[发明专利]非接触式在线测量细丝直径的装置及方法

说明书

技术领域

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

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。

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

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。

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，所述的细丝竖直放置，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。

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：

(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m×n×3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中可以精确求解细丝直径。

作为本发明的一种改进，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S_真。

(2)、安装测量装置，固定摄像头的位置和焦距，测量真实值为S_真细丝的直径。

(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S_测，得到

有益效果：

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。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明细丝衍射原理图；

图3为RGB模式示意图；

图4为细丝衍射图像；

图5为细丝衍射图像中白色所在行的示意图；

图6为衍射条纹光强分布图；

图7为本发明的细丝直径检测算法流程图。

图中各部件为：

1光具座、2激光器、3光栅架、4细丝、5摄像头、6光屏、7暗箱。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。