用于结构钢丝视觉测量系统的工装的制作方法

本实用新型涉及的是一种测量工装，具体是一种用于结构钢丝视觉测量系统的工装。

背景技术：

结构钢丝是一种新型钢缆。结构钢丝一般具有规律性变形结构，也称变形钢丝。目前结构钢丝主要为具有螺旋结构的钢丝，所以有人也称之为螺旋钢丝。与传统的直型光面钢丝相比，结构钢丝具有更高的强度与韧性。结构钢丝与混凝土或其他材料具有更好的结合力、附着力、摩擦力、握裹力等。因此，采用结构钢丝制成的混凝土制件、帘子布、轮胎等具有更高的强度与寿命，性价比远远超过普通直型光面钢丝。因此，结构钢丝近年来成为国内外发展的热点。

由于结构钢丝的自身结构特性，其形状已经属于典型的三维空间问题。因此，结构钢丝的检测面临着巨大的难度和困难。特别是螺旋状空间结构的钢丝，在两个正交方向上的波形高度与宽度(即波长)都是不一样的，无法采用常规螺旋丝的方法进行检测。

目前结构钢丝的生产商一般采用其他测量通用仪器，例如投影测量仪、视觉测量仪等，在结构钢丝的不同位置、不同回转角度条件下观测钢丝投影图，然后通过人工操作选择一些特征点，最后通过这些特征点的坐标来计算的结构钢丝的波高与波长等参数。

但是，上述测量方法存在诸多问题与弊端：

一是人工操作效率低下，一段结构钢丝的检测超出需要数分钟，验证影响生产检验效率；

二是人工目视选点进行测量，常常收到操作者的目视能力和身体状态影响，测量精度不高，测量结果可信度差；

三是结构钢丝的不同位置的波高与波长不仅相同，单一位置的测量结果与其他位置常常存在一定差异；

四是不同回转角度条件下得到的测量结果不一定是最大波高，有可能是存在一定角度偏差而出现投影误差。

技术实现要素：

本实用新型针对目前结构钢丝检测普遍存在的效率低、时间长、精度差、劳动强度大、可靠性低的现状，提出一种基于计算机视觉技术的结构钢丝全自动测量仪及方法，可实现结构钢丝的非接触全自动测量。针对这种视觉测量系统提出一种自动化测量工装，实现结构钢丝结构参数的全自动测量。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型提出一种基于计算机视觉的结构钢丝全自动测量仪，包括光源、测量工装、镜头、相机、支架、底座和计算机，其中：测量工装固定于底座之上，用于将被测结构钢丝拉直并且定位，同时可以驱动被测结构钢丝连续转动；光源置于测量工装下方，用于给测量工装提供背光照明；镜头和相机置于测量工装的上方并可靠固定于支架上，用于对准并聚焦于测量工装内的被测结构钢丝；相机的输出接口连接到计算机；计算机进行数据处理，得到所需的测量结果。

本实用新型的测量工装的特殊之处在于，所述的测量工装由锁紧机构、定位机构、回转轴系、传动机构、工装支架等几个部分组成。工装支架为长方体框架形式，用于支撑其他各个机构；工装支架的左右两侧各安装一个定位机构，负责将被测结构钢丝的空间位置固定，避免位置变动而产生测量误差；工装支架的左右两侧各安装一个锁紧机构，负责将被测钢丝拉紧后锁紧，避免张力产生变化而影响测量结果；工装支架左右两侧的定位机构与锁紧机构分别安装在两个回转轴系之上，从而可以实现带动被测钢丝转动；电机布置于工装支架的底部后侧，用于驱动被测钢丝连续转动，以实现360度的三维结构参数检测；传动机构用于将电机的转动力矩传递到定位机构，以便实现带动被测结构钢丝转动。

本实用新型的定位机构的特殊之处在于，所述的定位机构采用小型内孔定位方式。定位机构的内孔分为三段：

第一段为锥孔，便于手工穿入钢丝，以便提高操作效率。

第二段为定位孔，定位孔直径略大于被测钢丝的直径，以保证被测钢丝可以顺利穿入。小孔直径与钢丝直径之差应小于镜头的景深范围，限制被测钢丝的径向晃动量，以便保证测量精度。

第三段为减重孔，主要用于减轻定位机构重量，降低加工难度。

本实用新型的定位机构的特殊之处还在于，所述的定位机构外形采用阶梯轴方式。定位机构的阶梯分为大径、中径、小径三段：

第一段为大径，满足内部锥孔和定位孔的尺寸需要。

第二段为中径，用于安装回转轴系。

第三段为小径，主要用于安装锁紧机构。小径外圆制有外螺纹，沿径向方向制有通槽，槽宽度略大于被测钢丝直径，槽长度直抵小径与中径的台阶立面位置。

此外，为了提高耐用性，本实用新型的定位机构的材质应采用耐磨材料制成，例如不锈钢、硬质合金等。

本实用新型的回转轴系的特殊之处在于，所述的回转轴系采用双轴承形式，一个轴承为向心轴承，承受径向载荷；另一个轴承采用向心推力轴承，可以同时承受径向载荷与轴向载荷。两个轴承的内径与定位机构的中径一致，两个轴承的距离与定位机构的中径段长度相适合。

本实用新型的锁紧机构的特殊之处在于，所述的锁紧机构采用简单的螺纹旋紧、端面压紧的方式进行被测钢丝的可靠固定。锁紧机构外形为星星把手胡滚花，便于手工旋转操作。锁紧机构内制作内螺纹，内螺纹规格与定位机构小径段的外螺纹一致。当被测钢丝穿过定位机构之后，将被测钢丝自由端拉起，嵌入定位机构小径段的通槽之内，并靠紧小径段与中径段台阶的立面。此时将锁紧机构旋入定位机构的小径段，直至将被测钢丝紧紧压在定位机构小径段与中径段的台阶立面上，从而实现被测钢丝的可靠固定，而且操作快速、方便。

本实用新型的电机的特殊之处在于，所述的电机是低速大扭矩电机，以保证被测钢丝旋转的低速与平稳。

本实用新型的电机的特殊之处还在于，所述的电机是双轴伸电机，前后两个输出轴同步转动，从而可以通过传动机构驱动两端的定位机构与锁紧机构同步转动，从而实现被测钢丝的转动。

本实用新型的传动机构的特殊之处在于，所述的传动机构采用简单的圆柱齿轮传动，实现主动轮与被动轮的传动。

本实用新型的传动机构的特殊之处在于，所述的传动机构的主动轮与被动轮的齿数是可以通过设计来改变的，由此可以改变被测钢丝的转动速度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的特征、目的和优点将会变得更加清晰：

图1为测量系统的总图组成结构示意图。

图2为测量工装的组成结构示意图。

图3为定位机构结构示意图。

图4为回转轴系的结构示意图。

图5为锁紧机构的结构示意图。

图6为双轴伸电机示意图。

图7为传动机构结构组成示意图。

图中，1为背光源，2为测量工装，3为被测结构钢丝，4为镜头，5为相机，6为支架，7为底座，8为电缆，9为计算机，10为锁紧机构，11为定位机构，12为回转轴系，13为电机，14为传动机构，15为工装支架，16为向心轴承，17为向心推力轴承。

具体实施方式

下面结合附图和实施例做详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

本实用新型提出一种基于计算机视觉的结构钢丝全自动测量仪，包括光源1、测量工装2、镜头4、相机5、支架6、底座7、电缆8和计算机9，其中：测量工装2固定于底座7之上，用于将被测结构钢丝3拉直并且定位，同时可以驱动被测结构钢丝3连续转动；背光源1置于测量工装2下方，用于给被测结构钢丝3提供背光照明；镜头4和相机5置于测量工装2的上方并可靠固定于支架6之上，用于对准并聚焦于测量工装2内的被测结构钢丝3；相机5的视频输出通过电缆8连接到计算机9；计算机9进行数据处理，得到所需的结构参数测量结果。

本实用新型的测量工装2的特殊之处在于，所述的测量工装2由锁紧机构10、定位机构11、回转轴系12、电机13、传动机构14、工装支架15等几个部分组成，如图2所示。工装支架15为长方体框架形式，用于支撑其他各个机构；工装支架15的左右两侧各安装一个定位机构11，负责将被测结构钢丝3的空间位置固定，避免其位置变动而产生测量误差；工装支架15的左右两侧还各安装一个锁紧机构10，负责将被测钢丝3拉紧后锁紧，避免张力产生变化而影响测量结果；工装支架15左右两侧的定位机构11与锁紧机构10分别安装在两个回转轴系12之上，从而可以实现带动被测钢丝3转动；电机13布置于工装支架15的底部后侧，用于驱动被测钢丝3连续转动，以实现360度的三维结构参数检测；传动机构14用于将电机13的转动力矩传递到定位机构11，以便实现带动被测结构钢丝3转动。

本实用新型的定位机构11的特殊之处在于，所述的定位机构11采用小型内孔定位方式，如图3所示。定位机构的内孔分为三段：

第一段为锥孔，便于手工穿入钢丝，以便提高操作效率。例如，采用90°、60°的锥孔。

第二段为定位孔，定位孔直径略大于被测钢丝3的直径，以保证被测钢丝3可以顺利穿入。小孔直径与钢丝3直径之差应小于镜头4的景深范围，限制被测钢丝3的径向晃动量，以便保证测量精度。例如，对于直径0.1mm的家被测结构钢丝3，假设镜头4的景深为1mm，则定位机构11的小孔直径应不超过1.1mm为宜。

第三段为减重孔，主要用于减轻定位机构11重量，降低加工难度。

本实用新型的定位机构11的特殊之处还在于，所述的定位机构11外形采用阶梯轴方式，如图3所示。定位机构的阶梯分为径、中径、小径三段：

第一段为大径，满足内部锥孔和定位孔的尺寸需要。

第二段为中径，用于安装回转轴系12。

第三段为小径，主要用于安装锁紧机构10。小径外圆制有外螺纹，沿径向方向制有通槽，槽宽度略大于被测钢丝直径，槽长度直抵小径与中径的台阶立面位置。

此外，为了提高耐用性，本实用新型的定位机构11的材质应采用耐磨材料制成，例如不锈钢、硬质合金等。

本实用新型的回转轴系12的特殊之处在于，所述的回转轴系12采用双轴承形式，如图4所示。一个轴承为向心轴承16，例如可以采用单列向心球轴承，用来承受径向载荷；另一个轴承采用向心推力轴承17，例如可以采用向心推力球轴承，可以同时承受径向载荷与轴向载荷。两个轴承的内径与定位机构11的中径一致，两个轴承的距离与定位机构11的中径段长度相适合。例如，假设定位机构11中径段的直径为10mm，长度为20mm，则轴承内径为10mm，两个轴承外缘距离不超过20mm。

本实用新型的锁紧机构10的特殊之处在于，所述的锁紧机构10采用简单的螺纹旋紧、端面压紧的方式进行被测钢丝3的可靠固定，如图5所示。锁紧机构10外形为星星把手或滚花，便于手工旋转操作。锁紧机构10内制作内螺纹，内螺纹规格与定位机构11小径段的外螺纹一致。当被测钢丝3穿过定位机构11之后，将被测钢丝3自由端拉起，嵌入定位机构11小径段的通槽之内，并靠紧小径段与中径段台阶的立面。此时将锁紧机构10旋入定位机构11的小径段，直至将被测钢丝3紧紧压在定位机构小径段与中径段的台阶立面上，从而实现被测钢丝3的可靠固定，而且操作快速、方便。

本实用新型的电机13的特殊之处在于，所述的电机13是低速大扭矩电机，以保证被测钢丝旋转的低速与平稳。例如，为了实现被测钢丝3每转动一周的时间为10秒，假设传递机构14的传动比为1:1，则电机13的输出轴转速应为60/10＝6r/m。

另一方面，所属的电机是双轴伸电机，前后两个输出轴同步转动，如图6所示。从而可以通过传动机构14来驱动两端的定位机构11与锁紧机构10同步转动，从而实现被测钢丝3的转动。

本实用新型的传动机构14的特殊之处在于，所述的传动机构14采用简单的圆柱齿轮传动，实现主动轮与被动轮的传动。如图7所示，

本实用新型的传动机构的特殊之处在于，所述的传动机构的主动轮与被动轮的齿数是可以通过设计来改变的，由此可以改变被测钢丝的转动速度。例如，主动轮齿数为56，从动轮齿数为28，则传动比为28:56＝1:2，被测钢丝3的转速为电机13转速的2倍。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：采用测量工装之后，可以同时实现三个方面的功能：一是对被测钢丝进行准确定位，避免钢丝晃动产生的测量误差；二是可以拉紧被测钢丝，是的测量过程平稳；三是可以实现被测钢丝的连续转动，满足视觉方法测量钢丝三维立体结构参数的要求。