摄待测物体图像；本发明专利技术较传统测量装置及方法，不仅数据处理快速灵活、现场抗干扰能力强、综合误差小、工作量小、不损伤待测物表面，还能很好的现待测物实时测量图像、反映待测物整体测量信息。

A sphericity measuring device and method based on machine vision technology

The invention relates to a sphericity measuring device and method based on machine vision technology, including a base, a placement platform, a background box, a control mechanism and an image acquisition mechanism; a support seat is installed at the bottom of the base, and a multi-layer track is installed at the top of the base along its surroundings; an image acquisition mechanism includes a top camera, a side camera and a camera support; and a placement platform includes a placement frame, a placement seat and an LED lamp. The background box covers the object to be measured, and the top of the background box is evenly distributed with two layers of circular LED lights; the top camera and the side camera lenses extend into the background box from the top and side of the background box respectively to take the image of the object to be measured; Compared with the traditional measuring device and method, the present invention not only has fast and flexible data processing, strong field anti-interference ability and comprehensive error. It has the advantages of small workload, no damage to the surface of the object to be measured, good real-time measurement image of the object to be measured, reflecting the overall measurement information of the object to be measured.

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉技术的球度测量装置及测量方法
本专利技术涉及一种基于机器视觉技术的球度测量装置及测量方法。
技术介绍
球度误差对机械零件的旋转运动具有重要影响。球面粗糙度及球面波纹等缺陷将导致零件磨损，精确而高效的评定球度误差非常重要。传统的球度误差测量大都是接触测量，常用测量方法有：千分尺多次测量球体直径，粗略估算球度误差；测量两个或三个相互垂直的大圆球度值评定球度误差。传统的接触式测量方法存在综合误差大、工作量大、易损伤工件表面、受测量环境限制等局限性，且只反映球面局部信息，不能精确评定整体球度误差。随着计算机视觉与图像处理的不断应用及发展，视觉测量逐步应用于测量领域而形成一类非接触测量方法,此方法不仅具有数据处理快速灵活、工作量小及现场抗干扰能力强等优点，还能很好地再现测量图像、反映整体信息。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于机器视觉技术的球度测量装置及测量方法。一种基于机器视觉技术的球度测量装置，包括基座、置物台、背景箱、控制机构和图像采集机构。所述基座包括支撑座、底座和轨道；所述底座底部安装有支撑座，底座顶部沿其四周安装有多层轨道；且轨道、支撑座和底座的中心点位于上下同一直线上；每层轨道的四个角均设有入口，用于滑轨安装及滑轨在每层轨道之间的切换；所述底座小于支撑座。所述电源模块包括电源和电源转换器；电源模块固定安装在控制盒中；所述电源正、负极与电源转换器输入端相连；所述控制机构包括控制盒、步进电机、步进电机驱动器和单片机；所述单片机及步进电机驱动器安装在控制盒中；单片机、步进电机驱动器与所述电源转换器输出端连接，由电源模块供电；单片机与步进电机驱动器连接；步进电机驱动器与所述步进电机连接；单片机通过步进电机驱动器控制步进电机转动。所述图像采集机构包括顶部相机、侧部相机和相机支架；所述相机支架通过滑轨安装在所述轨道中，相机支架能沿轨道滑动；相机支架由横架和竖架组成L型；所述横架上横向设有槽口；竖架上竖向设有槽口；所述顶部相机及侧部相机分别安装在横架和竖架上的槽口中，能沿槽口横向或竖向移动。所述置物台包括置物架、置物座和LED灯带；所述置物架安装在底座顶部；所述置物架内部安装步进电机，且置物架、步进电机和底座的中心点位于上下一条直线上；置物座位于置物架顶部；所述置物座与步进电机输出轴同心连接(即置物座和步进电机的中心点位于同一中轴线上)；置物座呈圆形，置物座顶部外缘沿其圆周均布多层圆形LED灯带一，每层LED灯带一均通过适配器调节光强及光色；置物座用于放置待测物体。所述背景箱呈圆筒形；所述背景箱底部开口；所述背景箱用于将置物架罩住，使待测物体处于一个相对稳定光强的环境；背景箱顶部均布多层圆形LED灯带二；所述圆形LED灯带二和所述圆形LED灯带二的圆心位于上下同一中轴线上；背景箱顶部及侧面设有圆孔，顶部相机及侧部相机镜头的圆心分别与两个所述圆孔的圆心位于同一中轴线上；分别调节顶部相机和侧部相机在相机支架上的相对位置，使顶部相机和侧部相机镜头从背景箱的顶部和侧面分别伸入背景箱中。将单片机、顶部相机、侧部相机和适配器和现有计算机通过数据传输线连接；顶部相机及侧部相机可将拍摄的目标图像传送至计算机。本专利技术还涉及一种基于机器视觉技术的球度测量方法，步骤如下：S1、环境调节：背景箱将置物架罩住，调节所述背景箱顶部及置物座上多层圆形LED灯带的适配器，使光照系统稳定，确保所述图像采集机构采集的图像稳定。S2、图像采集：将待测物体放到置物座上，分别调节顶部相机和侧部相机在相机支架上的相对位置，使顶部相机和侧部相机镜头从背景箱的顶部和侧面伸入背景箱中，分别采集待测物体的顶部图像和侧部图像；其中，单片机单次控制步进电机转动一次，侧面相机采集一次待测物体的侧面图像；多次转动，直至步进电机转动360°，待测物回到初始位置；共采集多张待测物体侧部图像和1张待测物顶部图像。S3、图像灰度化：由所述图像处理模块将待测物图像转换成灰度值在0-255之间的灰度图像；S4、中值滤波：采用中值滤波法降低待测物图像在采集过程中受到各种噪声源的干扰，同时保护图像边缘信息；S5、指针扫描多阈值分割，运用指针扫描多阈值分割技术对滤波后的待测物图像进行分割，得到目标图像及背景图像(目标图像为只含有待测物的图像，其他图像为背景图像)；S6、数据提取，在目标图像中，制作待测物体轮廓的外接矩形：以外接矩形的中心为圆心，中心距待测物体轮廓的最大像素值为半径作标准圆，进一步求出所有沿所述标准圆半径方向下，待测物体轮廓与标准圆之间的像素距离di(i代表1,2,3,4…N)；S7、数据处理，求像素距离di的平均值μ及标准差σ，利用式CV＝σ/μ求得变异系数，利用变异系数评价第j张图片似球度，似球度Sj＝(1-CV)×100％，其中j为待测物体图像张数(j＝1,2,3…)，Sj的平均值为最终球度值。标准差平均值公式中：di为外接矩形的中心与轮廓每个像素的距离与标准圆半径之差(i并非固定的个数，它与像素有关，像素越大，i越多，di个数也相应越多；N为di中，i所能取到的最大值)；CV为变异系数，Sj为似球度值，σ为像素距离di的标准差，μ为像素距离di的平均值。本专利技术的有益效果：利用本专利技术装置和方法测量球度,不仅精度高、数据处理快速灵活、现场抗干扰能力强，还能再现待测物实时测量图像、反映待测物整体测量信息。附图说明图1是本专利技术的主体结构示意图；图2是本专利技术的控制模块结构示意图；图3是本专利技术的置物座俯视图；图4是本专利技术的背景箱主视图；图5是本专利技术的背景箱俯视图图6是本专利技术的整体结构示意图。图中：1、支撑座、2、底座、3、轨道、4、置物架、5、置物座、6待测物体、7、顶部相机、8、侧部相机、9、步进电机、10、相机支架、11控制盒、12、电源、13、电源转换器、14、步进电机驱动器、15单片机、16、LED圆形灯带一、17孔、18、背景箱、19、背景箱侧面圆孔、20背景箱上底面、21、LED圆形灯带二22背景箱上底面圆孔、23、计算机。具体实施方式为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。本专利技术中所涉及的步骤如无特殊说明,均可根据现有技术实现如图1-图6所示，本实施例所述的一种基于机器视觉技术的球度测量装置，包括基座、置物台、背景箱18、电源模块、控制机构和图像采集机构。所述基座由支撑座1、底座2及轨道3构成，所述底座2为正方形薄板，所述支撑座1为正方形，固定安装在底座2正下方，且支撑座中心与底座中心在同一直线上；所述轨道3按3圈方形结构固定安装在底座2正上方，且轨道中心与底座中心在同一直线上，每圈方形轨道四个对角线处均有轨道预置入口，方便滑轨安装、滑轨在单圈及不同圈之间的滑动。所述电源模块由电源12及电源转换器13构成，所述电源为锂电池，固定安装在所述控制盒11最左侧，所述电源转换器13安装在电池右侧，所述锂电池正、负极与电源转换器输入端相连，电源转换器输出端输出所述球度测量装置各部分所需电压。所述控制机构由控制盒11、步进电机9、步进电机驱动器14及单片机15构成，所述单片机固定安装在所述控制盒11最右侧，所述步进电机驱动器14安装在单片机15左侧；单片机15、步进电机驱动器1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器视觉技术的球度测量装置，其特征在于，包括基座、置物台、背景箱、控制机构和图像采集机构；所述基座包括支撑座、底座和轨道；所述底座底部安装有支撑座，底座顶部沿其四周安装有多层轨道；每层轨道的四个角均设有入口，用于滑轨安装及滑轨在每层轨道之间的切换；所述底座小于支撑座；所述电源模块由电源及电源转换器构成；电源模块固定安装在控制盒中；所述电源正、负极与电源转换器输入端相连；所述控制机构包括控制盒、步进电机、步进电机驱动器和单片机；所述单片机及步进电机驱动器安装在控制盒中；单片机、步进电机驱动器与所述电源转换器输出端连接，由电源模块供电；单片机与步进电机驱动器连接；步进电机驱动器与所述步进电机连接；单片机通过步进电机驱动器控制步进电机转动；所述图像采集机构包括顶部相机、侧部相机和相机支架；所述相机支架通过滑轨安装在所述轨道中，相机支架能沿轨道滑动；相机支架由横架和竖架组成L型；所述横架上横向设有槽口；竖架上竖向设有槽口；所述顶部相机及侧部相机分别安装在横架和竖架上的槽口中，能沿槽口横向或竖向移动；所述置物台包括置物架、置物座和LED灯带；所述置物架安装在底座顶部；所述置物架内部安装步进电机；置物座位于置物架顶部；所述置物座与步进电机输出轴同心连接；所述置物座顶部外缘沿其圆周均布多层圆形LED灯带一，每层LED灯带一均通过适配器调节光强及光色；置物座用于放置待测物体；所述背景箱呈圆筒形；所述背景箱底部开口；所述背景箱用于将置物架罩住，使待测物体处于一个相对稳定光强的环境；背景箱顶部均布多层圆形LED灯带二；所述圆形LED灯带二和所述圆形LED灯带一的圆心位于上下同一中轴线上；背景箱顶部及侧面设有圆孔，顶部相机及侧部相机镜头的圆心分别与两个所述圆孔的圆心位于同一中轴线上；分别调节顶部相机和侧部相机在相机支架上的相对位置，使顶部相机和侧部相机镜头从背景箱的顶部和侧面分别伸入背景箱中。...

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉技术的球度测量装置，其特征在于，包括基座、置物台、背景箱、控制机构和图像采集机构；所述基座包括支撑座、底座和轨道；所述底座底部安装有支撑座，底座顶部沿其四周安装有多层轨道；每层轨道的四个角均设有入口，用于滑轨安装及滑轨在每层轨道之间的切换；所述底座小于支撑座；所述电源模块由电源及电源转换器构成；电源模块固定安装在控制盒中；所述电源正、负极与电源转换器输入端相连；所述控制机构包括控制盒、步进电机、步进电机驱动器和单片机；所述单片机及步进电机驱动器安装在控制盒中；单片机、步进电机驱动器与所述电源转换器输出端连接，由电源模块供电；单片机与步进电机驱动器连接；步进电机驱动器与所述步进电机连接；单片机通过步进电机驱动器控制步进电机转动；所述图像采集机构包括顶部相机、侧部相机和相机支架；所述相机支架通过滑轨安装在所述轨道中，相机支架能沿轨道滑动；相机支架由横架和竖架组成L型；所述横架上横向设有槽口；竖架上竖向设有槽口；所述顶部相机及侧部相机分别安装在横架和竖架上的槽口中，能沿槽口横向或竖向移动；所述置物台包括置物架、置物座和LED灯带；所述置物架安装在底座顶部；所述置物架内部安装步进电机；置物座位于置物架顶部；所述置物座与步进电机输出轴同心连接；所述置物座顶部外缘沿其圆周均布多层圆形LED灯带一，每层LED灯带一均通过适配器调节光强及光色；置物座用于放置待测物体；所述背景箱呈圆筒形；所述背景箱底部开口；所述背景箱用于将置物架罩住，使待测物体处于一个相对稳定光强的环境；背景箱顶部均布多层圆形LED灯带二；所述圆形LED灯带二和所述圆形LED灯带一的圆心位于上下同一中轴线上；背景箱顶部及侧面设有圆孔，顶部相机及侧部相机镜头的圆心分别与两个所述圆孔的圆心位于同一中轴线上；分别调节顶部相机和侧部相机在相机支架上的相对位置，使顶部相机和侧部相机镜头从背景箱的顶部和侧面分别伸入背景箱中。2.如权利要求1所述的一种基于机器视觉技术的球度测量装置，其特征在于，所述单片机、顶部相机、侧部相机和适配器分别通过数据传输线与计算机连接；顶部相机及侧部相机将拍摄的目标图像传送给计算机。3.如权利要求1所述的一种基于机器视觉技术...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘双喜，张宏建，王金星，权泽堃，石绍军，李玉风，宋悦，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37