非接触式在线测量细丝直径的装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种非接触式在线测量细丝直径的装置，包括光具座，激光器，光栅架，摄像头，光屏，暗箱，计算机，所述的激光器、光栅架、摄像头以及光屏从左到右依次设置在所述的光具座上，光栅架上放置有细丝，光束穿过所述的细丝射向光屏，摄像头以及光屏被暗箱罩住，在所述的暗箱上留有激光束入口，摄像头对准所述的光屏用于采集光屏上的图像，摄像头与计算机相连接，将采集的图像送入计算机内。本发明的装置结构简单，使用方便，同时成本低廉，便于推广，通过本发明所采用的图像处理方法，能够实时监控细丝直径的变化，当细丝直径大于或者小于规定的范围时就会发出警报提醒工作人员，本发明能够较为精确的，非接触细丝，测量出细丝的直径。
【专利说明】非接触式在线测量细丝直径的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测量【技术领域】，特别涉及一种非接触式在线测量细丝直径的装置及方 法。
【背景技术】
[0002] 在工业生产和科学实验中，经常碰到尺寸较小的细丝直径的测量问题.细丝直径 测量的方法有许多，传统测量方法通常有两种：一种是静态测量，另一种是动态测量。静 态测量的解决方案，往往采用传统的精密量具进行，这种方法虽然简单，但在实际应用中 具有很大的局限性。在工业生产中经常需要测量某些细丝直径，比如：电缆行业对产品外 径的检测；金属导线厂对铜丝直径的监测及纺纱厂对纱丝直径的控制等。这些细丝直径的 测量不仅要求精度高，而且往往是不能接触被测样品。此时，动态非接触式细丝直径测量就 显现出其优越性。
[0003] 在细丝测量的方法上，除了直接测量外，单缝衍射法和双光束干涉法都是比较好 的测量方法，本发明运用的是单缝衍射原理，着重对细丝衍射图像的处理进行研究，通过计 算机对图像的处理能够得到实时的细丝的直径。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为解决上述问题，提供了一种非接触式在线测量细丝直径的装置 及方法。
[0005] 为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种非接触式在线测量细丝直径 的装置，包括光具座，激光器，光栅架，摄像头，光屏，暗箱，计算机，所述的激光器、光栅架、 摄像头以及光屏从左到右依次设置在所述的光具座上，其中激光器用于发射激光，光栅架 上放置有细丝，所述的细丝坚直放置，并通过光栅架将其拉直，光束穿过所述的细丝射向光 屏，所述的摄像头以及光屏被暗箱罩住，在所述的暗箱上留有激光束入口，摄像头对准所述 的光屏用于采集光屏上的图像，摄像头与计算机相连接，将采集的图像送入计算机内。
[0006] 本发明还公开了一种非接触式在线测量细丝直径的方法，包括如下步骤：
[0007] (1)、摄像头将光屏上的图像采集后送入计算机内；
[0008] (2)计算机matlab软件对细丝的衍射图像进行实时的读取；
[0009] (3)、利用Matlab读取这个图像建立相对应的mXnX3的三维数组；
[0010] (4)、将细丝衍射图像进行RGB矩阵化处理，选取颜色强度分量变化最多的一行即 为衍射条纹所在行；
[0011] (5)、将衍射条纹所在行的像素的颜色分量值提取出，计算得到该像素的颜色强度 M0
[0012] ￠)、再将该行每一个像素的列标度和颜色强度组成一个新的二维数组，根据这个 新的数组做出衍射条纹光强分布图；
[0013] (7)、取第一到第五级暗纹中心点对应的横坐标，通过逐差法处理，得到相邻暗纹 中心点横坐标的差值，计算出拍摄图像中相邻暗条纹之间的距离。
[0014] (8)、通过确定摄像头的位置和焦距，确定一个比例系数h，用比例系数h来消除拍 摄图像和实际呈像之间的误差。
[0015] (9)、在h值确定后，将拍摄图像中相邻暗条纹之间的距离和实际呈像中相邻暗条 纹之间的距离进行转化，将转化后的距离代入公式 <=可以精确求解细丝 直径。
【权利要求】
1. 一种非接触式在线测量细丝直径的装置，其特征在于：包括光具座，激光器，光栅 架，摄像头，光屏，暗箱，计算机，所述的激光器、光栅架、摄像头以及光屏从左到右依次设置 在所述的光具座上，其中激光器用于发射激光，光栅架上放置有细丝，所述的细丝坚直放 置，并通过光栅架将其拉直，光束穿过所述的细丝射向光屏，所述的摄像头以及光屏被暗箱 罩住，在所述的暗箱上留有激光束入口，摄像头对准所述的光屏用于采集光屏上的图像，摄 像头与计算机相连接，将采集的图像送入计算机内。
2. -种非接触式在线测量细丝直径的方法，其特征在于：包括如下步骤： (1) 、摄像头将光屏上的图像采集后送入计算机内； (2) 计算机matlab软件对细丝的衍射图像进行实时的读取； (3) 、利用Matlab读取这个图像建立相对应的mXnX3的三维数组； (4) 、将细丝衍射图像进行RGB矩阵化处理，选取颜色强度分量变化最多的一行即为衍 射条纹所在行； (5) 、将衍射条纹所在行的像素的颜色分量值提取出，计算得到该像素的颜色强度M; (6) 、再将该行每一个像素的列标度和颜色强度组成一个新的二维数组，根据这个新的 数组做出衍射条纹光强分布图； (7) 、取第一到第五级暗纹中心点对应的横坐标，通过逐差法处理，得到相邻暗纹中心 点横坐标的差值，计算出拍摄图像中相邻暗条纹之间的距离。 (8) 、通过确定摄像头的位置和焦距，确定一个比例系数h，用比例系数h来消除拍摄图 像和实际呈像之间的误差。 (9) 、在h值确定后，将拍摄图像中相邻暗条纹之间的距离和实际呈像中相邻暗条纹之 间的距离进行转化，将转化后的距离代入公式，其中k= 1，2, 3,…中可以 精确求解细丝直径。
3. 根据权利要求2所述的一种非接触式在线测量细丝直径的方法，其特征在于：所述 的K计算过程包括如下步骤： (1) 、取一根直径确定的细丝，假设细丝直径的真实值为; (2) 、安装测量装置，固定摄像头的位置和焦距，测量真实值为细丝的直径； (3) 、拍摄细丝的衍射图像，计算衍射图像中相邻暗条纹之间的距离，用衍射图像中相 邻暗条纹之间的距离来计算细丝直径SM，得到力=|。 〇测
【文档编号】G01B11/08GK104457599SQ201410851412
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月31日 优先权日:2014年12月31日
【发明者】金远伟, 王娅冰, 张雅男, 顾斌 申请人:南京信息工程大学