一种柱状物体垂直度的非接触式检测装置的制作方法

本专利涉及了一种柱状物体垂直度的非接触式测量装置，主要是针对大型柱状物体垂直度的检测。

背景技术：

柱状工件在装配过程中存在的不平行度在两个方向都可能存在，即水平方向存在不平行度误差和竖直方向存在不平行度误差。因此在装配过程中必须通过一定方式的检测，以判断其装配质量是否满足设计要求。随着生产规模的扩大、生产速度的提高以及越来越严格的质量高要求，传统的人工检测方法已经无法胜任。本专利采用了非接触式的检测方法，利用激光技术与计算机视觉相结合的方法，最终通过图像处理技术来检测柱状物体的垂直度。在特定的工业环境中具有良好的应用前景，垂直度的检测方法简单、直观、高效。

技术实现要素：

为了克服物理接触式直接测量的不足，本专利提供了一种柱状物体垂直度的非接触式测量装置。该方法能够以简单准确快速的手段检测物体的垂直度，同时还能直接输出物体在水平、竖直方向的偏移量。

一种柱状物体垂直度的非接触式检测装置包括一台相机3、第一激光器4-1和第二激光器4-2，其中：

所述的相机3的视场范围为60°，图像分辨率为5K×5K；

所述的第一激光器4-1和第二激光器4-2为半导体激光器；

所述的相机3放置在被测物体2的正前方向；第一激光器4-1和第二激光器4-2分别放置在被测物体(2)的两侧，产生两条长度大于柱状物体直径的水平激光线，两水平激光线竖直相距1m；相机3将柱状物体和两激光线的图像输入工控机，经数据处理后获得柱状物体垂直度。

检测工件垂直度的方法具体有以下步骤：

步骤一：设置覆盖被测柱形物体2的激光线，以激光线作为水平参考系。第一激光器4-1和第二激光器4-2分别发射第一水平激光线1-1和第二水平激光线1-2，水平激光线作为标准水平参考系，其中两条激光线间的竖直距离为D；

步骤二：对相机3拍摄的图形做边缘提取，提取出柱状物体边沿。边缘检测采用边缘算子进行边缘提取，或者采用灰度阈值分割法进行边缘提取。

在一幅图像中，边缘有方向和幅度两个特性。沿着边缘走向的灰度变化平稳，而垂直于边缘走向的灰度变化剧烈。一阶微分是图像边缘和线条检测的最基本方法。基于一阶微分的边缘检测算子主要有Roberts算子、Sobel算子、Laplacian微分算子等。若f(x,y)表示图像在点(x,y)处的像素值，则该点的图像梯度函数近似为：

g(x,y)＝|f(x+1,y)-f(x,y)|+|f(x,y+1)-f(x,y)|

利用边缘算子作用与图像后，得到了用像素点梯度值代替像素灰度的梯度图像，边缘点得到了加强，非边缘点得到了抑制，选取合适的阈值对图像进行二值化，就能得到图像的边缘。用f(x,y)表示图像的灰度，(x,y)表示图像像素的空间坐标，T为阈值，二值化的公式为：

步骤三：计算现实世界中的长度单位与图像像素之间的转换关系；第一水平激光线1-1和第二水平激光线1-2在图像上的像素距离为d，则换算比例为：

N＝D/d

步骤四：计算柱状物体的水平方向偏移量：计算柱状物体顶部与被测物体2的左侧直线2-2和右侧直线2-3的交点A、B到第一水平激光线1-1的图像距离分别为d1、d2，则水平方向的距离差为

步骤五：计算物体的垂直方向偏移量：找到弧线段的中点C，并计算C到第一水平激光线1-1的图像距离为d3，则竖直方向的距离差可表示为：

步骤六：电子气泡输出偏差结果。

与现有技术相比，本专利的优点是：

1、非接触式测量，应用广泛，不受环境限制。

2、操作简单，不需要人工测量。

3、计算简单直接，参数可调。

附图说明：

图1为本专利非接触式柱状垂直度检测装置示意图。

图2为本专利激光线示意图；

图3为本专利非接触式柱状垂直度检测方法原理图。

图4为本专利图像处理边缘检测流程图。

图5为本专利输出检测结果的电子气泡垂直度偏差示意图。

具体实施方式

针对工业检测需求，设计一套装置实现对圆柱形金属件实时的垂直度检测，指导安装。检测需求包括：圆柱形金属件高度1000～2300mm、圆柱形金属件直径350～1200mm、检测精度0.05°～0.1°。设计参数如图2中D＝800mm、相机视场范围θ＝60°、实际工程实现测量精度0.05°，满足设计需求。