一种精密制造设备的视觉检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种精密制造设备的视觉检测系统，所述系统通过工作台将待测钻头定位和夹紧，再调整安装在工作台上的光学成像模块，使其正确聚焦；通过光学成像模块获取被测钻头的激光束影像；通过图像采集卡用于将光学成像模块生成的激光束影像转换成数字图像信号；通过计算机和软件系统解算出待测钻头轮廓数据，通过轮廓数据得到待测钻头表面特征的三维数据，最后对钻头刃面的表面质量和几何形状进行检测；本发明专利技术结构简单，图像信息易于提取且测量精度较高，与传统检测仪相比，本发明专利技术具有人为干扰因素小，重复定位精度高，自动化程度高，效率高等优点，同时也可以实现刀具参数自动测量。

A visual inspection system for precision manufacturing equipment

【技术实现步骤摘要】
一种精密制造设备的视觉检测系统
本专利技术涉及制造设备检测领域，尤其涉及一种精密制造设备的视觉检测系统。
技术介绍
孔加工在金属切削中占有重要地位，其中钻孔约占22％～25％，钻头在机械制造业中占有很大的比重；精密加工与制造不仅需要设备的精度、稳定性以及动态性能来保证，同样需要精密量具量仪来对精密设备进行校准、测量；并且高精度设备的制造本身也离不开精密检测，作为精密加工设备中常用的钻头，其性能是由其形貌特征参数决定的，不正确的钻头形貌会减少钻头的使用寿命、出现装配问题并造成很大的经济损失目前随着机械制造业的加工模式向小批量、柔性化；高效率和高精度的方向发展对高精度、高速钻削的要求日益迫切，因此适应高速钻的形貌优化设计及根据产品的不同材质和特点实现钻头的快速改型、刃磨及重新刃磨，是工业界迫切需要的关键技术，而如何从现有的钻头中提取出形貌特征信息是进行钻头性能分析的关键。现有的钻头测量方法有：1)人工检测，人工检测一般效率低、精度不高且检测过程易造成微钻头表面擦伤、折断；2)光学法，此法的局限是只能得到钻头的二维投影影像，并只能获得某些特定位置的几何参数；3)机械法，通过带有一系列附件的千分表等，属于相对测量，主要用于测量钻尖上的某些角度参数；4)三坐标测量机法，可以获得钻头形貌的三维数据，但因为其测头必须沿被测面的法线方向运动，所以测量比较费时。目前，还没有测量钻头三维形貌及参数的有效方法，因此快速准确的钻头形貌测量系统是机械加工领域中迫切需要和亟待解决的关键问题。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种精密制造设备的视觉检测系统，通过工作台将待测钻头定位和夹紧，再调整安装在工作台上的光学成像模块，使其正确聚焦；通过光学成像模块获取被测钻头的激光束影像；通过图像采集卡将光学成像模块生成的激光束影像转换成数字图像信号；通过计算机和软件系统解算出待测钻头轮廓数据，通过轮廓数据得到待测钻头表面特征的三维数据，最后对钻头刃面的表面质量和几何形状进行检测；具有人为干扰因素小，重复定位精度高，自动化程度高，效率高等优点，同时也可以实现刀具参数自动测量。本专利技术是通过以下技术方案予以实现的。一种精密制造设备的视觉检测系统，包括：光学成像模块、图像采集卡、工作台、计算机和软件系统；所述光学成像模块安装在工作台上，所述图像采集卡与光学成像模块和计算机相连；所述光学成像模块用于获取被测的激光束影像；所述图像采集卡用于将光学成像模块生成的视频信号转换成数字图像信号；所述工作台用于安装光学成像模块并实现钻头的定位和夹紧；所述计算机和软件系统用于根据预先设定的测量模型及标定时确定的模型参数，解算出待测钻头轮廓数据，并将所有轮廓数据经过坐标变换后得到待测钻头表面特征的三维数据并对待测钻头表面特征进行三维重建，最后对钻头刃面的表面质量和几何形状进行检测。进一步的，所述光学成像模块包括：CCD摄像机和激光器；通过激光器向钻头的被侧面投射激光，通过CCD摄像机采集钻头的图像信息，提取图像中的光条信息。进一步的，所述图像采集卡包括：图像信号接收与A/D转换模块、CCD摄像机控制输入输出接口和输出数字信号的总线接口；所述图像采集卡将CCD摄像机采集到的视频图像信息进行放大和数字化，转化为便于计算机处理的数字图像信号，通过总线接口传输给计算机。进一步的，所述工作台包括三维运动平台和旋转台，所述光学成像模块固定在工作台的三维运动平台上，通过三维运动平台实现光学成像模块x、z方向移动和y方向移动聚焦；所述旋转台通过支撑座连接一个卡盘，被测钻头装夹在卡盘中，实现待测钻头的夹紧且被测钻头可以绕其自身轴线旋转和水平360度范围内任意角度旋转。作为本专利技术进一步的补充，所述钻头表面特征三维重建方法的具体步骤如下：步骤1：系统标定：先采用基于靶标的方法标定所述CCD摄像机内外参数，然后提取光条中心线，并标定结构光平面方程，再对位置矩阵进行标定，即实现三维运动平台与CCD摄像机间的矩阵标定；步骤2：图像检测：对所述CCD摄像机采集的特征图像进行预处理，然后提取光条中心线，再结合所述待测钻头表面几何特征提取光条中心点，获得所述光条中心点在图像中的坐标；步骤3：三维特征重建：采用所述工作台控制器控制三维运动平台运动，系统实时读取所述三维运动平台的位姿信息，所述线结构光视觉系统在所述三维运动平台的带动下对钻头进行扫描，获得一组钻头特征图像，根据所述步骤2中提取扫描图像的光条中心点，根据所述步骤1中标定的结果计算出光条中心点在所述工作台坐标系中的三维坐标，通过光条中心点的三维坐标，采用最小二乘法进行三维曲线拟合，从而重建出待测钻头表面三维曲线。作为本专利技术进一步的补充，所述被侧面光条中心提取具体为：在提取钻头图像中的光条中心时，先利用灰度重心法粗略地提取光条中心，再根据拉格朗日定理计算光条的法线方程，在其法线方向上利用变边界高斯拟合法提取光条中心，若提取效果不佳，可连续在光条法线方向上利用变边界高斯拟合法提取光条中心。作为本专利技术进一步的补充，所述计算机根据预先设定的测量模型将接收的数字图像信号传递给软件系统，所述软件系统根据上述描述得到的待测钻头表面三维曲线可以计算出钻头的各参数和尺寸并判断钻头的磨损状态。作为本专利技术更进一步的补充，所述坐标变换具体过程为：首先建立三个坐标系：光学成像模块坐标系OsXsYsZs，钻头坐标系OdXdYdZd和工作台坐标系OtXtYtZt；所述三个坐标系满足：工作台坐标系的Xt到钻头坐标系Xd重合，钻头坐标系和光学成像模块坐标系平行，然后设出射的激光束平面沿OsYsZs平面，激光投射中心位于OsZs轴上，CCD摄像机的中心Oc和Os连线与OsZs的夹角为U，Oc的坐标(Dpc，O，Dgc)，利用透视投影变换理论，得到物像间的关系为当经过标定、获得了系统的外部结构参数及摄像机的内部参数后，由所述关系式就可以获得被测物点的三维坐标。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术所述的一种精密制造设备的视觉检测系统利用具有高分辨率的CCD摄像机替代人眼来获取图像信息，并由计算机完成图像以及数据的快速处理，计算出被测物的三维数据信息，并对待测钻头表面特征进行三维重建，具有非接触、速度快、自动化程度高等优点。2.本专利技术所述的一种精密制造设备的视觉检测系统，通过光学成像模块获取被测钻头的激光束影像；根据图像中光条的偏移信息得到被测物的表面轮廓，其结构简单，图像信息易于提取且测量精度较高。3.本专利技术所述的一种精密制造设备的视觉检测系统与传统检测仪相比，通过工作台将待测钻头定位和夹紧，再调整安装在工作台上的光学成像模块，使其正确聚焦，具有人为干扰因素小，重复定位精度高，自动化效率高等优点，同时也可以实现钻头参数的自动测量。附图说明图1为本专利技术一种精密制造设备的视觉检测系统的结构示意图；图2为本专利技术一种精密制造设备的视觉检测系统对待测钻头表面特征三维重建方法流程图。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本专利技术所保护的范围。下面通过具体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种精密制造设备的视觉检测系统，其特征在于，包括：光学成像模块、图像采集卡、工作台、计算机和软件系统；所述光学成像模块安装在工作台上，所述图像采集卡与光学成像模块和计算机相连；所述光学成像模块用于获取被测的激光束影像；所述图像采集卡用于将光学成像模块生成的视频信号转换成数字图像信号；所述工作台用于安装光学成像模块并实现被测钻头的定位和夹紧；所述计算机和软件系统用于根据预先设定的测量模型及标定时确定的模型参数，解算出待测钻头轮廓数据，并将所有轮廓数据经过坐标变换后得到待测钻头表面特征的三维数据并对待测钻头表面特征进行三维重建，最后对钻头刃面的表面质量和几何形状进行检测。

【技术特征摘要】
1.一种精密制造设备的视觉检测系统，其特征在于，包括：光学成像模块、图像采集卡、工作台、计算机和软件系统；所述光学成像模块安装在工作台上，所述图像采集卡与光学成像模块和计算机相连；所述光学成像模块用于获取被测的激光束影像；所述图像采集卡用于将光学成像模块生成的视频信号转换成数字图像信号；所述工作台用于安装光学成像模块并实现被测钻头的定位和夹紧；所述计算机和软件系统用于根据预先设定的测量模型及标定时确定的模型参数，解算出待测钻头轮廓数据，并将所有轮廓数据经过坐标变换后得到待测钻头表面特征的三维数据并对待测钻头表面特征进行三维重建，最后对钻头刃面的表面质量和几何形状进行检测。2.根据权利要求1所述的一种精密制造设备的视觉检测系统，其特征在于，所述光学成像模块包括：CCD摄像机和激光器；通过激光器向钻头的被侧面投射激光，通过CCD摄像机采集钻头的图像信息，提取图像中的光条信息。3.根据权利要求1所述的一种精密制造设备的视觉检测系统，其特征在于，所述图像采集卡包括：图像信号接收与A/D转换模块、CCD摄像机控制输入输出接口和输出数字信号的总线接口；所述图像采集卡将CCD摄像机采集到的视频图像信息进行放大和数字化，转化为便于计算机处理的数字图像信号，通过总线接口传输给计算机。4.根据权利要求1所述的一种精密制造设备的视觉检测系统，其特征在于，所述工作台包括三维运动平台和旋转台，所述光学成像模块固定在工作台的三维运动平台上，通过三维运动平台实现光学成像模块x、z方向移动和y方向移动聚焦；所述旋转台通过支撑座连接一个卡盘，被测钻头装夹在卡盘中，实现待测钻头的夹紧且被测钻头可以绕其自身轴线旋转和水平360度范围内任意角度旋转。5.根据权利要求1所述的一种精密制造设备的视觉检测系统，其特征在于，所述钻头表面特征三维重建方法的步骤如下：步骤1：系统标定：先采用基于靶标的方法标定所述CCD摄像机内外参数，然后提取光条中心线，并标定结构光平面方程，再对位置矩阵进行标定，即实现三维运动平台与CCD摄像机间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张斐，吴鹏，尹玲，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44