本发明专利技术属于计算机视觉检测，图像测试技术领域，涉及一种在线式圆柱体直径测量装置，包括放置待测圆柱体的Ｖ型槽传送带，驱动Ｖ型槽传送带做匀速直线运动的电机和电机驱动器，一台用于采集待测圆柱体图像的摄像机，所述摄像机带有显微摄像头，置于云台上，其所采集的图像被传送至计算机。本发明专利技术同时提供一种上述装置所采用的测量方法。利用本发明专利技术提供的装置和方法，可以对圆柱体进行快速高精度在线测量，而且结构简单，借助方便地调整，适用于各种直径圆柱体工件的测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于计算机视觉检测，图像测试
，具体涉及一种圆柱体直径测量装置。
技术介绍
圆柱体工件广泛地应用于机械制造行业，随着精密加工技术的发展，高性能器件对 圆柱体的加工精度要求越来越髙。例如滚动轴承已成为各种旋转机械中最常用的工件 之一，由内圏、外圈、滚动体和保持架所组成。滚动体大部分是由圆柱体组成，在轴承 内借助主架均匀地排列在两个套圈之间作滚动运动，它的形状、大小直接影响轴承的负 荷能力和耐久性。随着滚动轴承内部间隙逐渐变小，运转精度逐渐提髙，对各圆柱体的 加工精度也提出了更髙的要求。另外，成套光滑圆柱量规作为髙技术、髙管理型的量具 产品，广泛地应用于飞机、汽车、电子、电器以及模具等制造行业，因此，对其加工精 度也有严格要求。由于对圆柱体加工精度的逐渐提髙，对其检测技术水平的要求也越来越髙。圆柱体 工件的直径检测就是非常重要的检测项目。对圆柱体直径的检测可以采用传统的千分尺 直接读数，或者采用三坐标测量机进行拟合测量，但这些接触式测量对于圆柱体工件的 表面的损伤是不可避免的。随着光学技术的发展，数字式万能工具显微镜、轮廓投影测 量仪、精密光学计等非接触式的测量方法均能实现圆柱体直径的测量，这些方法虽然测 量精度较髙，但需要借助人工操作，通过和标准量块比较进行直径测量，经常用于质检 抽査使用；另外这些方法由于受到平台大小的限制，不能对直径太大的圆柱体进行检测。 随着工业化大生产的进行，大量生产线急需检测设备快速对生产的圆柱体进行在线自动 化测量和质量监控。
技术实现思路
鉴于高精度圆柱体直径测量现存方法的缺点和批量生产的需求，本专利技术提供了一种 可以方便地应用于工业生产线的圆柱体工件直径在线测量装置，可以对圆柱体进行快速 髙精度在线测量，而且结构简单，借助方便地调整，适用于各种直径圆柱体工件的测量。 为此，本专利技术采用如下的测量装置一种在线式圆柱体直径测量装置，包括放置待测圆柱体的V型槽传送带，驱动V型 槽传送带做匀速直线运动的电机，电机和电机驱动器，一台用于采集待测圆柱体图像的摄像机，所述摄像机带有显微摄像头，置于云台上，其所采集的图像被传送至计算机。上述的在线式圆柱体直径测量装置，最好在v型槽传送带上设置有启动图像采集和圆柱体直径测量的位置开关，在摄像机的对面固定有背光板。本专利技术同时提供一种上述测量装置所采用的测量方法，包括下列步骤(1) 根据测量精度要求，选择适当放大倍数的显微镜头；(2) 调整云台及摄像机，对圆柱体上边缘进行放大采集；(3) 放置1个己知直径Aw的圆柱体在V系统测量视场内，采集图像并获取圆柱 上边缘线，取该线的纵向平均值为(4) 分别放置迈个已知直径Zi的圆柱体，并采集获取其图像边缘线的纵向位置"， 将这些值与Ati和"ti求差，得到一系列厶A和厶"，代入式AD-flA^ + 6 ,建立关于 a和A的方程组，并利用线性最小二乘法对参数a和6进行求解，实现系统标定；(5) 利用V型槽传送带匀速输送待测圆柱体，对于每个待测圆柱体，当待测圆柱 体被传送到适当位置时，由位置开关给计算机发送采集和测量信号，摄像机采集圆柱上 边缘图像，由计算机获取图像边缘线的纵向位置在 ，代入式 Dw-A^+fl(^^-Zfw)+6，求解其直径Z^;当圆柱体在V型槽中匀速运动时，摄像机连续采集获取两个或两个以上位置的上边缘线位置，分别求解各个位置上的直径，以 其平均值作为该圆柱的最终直径值"。上述测量方法中，通过驱动圆柱体在V型槽上运动，调整云台和V型槽传送带，使 得成像水平线左右端的像素坐标纵向偏差在设定像素(设定像素"由测量精度决定，一 般要求/3=1)。之内，确保圆柱体边缘的图像在同一水平线上。本专利技术的在线式豳柱体直径测量装置，将待测圆柱体置于V型槽中进行传送和测量， 圆柱体上边缘在摄像机上的成像位置与圆柱的直径有直接关系，如果采用普通的矩型槽 (或U型槽)，只能采集圆柱上边缘的信息而得不到所需要的转换关系，因此，采用一 个摄像机采集系统不能进行圆柱直径的测量。而本专利技术使用的单摄像机系统采用7显微 镜头，对采集的图像边缘进行了有效放大，可以实现圆柱边缘位置的精确定位，从而能 够提髙直径测量精度，并且简化了测量装置，降低了成本。附图说明图1本专利技术的测量装置的结构示意图。 图2 V型槽测量原理图。图3直径测量图像示意图。 图4普通矩形槽的测量原理图。 附图说明如下1V型槽2被测圆柱体3CCD摄像机 4云台 5显微镜头 6背光板7电机及其驱动器8位置开关9计算机10分选器具体实施例方式本专利技术的测量装置的结构示意图如图1所示。被测圆柱2放置于表面光洁的V型槽1 传送带上，通过计算机9对电机驱动7进行控制匀速运动当被测物运动到适当位置时， 通过CCD摄像机3和显微镜头5组成的成像系统采集圆柱2上边缘的图像，经过采集卡 等数字设备存入计算机9,等待下一步处理。成像系统放置于具有多个自由度的云台4 上，可以对成像系统进行方便地位置调整。在成像系统的对面安装背光板6,透射均匀的 高亮度光，可以增强圆柱2边缘信息，采用简单图像处理获取圆柱2边缘所在CCD图像 传感器的位置；因为采用了V型槽1，圆柱2上边缘在CCD摄像机3上的成像位置与圆柱 2的直径有直接关系。系统采用了显微镜头5，采集的图像边缘进行了有效放大，可以实 现圆柱2边缘位置的精确定位，从而提高直径测量精度。经过圆柱2直径的精确测量， 计算机9按照规格定义对其测量质量进行合理分类，同时发送分选信号给传送带后方的 分选器10，对测量后的圆柱2进行分类放置。该系统最主要的测量原理在于采用V型槽1确定了圆柱体2上边缘在CCD摄像机3 中成像位置和圆柱体直径的关系。圆柱2放置于V型槽1上，如图2所示，不同圆柱直 径差厶"引起圆柱2顶端高度差A力的关系式为，<formula>formula see original document page 5</formula>其中e为V型槽l夹角的一半；kl为AZ 和AA两者关系的一阶系数。 一般来说，图 像采集的两圆柱2的边缘像素差厶^和实际髙度差厶力也满足一阶关系，即<formula>formula see original document page 5</formula>综合(1)和(2)式，A"和A〃的关系可以表述为<formula>formula see original document page 5</formula>其中a和6为测量系统参数，可以通过标定技术确定其具体数值。如图3所示，当 已知直径Aw圆柱2的上边缘图像位置""，则可得基于图像处理的圆柱直径测量原理式， 即由任意圆柱的上边缘成像位置"m求解其直径ZL-，<formula>formula see original document page 5</formula>系统标定的目的是确定系统参数a和6。可以采集多个已知直径A的圆柱上边缘， 获取其对应的图像位置信息A，得到一系列厶Z^和厶A,代入式(3)建立关于a和6的方 程组，并利用线性最小二乘法对参数进行求解，从而实现标定。对于采用矩型槽(或U型槽)來说，如图4所示，不同半径的圆柱放置本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在线式圆柱体直径测量装置，包括放置待测圆柱体的Ｖ型槽传送带，驱动Ｖ型槽传送带做匀速直线运动的电机和电机驱动器，一台用于采集待测圆柱体图像的摄像机，所述摄像机带有显微摄像头，置于云台上，其所采集的图像被传送至计算机。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张效栋，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[]
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