一种可调节的多通孔数据采集系统及孔径孔距测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种可调节的多通孔数据采集系统及孔径孔距测量方法，涉及机器视觉测量技术领域；采用可调节、非接触式对生产流水线上的被测设备所有通孔进行实时测量。所述系统包括机架组件模块、水平横梁模块、条形光源模块、工业相机、陶瓷标定板、电源模块和上位机系统；通过工业相机采集被测设备的通孔图像和陶瓷标定板图像，陶瓷标定板图像用来标定工业相机的内参矩阵、外参的旋转矩阵和平移矩阵，对采集的通孔图像进行灰度化处理、二值化处理、膨胀、腐蚀、双边滤波操作，通过霍夫圆边缘拟合计算通孔孔径、通过两点圆心之间距离计算通孔孔距，根据通孔的孔径及孔距判断被测设备是否符合设定标准。符合设定标准。符合设定标准。

【技术实现步骤摘要】
一种可调节的多通孔数据采集系统及孔径孔距测量方法


[0001]本专利技术涉及机器视觉测量
，具体涉及一种可调节的多通孔数据采集系统及孔径孔距测量方法。

技术介绍

[0002]随着我国航空航天和信息传输行业不断的发展，航天企业在制造过程中对复合材料结构中钻的通孔达到数十万个，其中大部分通孔的直径是毫米级别，其加工精度和测量精度对于避免星载电子设备失效和卫星结构解体至关重要。其中，星载电子设备机械安装面的通孔是各类航空装备的重要基础部件衔接部分，其安装面通孔的孔径孔距的精度、性能、寿命及可靠性对主控制器的精度、性能、寿命和可靠性起着决定性的作用。在航空装备中，星载电子设备属于高精度产品，不仅需要数学、物理等诸多学科理论的综合支持，而且需要材料科学、热处理技术、精密加工和测量技术、数控技术和有效的数值方法及功能强大的计算机技术等诸多学科为之服务，星载电子设备可以说是代表一个国家科技实力的产品。虽然星载电子设备制造规模不断的增大，但是星载电子设备机械安装面的通孔的质量检测技术还很落后，在我国大多数对星载电子设备机械安装面的通孔的检测方法还运用机械式、光学式等测量仪器，手段比较落后。这种依靠人工的随机抽样检测方法检测效率低、精度低、容易引入人为误差，不能精确的检测到每一个星载电子设备机械安装面的通孔，使用测量仪器对被测件进行检测时不可避免的要和被测件产生接触，可能对被测件产生二次损伤。传统的检测方法已经不能满足需要，因此，为了保证星载电子设备的质量，解决人眼无法识别或识别效率较低、高额的人工成本等问题，所以提出一种具有可调节、非接触式、测量精度高、检测效率高等特点的适合星载电子设备机械安装面的多通孔数据采集系统及孔径孔距测量方法。

技术实现思路

[0003]为解决现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种可调节的多通孔数据采集系统及孔径孔距测量方法，采用可调节、非接触式对生产流水线上的被测设备所有通孔进行实时测量。
[0004]第一方面，本专利技术提出了一种可调节的多通孔数据采集系统，包括机架组件模块、水平横梁模块、条形光源模块、工业相机、陶瓷标定板、电源模块和上位机系统。
[0005]其中，机架组件模块包括机器视觉实验架和光学实验平台，光学实验平台上等间距排布螺纹孔，机器视觉实验架通过第一固定组件安装在光学实验平台上；
[0006]水平横梁模块包括水平横梁、圆形连接器和云台快装板，云台快装板和圆形连接器通过第三固定组件安装在水平横梁的滑槽上，工业相机通过第四固定组件安装在云台快装板上；
[0007]陶瓷标定板放置在被测设备上，通过工业相机采集条形光源模块光源下被测设备的通孔图像和陶瓷标定板图像，传输到上位机系统。
[0008]电源模块为工业相机、条形光源模块和上位机系统供电；
[0009]陶瓷标定板，带有固定间距图案阵列，用于校正工业镜头畸变及确定物理尺寸和像素间的换算关系；
[0010]条形光源模块包括多个条形光源和光源控制器，条形光源分别通过第五固定组件安装在光源支架上，每个条形光源连接到光源控制器后独立控制亮度及调节角度；
[0011]条形光源，内置LED灯，发射直光；
[0012]电源模块包括220V交流电源和将输入的220V交流电源转换为稳定输出12V的直流电源；其中，12V的直流电源为每个工业相机供电，220V交流电源为条形光源模块和上位机供电；
[0013]上位机系统，存储采集到的被测设备通孔图像，通过PyCharm软件对被测设备通孔图像进行图像处理。
[0014]所述机器视觉实验架上有主杆、光源支架固定装置、水平横梁固定装置和光源支架，主杆通过第二固定组件安装在光学实验平台上，光源支架固定装置和水平横梁固定装置通过圆孔装在主杆上，光源支架通过圆孔装在光源支架固定装置上，水平横梁通过方孔装在水平横梁固定装置上。
[0015]所述水平横梁上有水平横梁尾臂、水平横梁尾臂螺丝和水平横梁固定螺丝，光源支架上有光源支架尾臂螺丝和光源支架固定螺丝，通过上下调节水平横梁尾臂螺丝和光源支架尾臂螺丝以及通过前后调节水平横梁固定螺丝和光源支架固定螺丝控制测量区域。
[0016]第二方面，本专利技术提出了一种可调节的孔径孔距测量方法，采用所述可调节的多通孔数据采集系统，包括以下步骤：
[0017]S1：根据被测设备的尺寸安装调节多通孔数据采集系统，选择陶瓷标定板放置在被测设备上；
[0018]S2：通过工业相机分别采集陶瓷标定板图像，用于标定工业相机的内参矩阵、外参的旋转矩阵和平移矩阵，依次读取每张陶瓷标定板图像，根据陶瓷标定板在图像中的位置，在每个陶瓷标定板区域内查找出陶瓷标定板方位坐标和陶瓷标定板中方块图案的中心坐标；
[0019]S3：通过调节工业相机到被测设备通孔的距离a控制通孔图像中每个通孔的直径达到b个像素点，采集被测设备的通孔图像；
[0020]S4：对通孔图像进行灰度化处理、二值化处理、膨胀、腐蚀、双边滤波操作，通过霍夫圆边缘拟合计算通孔孔径、通过两点圆心之间距离计算通孔孔距，根据通孔的孔径及孔距判断被测设备是否符合设定标准。
[0021]所述S1具体包括以下步骤：
[0022]S1.1：将机器视觉实验架的主杆通过第一固定组件安装在光学实验平台上，将光源支架固定装置和水平横梁固定装置通过圆孔固定在主杆上；
[0023]S1.2：将条形光源中心对称地安装在光源支架固定装置；
[0024]S1.3：将若干组云台快装板和圆形连接器按设定的间距通过水平横梁调节组件安装在水平横梁的滑槽上，并在每个云台快装板上垂直对称安装工业相机，调节水平横梁尾臂调节组件直至工业相机上的工业镜头与光学实验平台平行；
[0025]S1.4：将被测设备静止放置在光学实验平台上，根据被测设备尺寸，分别调节光源
支架固定组件和水平横梁固定组件，直至被测设备处于每个工业相机取景范围及条形光源投影的中心位置，得到每个工业相机拍摄被测设备上的所有通孔，通过调节工业镜头的焦距调整被测设备通孔图像的清晰度；
[0026]S1.5：选择尺寸为被测设备5％
‑
10％的陶瓷标定板放置在被测设备上；
[0027]所述安装调节多通孔数据采集系统后，通过数控机床切割出与被测设备材质相同的实验板，在实验板上按等间距、横排孔径相等、竖排孔径逐个增大的方式进行打孔进行预实验，收集实验通孔图像数据。
[0028]所述S2具体为：
[0029]获取工业相机内参外参与标定，设定陶瓷标定板图像数量为n，每幅陶瓷标定板图像上有m个方块图案，第i幅陶瓷标定板图像上第j个方块图案中心d
ij
在陶瓷标定板图像上的坐标为：D(κ，φ
i
，μ
i
，ξ
ij
)＝κ(φ|μ)ξ
ij
，其中φ
i
和μ
i
是第i幅陶瓷标定板图像对应的旋转矩阵和平移向量，κ为工业相机内参数矩阵，则陶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调节的多通孔数据采集系统，其特征在于：包括机架组件模块、水平横梁模块、条形光源模块、工业相机、陶瓷标定板、电源模块和上位机系统；其中，机架组件模块包括机器视觉实验架和光学实验平台，光学实验平台上等间距排布螺纹孔，机器视觉实验架通过第一固定组件安装在光学实验平台上；水平横梁模块包括水平横梁、圆形连接器和云台快装板，云台快装板和圆形连接器通过第三固定组件安装在水平横梁的滑槽上，工业相机通过第四固定组件安装在云台快装板上；陶瓷标定板放置在被测设备上，通过工业相机采集条形光源模块光源下被测设备的通孔图像和陶瓷标定板图像，传输到上位机系统；电源模块为工业相机、条形光源模块和上位机系统供电。2.如权利要求1所述的可调节的多通孔数据采集系统，其特征在于：陶瓷标定板，带有固定间距图案阵列，用于校正工业镜头畸变及确定物理尺寸和像素间的换算关系；条形光源模块包括多个条形光源和光源控制器，条形光源分别通过第五固定组件安装在光源支架上，每个条形光源连接到光源控制器后独立控制亮度及调节角度；条形光源，内置LED灯，发射直光；电源模块包括220V交流电源和将输入的220V交流电源转换为稳定输出12V的直流电源；其中，12V的直流电源为每个工业相机供电，220V交流电源为条形光源模块和上位机供电；上位机系统，存储采集到的被测设备通孔图像，通过PyCharm软件对被测设备通孔图像进行图像处理。3.如权利要求2所述的可调节的多通孔数据采集系统，其特征在于：机器视觉实验架上有主杆、光源支架固定装置、水平横梁固定装置和光源支架，主杆通过第二固定组件安装在光学实验平台上，光源支架固定装置和水平横梁固定装置通过圆孔装在主杆上，光源支架通过圆孔装在光源支架固定装置上，水平横梁通过方孔装在水平横梁固定装置上。4.如权利要求2所述的可调节的多通孔数据采集系统，其特征在于：水平横梁上有水平横梁尾臂、水平横梁尾臂螺丝和水平横梁固定螺丝，光源支架上有光源支架尾臂螺丝和光源支架固定螺丝，通过上下调节水平横梁尾臂螺丝和光源支架尾臂螺丝以及通过前后调节水平横梁固定螺丝和光源支架固定螺丝控制测量区域。5.一种可调节的孔径孔距测量方法，采用权利要求1所述可调节的多通孔数据采集系统，包括以下步骤：S1：根据被测设备的尺寸安装调节多通孔数据采集系统，选择陶瓷标定板放置在被测设备上；S2：通过工业相机分别采集陶瓷标定板图像，用于标定工业相机的内参矩阵、外参的旋转矩阵和平移矩阵，依次读取每张陶瓷标定板图像，根据陶瓷标定板在图像中的位置，在每个陶瓷标定板区域内查找出陶瓷标定板方位坐标和陶瓷标定板中方块图案的中心坐标；S3：通过调节工业相机到被测设备通孔的距离a控制通孔图像中每个通孔的直径达到b个像素点，采集被测设备的通孔图像；S4：对通孔图像进行灰度化处理、二值化处理、膨胀、腐蚀、双边滤波操作，通过霍夫圆
边缘拟合计算通孔孔径、通过两点圆心之间距离计算通孔孔距，根据通孔的孔径及孔距判断被测设备是否符合设定标准。6.如权利要求5所述的可调节的孔径孔距测量方法，其特征在于：安装调节多通孔数据采集系统后，通过数控机床切割出与被测设备材质相同的实验板，在实验板上按等间距、横排孔径相等、竖排孔径逐个增大的方式进行打孔进行预实验，收集实验通孔图像数据。7.如权利要求5所述的可调节的孔径孔距测量方法，其特征在于：所述S1具体包括以下步骤：S1.1：将机器视觉实验架的主杆通过第一固定组件安装在光学实验平台上，将光源支架固定装置和水平横梁固定装置通过圆孔固定在主杆上；S1.2：将条形光源中心对称地安装在光源支架固定装置；S1.3：将若干组云台快装板和圆形连接器按设定的间距通过水平横梁调节组件安装在水平横梁的滑槽上，并在每个云台快装板上垂直对称安装工业相机，调节水平横梁尾臂调节组件直至工业相机上的工业镜头与光学实验平台平行；S1.4：将被测设备静止放置在光学实验平台上，根据被测设备尺寸，分别调节光源支架固定组件和水平横梁固定组件，直至被测设备处于每个工业相机取景范围及条形光源投影的中心位置，得到每个工业相机拍摄被测设备上的所有通孔，通过调节工业镜头的焦...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵玉良，余成忠，张心悦，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：