一种基于多束线激光的模具表面结构缺陷检测装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术揭示了一种基于多束线激光的模具表面结构缺陷检测装置，装置的平台上设有用于放置待检测模具的电动位移台，所述平台上通过支架将激光器和工业相机固定在电动位移台的上方，所述电动位移台、激光器和工业相机均通过信号线连接控制面板，所述控制面板与计算机连接。本发明专利技术利用多束线激光对模具进行扫描测量，工业相机拍摄光条纹图像，通过图像预处理得到亚像素激光中心线，然后计算待检测模具的点云数据，再与标准模具点云库作比较，最终实现对模具表面结构的缺陷检测。该装置和方法不需要进行传统三维激光检测中复杂的光平面标定，降低了设备成本，大大减少运算量，检测速度快、识别精度高、适用性强。适用性强。适用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多束线激光的模具表面结构缺陷检测装置和方法


[0001]本专利技术涉及计算机视觉
，尤其涉及一种基于多束线激光的模具表面结构缺陷检测方法。

技术介绍

[0002]三维测量是指借助于特定方法或者手段，尽可能准确地推演出待测物体的完整三维形貌信息的过程。经过近几十年的发展，科研人员和工程师们研发出了大量的三维测量技术，尽管这些技术之间的原理差异较大，但是在三维数据的获取方式上却没有太大差异，能够分为接触式测量和非接触式测量两类。接触式测量测量精度不高且存在损伤待测物的隐患，基于光学系统下的非接触式测量存在显著优势，因此激光技术开始在检测领域普遍应用。
[0003]而我国对三维视觉技术的研究时间并不长，但近些年发展势头突飞猛进，应用领域层出不穷。
[0004]重庆大学的张明等人使用视觉扫描系统获取物体的三维点云数据，利用张量投票算法提取出特征线条，实现了三维轮廓的可视化。
[0005]合肥工业大学的张勇斌等人使用十字型激光光源生成两个互相垂直的光平面，实现了对零件的二维轮廓检测。
[0006]中南大学的罗意平等人利用两个面阵CCD相机获取车轮表面的激光散射图像，经过相关计算得到车轮对踏面的参数。
[0007]北京航空航天大学的孙军华等人通过将摄像机和线结构光投射器放置在玻璃管内部实现了全景测量。
[0008]天津大学的张宏伟等人在三坐标测量机中使用光学探头检测三维曲面，并采用图像匹配算法进行数据融合，陶立等人设计了一套彩色三维扫描系统，对测量模型进行全方位旋转扫描得到了彩色的三维信息。
[0009]上述现有技术均存在模具表面结构缺陷检测装置精度不高、成本昂贵、运算复杂等问题。

技术实现思路

[0010]本专利技术所要解决的技术问题是实现一种精度高、成本不高、运算难度低的多束线激光的模具表面结构缺陷检测装置及测量方法。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于多束线激光的模具表面结构缺陷检测装置，装置的平台上设有用于放置待检测模具的电动位移台，所述平台上通过支架将激光器和工业相机固定在电动位移台的上方，所述电动位移台、激光器和工业相机均通过信号线连接控制面板，所述控制面板与计算机连接。
[0012]由所述激光器发射的激光束至少设有两个束，多束激光束由一个或多个激光器发射，每个所述激光器均固定在支架上并向待检测模具发射激光束。
[0013]所述平台、电动位移台、支架、以及支架上的器件均放置在黑箱内。
[0014]所述平台由底部的防震支架、以及固定在防震支架上的光学防震平台构成，所述电动位移台驱动待检测模具水平运动。
[0015]一种基于多束线激光的模具表面结构缺陷检测方法，包括以下步骤：
[0016]步骤1、对工业相机进行相机参数标定；
[0017]步骤2、用激光发射器发射激光照射在被测对象的表面，利用高精度电动平移台在水平方向上做一维匀速运动，实现多束线激光扫描物体的效果；
[0018]步骤3、使用工业相机按照固定的时间间隔采集图像，进行预处理并提取出每张光条纹图像的中心线，经过优化运算达到亚像素级别，同时记录下每根激光基准线的位置；
[0019]步骤4、对标准量块进行扫描，利用霍夫变换去除图像中与基准线重叠区域的线，留下的即为标准量块区域的激光线，遍历激光线对应像素的x、y坐标，与激光基准线的距离作为z坐标，求出标准量块三维点云；
[0020]步骤5、将实际物理尺寸与所求点云数据一一对应，求取坐标之间的比例关系式，对点云数据进行修正；
[0021]步骤6、使用得出的比例关系式，重复步骤4测量标准模具，生成修正后的标准模具点云数据库，并进行存储；
[0022]步骤7、使用5得出的比例关系式，使用步骤4对待测模具进行测量，得出待测模具数据库；
[0023]步骤8、将待检测模具点云数据库与标准模具点云数据库比较，判断待检测模具是否有缺陷，获得缺陷的相关信息。
[0024]所述步骤1中，在相机成像平面上分别有图像像素坐标系和图像物理坐标系；
[0025]所述图像像素坐标系以相机成像左上角为原点，成像平面两边分别为U轴和V轴，单位为像素，其行列的物体意义为每个像素点的位置；
[0026]所述图像物理坐标系以相机的光轴和图像成像平面的交点为原点；
[0027]X轴和Y轴分别平行图像像素坐标系的U轴和V轴，(u0，v0)为相机像平面光心坐标，其在物理坐标系O
xy
‑
XY中为点(0,0)，在像素坐标系O
uv
‑
UV中为(u0，v0)，dx表示单位像素在水平方向上实际物理尺寸的大小，dy为单位像素在垂直方向上实际物理尺寸的大小，图像像素坐标系和图像物理坐标系通过平移和缩进进行相互转换，用齐次坐标的形式表示为：
[0028][0029]测量坐标系选取物理空间中任意一点作为坐标原点O
w
，建立用来描述物体相对与任意一个位置的空间信息的坐标系O
w
‑
X
w
Y
w
Z
w
，其中O
w
‑
X
w
Y
w
，Z
w
平面位于位移平台的上表面，X
w
轴与平台的移动方向一致，O
w
‑
Y
w
Z
w
平行于线结构光平面，Z
W
轴垂直于位移平台平面向上
[0030]依据测量坐标系、图像像素坐标系和图像物理坐标系的关系，通过棋盘格标定板完成工业相机标定，得到内参矩阵、外参矩阵以及畸变系数。
[0031]所述步骤2中，待检测模具各部分在工业相机的可拍摄范围内，电动位移台缓慢做均匀直线运动。
[0032]所述步骤3中，对工业相机拍摄的待检测模具光条纹图像进行预处理，包括图像增强处理、图像灰度化处理、图像降噪处理、图像形态学操作处理、
[0033]所述图像增强处理时，将图像背景处理为纯黑色，激光条纹处理为红色；
[0034]所述图像降噪处理采用高斯滤波对图像进行减噪处理，在经闭运算使有很多间断点激光条纹变成一条完整的线；
[0035]所述图像形态学操作处理时，利用基于Hessian矩阵的Steger算法提取激光中心线，使其达到亚像素级别。
[0036]所述步骤4中，通过霍夫变换函数，中心线上的一个点可画出霍夫空间的一条正弦曲线，通过设置一个阈值m，若有大于m条的正弦曲线交于一点则认为霍夫空间中的这个点为直角空间检测出来的直线，之后求出激光基准线的表达式，遍历中心线上所有点到这些线的距离d，如果d小于允许的误差则判定点在直线上或者在直线周围，那么就将此点颜色改为黑色，在黑背景图上显示的中心线上点只在待检测区域，实现去除待检测轮廓以外的中心线，
[0037]将待检测模具区域上的所有点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多束线激光的模具表面结构缺陷检测装置，其特征在于：装置的平台上设有用于放置待检测模具的电动位移台，所述平台上通过支架将激光器和工业相机固定在电动位移台的上方，所述电动位移台、激光器和工业相机均通过信号线连接控制面板，所述控制面板与计算机连接。2.根据权利要求1所述基于多束线激光的模具表面结构缺陷检测装置，其特征在于：由所述激光器发射的激光束至少设有两个束，多束激光束由一个或多个激光器发射，每个所述激光器均固定在支架上并向待检测模具发射激光束。3.根据权利要求2所述基于多束线激光的模具表面结构缺陷检测装置，其特征在于：所述平台、电动位移台、支架、以及支架上的器件均放置在黑箱内。4.根据权利要求1、2或3所述基于多束线激光的模具表面结构缺陷检测装置，其特征在于：所述平台由底部的防震支架、以及固定在防震支架上的光学防震平台构成，所述电动位移台驱动待检测模具水平运动。5.一种基于多束线激光的模具表面结构缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、对工业相机进行相机参数标定；步骤2、用激光发射器发射激光照射在被测对象的表面，利用高精度电动平移台在水平方向上做一维匀速运动，实现多束线激光扫描物体的效果；步骤3、使用工业相机按照固定的时间间隔采集图像，进行预处理并提取出每张光条纹图像的中心线，经过优化运算达到亚像素级别，同时记录下每根激光基准线的位置；步骤4、对标准量块进行扫描，利用霍夫变换去除图像中与基准线重叠区域的线，留下的即为标准量块区域的激光线，遍历激光线对应像素的x、y坐标，与激光基准线的距离作为z坐标，求出标准量块三维点云；步骤5、将实际物理尺寸与所求点云数据一一对应，求取坐标之间的比例关系式，对点云数据进行修正；步骤6、使用得出的比例关系式，重复步骤4测量标准模具，生成修正后的标准模具点云数据库，并进行存储；步骤7、使用5得出的比例关系式，使用步骤4对待测模具进行测量，得出待测模具数据库；步骤8、将待检测模具点云数据库与标准模具点云数据库比较，判断待检测模具是否有缺陷，获得缺陷的相关信息。6.根据权利要求5所述基于多束线激光的模具表面结构缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤1中，在相机成像平面上分别有图像像素坐标系和图像物理坐标系；所述图像像素坐标系以相机成像左上角为原点，成像平面两边分别为U轴和V轴，单位为像素，其行列的物体意义为每个像素点的位置；所述图像物理坐标系以相机的光轴和图像成像平面的交点为原点；X轴和Y轴分别平行图像像素坐标系的U轴和V轴，(u0，v0)为相机像平面光心坐标，其在物理坐标系O
xy
‑
XY中为点(0,0)，在像素坐标系O
uv
‑
UV中为(u0，v0)，dx表示单位像素在水平方向上实际物理尺寸的大小，dy为单位像素在垂...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玉秀，陆向园，张爱民，朱银银，凌新宇，杨净淳，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：