[发明专利]高精度视觉检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于机械制造、航空航天、家电和汽车等生产和计量测试等领域的高精度非接触测试装置。

背景技术

随着现代科技的发展，机械制造、航空航天、家电和汽车等领域的机器设备都向着微小型和高集成化方向发展，高精度关键部件的生产制造的需求也日益增加，对高精度的检测技术也提出了更高的要求，没有测量就没有制造，如果检测技术得不到所需的精度要求，也就谈不到制造技术可以得到多高的制造精度，因为没有手段可以来验证制造精度是否已得到了所需的精度。光电探测器和图像处理技术的日益完善，使得当前针对各种具体应用研制开发的高精度非接触在线视觉检测系统得到广泛应用，但由于受环境、目标特征形貌、杂光等因素等的影响，目前的检测系统很难满足检测精度的需求。因此，本发明提出一种有效抑制环境干扰、精确长度基准和精确调焦的高精度非接触检测系统。

发明内容

本发明的技术解决问题是：为机械制造、航空航天、家电和汽车等领域提供高精度非接触检测手段，本发明设计了能准确提供大范围长度基准的数字化标尺系统，既解决了传统光学仪器的长度测量数字化，也解决了光栅等长度测量装置因累积误差带来的测量不确定度，从而有效提高了系统检测精度；设计了可根据工件表面反射率、工件表面与成像系统光轴角度、工作距离等测量条件自适应调整光强的照明光源系统，以保证光学成像系统始终能采集到高质量的图像，从而保证系统检测重复性和精度；设计了可自动调节光学成像系统与被测工件距离的自动调焦系统，保证光学成像系统的放大倍率恒定和采集到高清晰度的图像，也从而保证系统检测重复性和精度。

本发明的技术解决方案：高精度视觉检测系统，其特征在于包括：

数字化标尺系统，用于提供大范围的高精度长度检测基准；

自适应调整光强照明系统，用于根据测量距离、测量角度和被测工件表面反射率的不同自适应调整光强，提供均匀稳定的光照强度以保证视觉检测系统的成像质量和检测精度；

自动调焦系统，用于自动调节检测系统工作距离，以保证检测系统采集的图像具有很好的质量和恒定的放大率，从而保证检测系统的重复性和检测精度；

光学成像系统，用于将被测工件的几何形貌经光学镜头成像、摄像机光电转换和采集控制电路等送入计算机或处理器的部件；

视觉检测软件，用于对输入计算机或微处理器的图像进行处理获得检测结果；

底座，用于固定、支撑和移动系统中各个部件；

计算机或微处理系统，是整个视觉检测系统的的核心器件，用于协调和控制各系统。

本发明的工作原理：X向和Y向数字化标尺系统分别拾取纵、横方向上摄像机光敏面在机器坐标中的位置信息，两个方向上的数字化标尺系统各带一个摄像机，摄像机采集的信号经图像图像采集控制电路送入计算机，计算机通过图像处理技术确定两个方向的坐标值；自适应调整光强照明系统采用图像质量评价函数对光学成像系统采集的图像质量进行判断，计算机根据判断结果调整照明光源的电源的输出电流或电压，从而控制照明光源的输出光强，保证被测工件始终处于最佳照明状态，光学成像始终采集到最佳质量的图像，保证检测系统的重复性和精度。自动调焦系统控制摄像机和光学成像镜头上下移动并连续采集图像，然后使用连续采集的图像根据自动调焦函数得到检测系统的离焦信息，再根据离焦信息进一步控制驱动控制系统移动摄像机和光学成像镜头，使得被测工件处于光学成像镜头的焦点处。被测工件的轮廓信息经光学系统镜头后成像在摄像机的光敏面上，摄像机进行光电转换将光强信号转换为电学信号，然后经图像采集控制电路将件轮廓信息送入计算机。视觉检测软件对送入到计算机的信息进行图像预处理、图像识别和图像理解等一系列处理得到被测工件轮廓，并将轮廓信息和轮廓位置信息合成，得到被测工件的尺寸或坐标。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)采用稳定性好、抗干扰能力强的绝对码标尺为标准量，用图像测量法拾取标尺信号，采用数字识别和亚像素细分技术来判读测量结果的整数部分和小数部分，从而实现长度信息的自动拾取和细分，达到大范围位移信息高精度测量的目的；

(2)可以根据工件表面反射率、工件表面与成像系统光轴角度、工作距离等测量条件，计算机控制自动调整照明光源的光强，以保证光学成像系统始终能采集到高质量的图像；

(3)根据自动调焦函数自动得到检测系统的离焦信息，再根据离焦信息进一步控制驱动控制系统移动摄像机和光学成像镜头，使得被测工件始终处于光学成像镜头的焦点处，以保证光学成像系统具有的恒定放大倍率和采集到高清晰度的图像。