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一種基于視覺(jué)測(cè)量的群孔垂直度檢測(cè)系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于視覺(jué)測(cè)量的群孔垂直度檢測(cè)系統(tǒng)，包括：工業(yè)相機(jī)、基準(zhǔn)定位裝置、冷光源和垂直度檢測(cè)系統(tǒng)；待測(cè)件有兩個(gè)相互平行的基準(zhǔn)平面，群孔均勻分布且貫穿在兩個(gè)基準(zhǔn)平面之間；工業(yè)相機(jī)正對(duì)基準(zhǔn)平面，在冷光源的照明下獲得兩側(cè)群孔的清晰圖像；基準(zhǔn)定位裝置安裝在基準(zhǔn)平面上；垂直度檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)基準(zhǔn)定位裝置校正群孔的圖像，并通過(guò)圖像計(jì)算出兩組群孔的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，由兩組坐標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算出群孔的垂直度。還涉及一種基于視覺(jué)測(cè)量的群孔垂直度檢測(cè)方法。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、效率高、誤差小的優(yōu)點(diǎn)，屬于測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利說(shuō)明】一種基于視覺(jué)測(cè)量的群孔垂直度檢測(cè)系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于視覺(jué)測(cè)量和圖像處理的群孔垂直度檢測(cè)系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]蒸汽發(fā)生器在核電站一回路中的功能是將反應(yīng)堆內(nèi)載熱劑的熱量傳遞到二回路，使二回路側(cè)介質(zhì)產(chǎn)生一定壓力的蒸汽經(jīng)一、二級(jí)汽水分離器干燥后供汽輪機(jī)工作，其品質(zhì)直接影響電站的功率與效率。蒸汽發(fā)生器在用于水蒸汽熱量交換提供蒸汽動(dòng)力的同時(shí)，還起著阻隔放射性載熱劑的作用，在安全等級(jí)上屬I級(jí)設(shè)備，必須具備極高的可靠性和安全性。管板加工是蒸汽發(fā)生器中技術(shù)要求最高、制造難度最大的關(guān)鍵工序之一。根據(jù)設(shè)計(jì)，蒸汽發(fā)生器的管板的總厚度為584.58毫米，其中鎳基合金堆焊層6.4mm。管板加工就是在管板上槍鉆9280個(gè)呈矩形排列的中1930管孔，管板具有兩個(gè)相互平行的基準(zhǔn)平面，群孔均勻分布且貫穿在兩個(gè)基準(zhǔn)平面之間，各個(gè)孔的軸線均垂直于基準(zhǔn)平面。深孔垂直度的偏差將直接影響到之后支撐板的安裝，及在近萬(wàn)個(gè)管孔內(nèi)能否順利、準(zhǔn)確的穿過(guò)長(zhǎng)達(dá)十幾米的U型管束。
[0003]傳統(tǒng)的深孔垂直度測(cè)量方法是利用芯棒模擬中心軸線，將芯棒插入被測(cè)孔中，以端面為基準(zhǔn)面，測(cè)量中心軸線與端面的角度偏差。但是若被測(cè)孔尺寸較小或孔深很大時(shí)，測(cè)量誤差大且芯棒制造困難。此外現(xiàn)有技術(shù)中也有利用三坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量的方法，但是由于設(shè)備昂貴且受到場(chǎng)地以及工件大小的限制對(duì)于管板零件不適用。
[0004]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)深孔垂直度測(cè)量有以下限制和缺陷:1，人為讀取記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，誤差較大，測(cè)量精度以及測(cè)量效率均較低；2，現(xiàn)有技術(shù)采用芯棒模擬法，被測(cè)孔的測(cè)量長(zhǎng)度受到芯棒長(zhǎng)度的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)方便快捷的測(cè)量，且由于芯棒與被測(cè)孔之間為間隙配合，所帶來(lái)的誤差較大；3，由于孔數(shù)量非常多，測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)量記錄數(shù)據(jù)易混淆。因此其垂直度檢測(cè)急需一種快速高效、精度高的非接觸式檢測(cè)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是:提供一種非接觸式的、自動(dòng)進(jìn)行群孔測(cè)量和垂直度計(jì)算的基于視覺(jué)測(cè)量的群孔垂直度檢測(cè)系統(tǒng)和方法。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種基于視覺(jué)測(cè)量的群孔垂直度檢測(cè)系統(tǒng)，包括:工業(yè)相機(jī)、基準(zhǔn)定位裝置、冷光源和垂直度檢測(cè)系統(tǒng)；待測(cè)件有兩個(gè)相互平行的基準(zhǔn)平面，群孔均勻分布且貫穿在兩個(gè)基準(zhǔn)平面之間；工業(yè)相機(jī)正對(duì)基準(zhǔn)平面，在冷光源的照明下獲得兩側(cè)群孔的清晰圖像；基準(zhǔn)定位裝置安裝在基準(zhǔn)平面上；垂直度檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)基準(zhǔn)定位裝置校正群孔的圖像，并通過(guò)圖像計(jì)算出兩組群孔的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，由兩組坐標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算出群孔的垂直度。
[0008]待測(cè)件中，群孔包括多個(gè)矩形陣列排布的孔，孔的軸線垂直于基準(zhǔn)平面。即多個(gè)孔相互平行，貫穿在兩個(gè)基準(zhǔn)平面之間。[0009]基準(zhǔn)定位裝置包括四根圍成矩形的基準(zhǔn)尺；基準(zhǔn)尺將待測(cè)群孔包圍在內(nèi)。
[0010]基準(zhǔn)尺的兩端設(shè)有高亮人工回光反射標(biāo)志，基準(zhǔn)尺的測(cè)量精度小于5um，基準(zhǔn)尺的下端面的平面度小于IOum,基準(zhǔn)尺的最大厚度差為20um。其中，聞売人工回光反射標(biāo)志用于進(jìn)行工業(yè)相機(jī)的坐標(biāo)標(biāo)定；基準(zhǔn)尺的長(zhǎng)度經(jīng)三坐標(biāo)機(jī)測(cè)量標(biāo)定和溫度改正后精度優(yōu)于5um，基準(zhǔn)尺的測(cè)量精度指的是所測(cè)量的長(zhǎng)度相對(duì)于被測(cè)量真值的偏離程度；基準(zhǔn)尺的下端面經(jīng)銑磨后平面度優(yōu)于lOum，優(yōu)選基準(zhǔn)尺下端面的平面度和基準(zhǔn)尺的最大厚度是為了保證基準(zhǔn)尺與基準(zhǔn)面緊密貼合。
[0011]基準(zhǔn)尺的材料為高強(qiáng)度鉻鎢錳合金。此外，基準(zhǔn)尺也可選用具有膨脹系數(shù)小或相對(duì)穩(wěn)定的要求的其他材料。
[0012]基準(zhǔn)尺通過(guò)螺絲固定為矩形；基準(zhǔn)定位裝置還包括若干與基準(zhǔn)尺相接的定位柱。定位柱為圓錐體與在待測(cè)件上選擇固定孔進(jìn)行軸心重合的配合。
[0013]垂直度檢測(cè)系統(tǒng)包括:圖像處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理模塊和輸出顯示模塊；圖像處理系統(tǒng)將清晰的圖像進(jìn)行處理并得到各個(gè)孔的中心坐標(biāo)；數(shù)據(jù)處理模塊將各個(gè)孔的中心坐標(biāo)進(jìn)行垂直度換算；輸出顯示模塊將最終結(jié)果進(jìn)行輸出。
[0014]圖像處理系統(tǒng)包括:讀取圖像模塊、圖像預(yù)處理模塊、坐標(biāo)邊緣位置模塊、Canny模塊、邊緣識(shí)別模塊和橢圓擬合模塊；圖像預(yù)處理模塊包括:圖像灰度化子模塊、圖像濾波子模塊和圖像二值化子模塊。讀取圖像模塊的作用是提取出視頻圖像的幀頻率以及圖像的分辨率信息，圖像預(yù)處理模塊是對(duì)圖像進(jìn)行灰度化處理，濾波處理以及二值化處理，坐標(biāo)邊緣位置模塊是對(duì)圖像的邊緣位置進(jìn)行識(shí)別，Canny模塊和邊緣識(shí)別模塊分別用于對(duì)圖像邊緣便于進(jìn)行提取和細(xì)化，橢圓擬合模塊是對(duì)所提取的圓的邊緣進(jìn)一步修整得到最佳橢圓。
[0015]一種基于視覺(jué)測(cè)量的群孔垂直度檢測(cè)方法，包括如下步驟:
[0016]a.將待測(cè)件的一側(cè)基準(zhǔn)平面上的群孔分區(qū)并標(biāo)注:第一次測(cè)量時(shí)，將左上方的孔
標(biāo)定為(1，1)孔，標(biāo)號(hào)由左到右、由上到下遞增，即
【權(quán)利要求】
1.一種基于視覺(jué)測(cè)量的群孔垂直度檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括:工業(yè)相機(jī)、基準(zhǔn)定位裝置、冷光源和垂直度檢測(cè)系統(tǒng)； 待測(cè)件有兩個(gè)相互平行的基準(zhǔn)平面，群孔均勻分布且貫穿在兩個(gè)基準(zhǔn)平面之間；工業(yè)相機(jī)正對(duì)基準(zhǔn)平面，在冷光源的照明下獲得兩側(cè)群孔的清晰圖像； 基準(zhǔn)定位裝置安裝在基準(zhǔn)平面上； 垂直度檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)基準(zhǔn)定位裝置校正群孔的圖像，并通過(guò)圖像計(jì)算出兩組群孔的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，由兩組坐標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算出群孔的垂直度。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種基于視覺(jué)測(cè)量的群孔垂直度檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述待測(cè)件中，群孔包括多個(gè)矩形陣列排布的孔，孔的軸線垂直于基準(zhǔn)平面。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種基于視覺(jué)測(cè)量的群孔垂直度檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述基準(zhǔn)定位裝置包括四根圍成矩形的基準(zhǔn)尺；基準(zhǔn)尺將待測(cè)群孔包圍在內(nèi)。
4.按照權(quán)利要求3所述的一種基于視覺(jué)測(cè)量的群孔垂直度檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述基準(zhǔn)尺的兩端設(shè)有高亮人工回光反射標(biāo)志，基準(zhǔn)尺的測(cè)量精度小于5um，基準(zhǔn)尺的下端面的平面度小于IOum,基準(zhǔn)尺的最大厚度差為20um。
5.按照權(quán)利要求3所述的一種基于視覺(jué)測(cè)量的群孔垂直度檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述基準(zhǔn)尺的材料為高強(qiáng)度鉻鎢錳合金。
6.按照權(quán)利要求3所述的一種基于視覺(jué)測(cè)量的群孔垂直度檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述基準(zhǔn)尺通過(guò)螺絲固定為矩形；基準(zhǔn)定位裝置還包括若干與基準(zhǔn)尺相接的定位柱。
7.按照權(quán)利要求1所述的一種基于視覺(jué)測(cè)量的群孔垂直度檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述垂直度檢測(cè)系統(tǒng)包括:圖像處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理模塊和輸出顯示模塊；圖像處理系統(tǒng)將清晰的圖像進(jìn)行處理并得到各個(gè)孔的中心坐標(biāo)； 數(shù)據(jù)處理模塊將各個(gè)孔的中心坐標(biāo)進(jìn)行垂直度換算； 輸出顯示模塊將最終結(jié)果進(jìn)行輸出。
8.按照權(quán)利要求7所述的一種基于視覺(jué)測(cè)量的群孔垂直度檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于: 所述圖像處理系統(tǒng)包括:讀取圖像模塊、圖像預(yù)處理模塊、坐標(biāo)邊緣位置模塊、 Canny模塊、邊緣識(shí)別模塊和橢圓擬合模塊； 圖像預(yù)處理模塊包括:圖像灰度化子模塊、圖像濾波子模塊和圖像二值化子模塊。
9.一種基于視覺(jué)測(cè)量的群孔垂直度檢測(cè)方法，其特征在于:包括如下步驟: a.將待測(cè)件的一側(cè)基準(zhǔn)平面上的群孔分區(qū)并標(biāo)注:第一次測(cè)量時(shí)，將左上方的孔標(biāo)定
為(1，1)孔，標(biāo)號(hào)由左到右、由上到下遞增，即
10.按照權(quán)利要求9所述的一種基于視覺(jué)測(cè)量的群孔垂直度檢測(cè)方法，其特征在于:所述步驟C至6中，先由讀取圖像模塊讀取圖片，再由圖像預(yù)處理模塊將所獲取的圖片經(jīng)圖像灰度化子模塊處理后，由圖像濾波子模塊進(jìn)行濾波，由圖像二值化子模塊提出各個(gè)孔的中心和邊緣的數(shù)值，最后以基準(zhǔn)定位裝置的長(zhǎng)度作為控制基準(zhǔn)，利用長(zhǎng)度約束條件列出誤差方程組，解算出圖片的必要外方位元素，依據(jù)圖像坐標(biāo)傾斜糾正和正直攝影理論，得到待測(cè)件表面群孔的實(shí)際坐標(biāo)。
【文檔編號(hào)】G01B11/26GK103940374SQ201410141149
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】湯勇, 唐陶, 陸龍生, 張仕偉 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)