一種基于視覺測量的群孔垂直度檢測系統和方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于視覺測量的群孔垂直度檢測系統，包括：工業相機、基準定位裝置、冷光源和垂直度檢測系統；待測件有兩個相互平行的基準平面，群孔均勻分布且貫穿在兩個基準平面之間；工業相機正對基準平面，在冷光源的照明下獲得兩側群孔的清晰圖像；基準定位裝置安裝在基準平面上；垂直度檢測系統通過基準定位裝置校正群孔的圖像，并通過圖像計算出兩組群孔的坐標數據，由兩組坐標數據計算出群孔的垂直度。還涉及一種基于視覺測量的群孔垂直度檢測方法。本發明具有結構簡單、操作方便、效率高、誤差小的優點，屬于測量【技術領域】。
【專利說明】一種基于視覺測量的群孔垂直度檢測系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及測量【技術領域】，尤其涉及一種基于視覺測量和圖像處理的群孔垂直度檢測系統和方法。
【背景技術】
[0002]蒸汽發生器在核電站一回路中的功能是將反應堆內載熱劑的熱量傳遞到二回路，使二回路側介質產生一定壓力的蒸汽經一、二級汽水分離器干燥后供汽輪機工作，其品質直接影響電站的功率與效率。蒸汽發生器在用于水蒸汽熱量交換提供蒸汽動力的同時，還起著阻隔放射性載熱劑的作用，在安全等級上屬I級設備，必須具備極高的可靠性和安全性。管板加工是蒸汽發生器中技術要求最高、制造難度最大的關鍵工序之一。根據設計，蒸汽發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個呈矩形排列的中1930管孔，管板具有兩個相互平行的基準平面，群孔均勻分布且貫穿在兩個基準平面之間，各個孔的軸線均垂直于基準平面。深孔垂直度的偏差將直接影響到之后支撐板的安裝，及在近萬個管孔內能否順利、準確的穿過長達十幾米的U型管束。
[0003]傳統的深孔垂直度測量方法是利用芯棒模擬中心軸線，將芯棒插入被測孔中，以端面為基準面，測量中心軸線與端面的角度偏差。但是若被測孔尺寸較小或孔深很大時，測量誤差大且芯棒制造困難。此外現有技術中也有利用三坐標進行測量的方法，但是由于設備昂貴且受到場地以及工件大小的限制對于管板零件不適用。
[0004]綜上所述，現有技術中對深孔垂直度測量有以下限制和缺陷:1，人為讀取記錄測量數據，誤差較大，測量精度以及測量效率均較低；2，現有技術采用芯棒模擬法，被測孔的測量長度受到芯棒長度的限制，無法實現方便快捷的測量，且由于芯棒與被測孔之間為間隙配合，所帶來的誤差較大；3，由于孔數量非常多，測量時間長，測量記錄數據易混淆。因此其垂直度檢測急需一種快速高效、精度高的非接觸式檢測方法。
【發明內容】
[0005]針對現有技術中存在的技術問題，本發明的目的是:提供一種非接觸式的、自動進行群孔測量和垂直度計算的基于視覺測量的群孔垂直度檢測系統和方法。
[0006]為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0007]一種基于視覺測量的群孔垂直度檢測系統，包括:工業相機、基準定位裝置、冷光源和垂直度檢測系統；待測件有兩個相互平行的基準平面，群孔均勻分布且貫穿在兩個基準平面之間；工業相機正對基準平面，在冷光源的照明下獲得兩側群孔的清晰圖像；基準定位裝置安裝在基準平面上；垂直度檢測系統通過基準定位裝置校正群孔的圖像，并通過圖像計算出兩組群孔的坐標數據，由兩組坐標數據計算出群孔的垂直度。
[0008]待測件中，群孔包括多個矩形陣列排布的孔，孔的軸線垂直于基準平面。即多個孔相互平行，貫穿在兩個基準平面之間。[0009]基準定位裝置包括四根圍成矩形的基準尺；基準尺將待測群孔包圍在內。
[0010]基準尺的兩端設有高亮人工回光反射標志，基準尺的測量精度小于5um，基準尺的下端面的平面度小于IOum,基準尺的最大厚度差為20um。其中，聞売人工回光反射標志用于進行工業相機的坐標標定；基準尺的長度經三坐標機測量標定和溫度改正后精度優于5um，基準尺的測量精度指的是所測量的長度相對于被測量真值的偏離程度；基準尺的下端面經銑磨后平面度優于lOum，優選基準尺下端面的平面度和基準尺的最大厚度是為了保證基準尺與基準面緊密貼合。
[0011]基準尺的材料為高強度鉻鎢錳合金。此外，基準尺也可選用具有膨脹系數小或相對穩定的要求的其他材料。
[0012]基準尺通過螺絲固定為矩形；基準定位裝置還包括若干與基準尺相接的定位柱。定位柱為圓錐體與在待測件上選擇固定孔進行軸心重合的配合。
[0013]垂直度檢測系統包括:圖像處理系統、數據處理模塊和輸出顯示模塊；圖像處理系統將清晰的圖像進行處理并得到各個孔的中心坐標；數據處理模塊將各個孔的中心坐標進行垂直度換算；輸出顯示模塊將最終結果進行輸出。
[0014]圖像處理系統包括:讀取圖像模塊、圖像預處理模塊、坐標邊緣位置模塊、Canny模塊、邊緣識別模塊和橢圓擬合模塊；圖像預處理模塊包括: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，圖像預處理模塊是對圖像進行灰度化處理，濾波處理以及二值化處理，坐標邊緣位置模塊是對圖像的邊緣位置進行識別，Canny模塊和邊緣識別模塊分別用于對圖像邊緣便于進行提取和細化，橢圓擬合模塊是對所提取的圓的邊緣進一步修整得到最佳橢圓。
[0015]一種基于視覺測量的群孔垂直度檢測方法，包括如下步驟:
[0016]a.將待測件的一側基準平面上的群孔分區并標注:第一次測量時，將左上方的孔
標定為(1，1)孔，標號由左到右、由上到下遞增，即
【權利要求】
1.一種基于視覺測量的群孔垂直度檢測系統，其特征在于:包括:工業相機、基準定位裝置、冷光源和垂直度檢測系統； 待測件有兩個相互平行的基準平面，群孔均勻分布且貫穿在兩個基準平面之間；工業相機正對基準平面，在冷光源的照明下獲得兩側群孔的清晰圖像； 基準定位裝置安裝在基準平面上； 垂直度檢測系統通過基準定位裝置校正群孔的圖像，并通過圖像計算出兩組群孔的坐標數據，由兩組坐標數據計算出群孔的垂直度。
2.按照權利要求1所述的一種基于視覺測量的群孔垂直度檢測系統，其特征在于:所述待測件中，群孔包括多個矩形陣列排布的孔，孔的軸線垂直于基準平面。
3.按照權利要求1所述的一種基于視覺測量的群孔垂直度檢測系統，其特征在于:所述基準定位裝置包括四根圍成矩形的基準尺；基準尺將待測群孔包圍在內。
4.按照權利要求3所述的一種基于視覺測量的群孔垂直度檢測系統，其特征在于:所述基準尺的兩端設有高亮人工回光反射標志，基準尺的測量精度小于5um，基準尺的下端面的平面度小于IOum,基準尺的最大厚度差為20um。
5.按照權利要求3所述的一種基于視覺測量的群孔垂直度檢測系統，其特征在于:所述基準尺的材料為高強度鉻鎢錳合金。
6.按照權利要求3所述的一種基于視覺測量的群孔垂直度檢測系統，其特征在于:所述基準尺通過螺絲固定為矩形；基準定位裝置還包括若干與基準尺相接的定位柱。
7.按照權利要求1所述的一種基于視覺測量的群孔垂直度檢測系統，其特征在于:所述垂直度檢測系統包括:圖像處理系統、數據處理模塊和輸出顯示模塊；圖像處理系統將清晰的圖像進行處理并得到各個孔的中心坐標； 數據處理模塊將各個孔的中心坐標進行垂直度換算； 輸出顯示模塊將最終結果進行輸出。
8.按照權利要求7所述的一種基于視覺測量的群孔垂直度檢測系統，其特征在于: 所述圖像處理系統包括:讀取圖像模塊、圖像預處理模塊、坐標邊緣位置模塊、 Canny模塊、邊緣識別模塊和橢圓擬合模塊； 圖像預處理模塊包括:圖像灰度化子模塊、圖像濾波子模塊和圖像二值化子模塊。
9.一種基于視覺測量的群孔垂直度檢測方法，其特征在于:包括如下步驟: a.將待測件的一側基準平面上的群孔分區并標注:第一次測量時，將左上方的孔標定
為(1，1)孔，標號由左到右、由上到下遞增，即
10.按照權利要求9所述的一種基于視覺測量的群孔垂直度檢測方法，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，再由圖像預處理模塊將所獲取的圖片經圖像灰度化子模塊處理后，由圖像濾波子模塊進行濾波，由圖像二值化子模塊提出各個孔的中心和邊緣的數值，最后以基準定位裝置的長度作為控制基準，利用長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，依據圖像坐標傾斜糾正和正直攝影理論，得到待測件表面群孔的實際坐標。
【文檔編號】G01B11/26GK103940374SQ201410141149
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月9日 優先權日:2014年4月9日
【發明者】湯勇, 唐陶, 陸龍生, 張仕偉 申請人:華南理工大學
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