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一种基于视觉测量的群孔垂直度检测系统和方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于视觉测量的群孔垂直度检测系统，包括：工业相机、基准定位装置、冷光源和垂直度检测系统；待测件有两个相互平行的基准平面，群孔均匀分布且贯穿在两个基准平面之间；工业相机正对基准平面，在冷光源的照明下获得两侧群孔的清晰图像；基准定位装置安装在基准平面上；垂直度检测系统通过基准定位装置校正群孔的图像，并通过图像计算出两组群孔的坐标数据，由两组坐标数据计算出群孔的垂直度。还涉及一种基于视觉测量的群孔垂直度检测方法。本发明具有结构简单、操作方便、效率高、误差小的优点，属于测量【技术领域】。
【专利说明】一种基于视觉测量的群孔垂直度检测系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测量【技术领域】，尤其涉及一种基于视觉测量和图像处理的群孔垂直度检测系统和方法。
【背景技术】
[0002]蒸汽发生器在核电站一回路中的功能是将反应堆内载热剂的热量传递到二回路，使二回路侧介质产生一定压力的蒸汽经一、二级汽水分离器干燥后供汽轮机工作，其品质直接影响电站的功率与效率。蒸汽发生器在用于水蒸汽热量交换提供蒸汽动力的同时，还起着阻隔放射性载热剂的作用，在安全等级上属I级设备，必须具备极高的可靠性和安全性。管板加工是蒸汽发生器中技术要求最高、制造难度最大的关键工序之一。根据设计，蒸汽发生器的管板的总厚度为584.58毫米，其中镍基合金堆焊层6.4mm。管板加工就是在管板上枪钻9280个呈矩形排列的中1930管孔，管板具有两个相互平行的基准平面，群孔均匀分布且贯穿在两个基准平面之间，各个孔的轴线均垂直于基准平面。深孔垂直度的偏差将直接影响到之后支撑板的安装，及在近万个管孔内能否顺利、准确的穿过长达十几米的U型管束。
[0003]传统的深孔垂直度测量方法是利用芯棒模拟中心轴线，将芯棒插入被测孔中，以端面为基准面，测量中心轴线与端面的角度偏差。但是若被测孔尺寸较小或孔深很大时，测量误差大且芯棒制造困难。此外现有技术中也有利用三坐标进行测量的方法，但是由于设备昂贵且受到场地以及工件大小的限制对于管板零件不适用。
[0004]综上所述，现有技术中对深孔垂直度测量有以下限制和缺陷:1，人为读取记录测量数据，误差较大，测量精度以及测量效率均较低；2，现有技术采用芯棒模拟法，被测孔的测量长度受到芯棒长度的限制，无法实现方便快捷的测量，且由于芯棒与被测孔之间为间隙配合，所带来的误差较大；3，由于孔数量非常多，测量时间长，测量记录数据易混淆。因此其垂直度检测急需一种快速高效、精度高的非接触式检测方法。

【发明内容】

[0005]针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是:提供一种非接触式的、自动进行群孔测量和垂直度计算的基于视觉测量的群孔垂直度检测系统和方法。
[0006]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]一种基于视觉测量的群孔垂直度检测系统，包括:工业相机、基准定位装置、冷光源和垂直度检测系统；待测件有两个相互平行的基准平面，群孔均匀分布且贯穿在两个基准平面之间；工业相机正对基准平面，在冷光源的照明下获得两侧群孔的清晰图像；基准定位装置安装在基准平面上；垂直度检测系统通过基准定位装置校正群孔的图像，并通过图像计算出两组群孔的坐标数据，由两组坐标数据计算出群孔的垂直度。
[0008]待测件中，群孔包括多个矩形阵列排布的孔，孔的轴线垂直于基准平面。即多个孔相互平行，贯穿在两个基准平面之间。[0009]基准定位装置包括四根围成矩形的基准尺；基准尺将待测群孔包围在内。
[0010]基准尺的两端设有高亮人工回光反射标志，基准尺的测量精度小于5um，基准尺的下端面的平面度小于IOum,基准尺的最大厚度差为20um。其中，闻売人工回光反射标志用于进行工业相机的坐标标定；基准尺的长度经三坐标机测量标定和温度改正后精度优于5um，基准尺的测量精度指的是所测量的长度相对于被测量真值的偏离程度；基准尺的下端面经铣磨后平面度优于lOum，优选基准尺下端面的平面度和基准尺的最大厚度是为了保证基准尺与基准面紧密贴合。
[0011]基准尺的材料为高强度铬钨锰合金。此外，基准尺也可选用具有膨胀系数小或相对稳定的要求的其他材料。
[0012]基准尺通过螺丝固定为矩形；基准定位装置还包括若干与基准尺相接的定位柱。定位柱为圆锥体与在待测件上选择固定孔进行轴心重合的配合。
[0013]垂直度检测系统包括:图像处理系统、数据处理模块和输出显示模块；图像处理系统将清晰的图像进行处理并得到各个孔的中心坐标；数据处理模块将各个孔的中心坐标进行垂直度换算；输出显示模块将最终结果进行输出。
[0014]图像处理系统包括:读取图像模块、图像预处理模块、坐标边缘位置模块、Canny模块、边缘识别模块和椭圆拟合模块；图像预处理模块包括:图像灰度化子模块、图像滤波子模块和图像二值化子模块。读取图像模块的作用是提取出视频图像的帧频率以及图像的分辨率信息，图像预处理模块是对图像进行灰度化处理，滤波处理以及二值化处理，坐标边缘位置模块是对图像的边缘位置进行识别，Canny模块和边缘识别模块分别用于对图像边缘便于进行提取和细化，椭圆拟合模块是对所提取的圆的边缘进一步修整得到最佳椭圆。
[0015]一种基于视觉测量的群孔垂直度检测方法，包括如下步骤:
[0016]a.将待测件的一侧基准平面上的群孔分区并标注:第一次测量时，将左上方的孔
标定为(1，1)孔，标号由左到右、由上到下递增，即
【权利要求】
1.一种基于视觉测量的群孔垂直度检测系统，其特征在于:包括:工业相机、基准定位装置、冷光源和垂直度检测系统； 待测件有两个相互平行的基准平面，群孔均匀分布且贯穿在两个基准平面之间；工业相机正对基准平面，在冷光源的照明下获得两侧群孔的清晰图像； 基准定位装置安装在基准平面上； 垂直度检测系统通过基准定位装置校正群孔的图像，并通过图像计算出两组群孔的坐标数据，由两组坐标数据计算出群孔的垂直度。
2.按照权利要求1所述的一种基于视觉测量的群孔垂直度检测系统，其特征在于:所述待测件中，群孔包括多个矩形阵列排布的孔，孔的轴线垂直于基准平面。
3.按照权利要求1所述的一种基于视觉测量的群孔垂直度检测系统，其特征在于:所述基准定位装置包括四根围成矩形的基准尺；基准尺将待测群孔包围在内。
4.按照权利要求3所述的一种基于视觉测量的群孔垂直度检测系统，其特征在于:所述基准尺的两端设有高亮人工回光反射标志，基准尺的测量精度小于5um，基准尺的下端面的平面度小于IOum,基准尺的最大厚度差为20um。
5.按照权利要求3所述的一种基于视觉测量的群孔垂直度检测系统，其特征在于:所述基准尺的材料为高强度铬钨锰合金。
6.按照权利要求3所述的一种基于视觉测量的群孔垂直度检测系统，其特征在于:所述基准尺通过螺丝固定为矩形；基准定位装置还包括若干与基准尺相接的定位柱。
7.按照权利要求1所述的一种基于视觉测量的群孔垂直度检测系统，其特征在于:所述垂直度检测系统包括:图像处理系统、数据处理模块和输出显示模块；图像处理系统将清晰的图像进行处理并得到各个孔的中心坐标； 数据处理模块将各个孔的中心坐标进行垂直度换算； 输出显示模块将最终结果进行输出。
8.按照权利要求7所述的一种基于视觉测量的群孔垂直度检测系统，其特征在于: 所述图像处理系统包括:读取图像模块、图像预处理模块、坐标边缘位置模块、 Canny模块、边缘识别模块和椭圆拟合模块； 图像预处理模块包括:图像灰度化子模块、图像滤波子模块和图像二值化子模块。
9.一种基于视觉测量的群孔垂直度检测方法，其特征在于:包括如下步骤: a.将待测件的一侧基准平面上的群孔分区并标注:第一次测量时，将左上方的孔标定
为(1，1)孔，标号由左到右、由上到下递增，即
10.按照权利要求9所述的一种基于视觉测量的群孔垂直度检测方法，其特征在于:所述步骤C至6中，先由读取图像模块读取图片，再由图像预处理模块将所获取的图片经图像灰度化子模块处理后，由图像滤波子模块进行滤波，由图像二值化子模块提出各个孔的中心和边缘的数值，最后以基准定位装置的长度作为控制基准，利用长度约束条件列出误差方程组，解算出图片的必要外方位元素，依据图像坐标倾斜纠正和正直摄影理论，得到待测件表面群孔的实际坐标。
【文档编号】G01B11/26GK103940374SQ201410141149
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月9日 优先权日:2014年4月9日
【发明者】汤勇, 唐陶, 陆龙生, 张仕伟 申请人:华南理工大学