本發(fā)明涉及機器視覺三維檢測，特別是一種基于投影條紋的沖擊試樣視覺檢測裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、夏比沖擊試驗對試樣的幾何形狀和尺寸有嚴(yán)格的要求，如v型口或u型口的深度、角度和根部半徑等，這些參數(shù)的微小變化都可能影響后續(xù)沖擊試驗的測量結(jié)果，因此，沖擊試樣尺寸與缺口角度參數(shù)檢測具有非同尋常的意義。

2、當(dāng)下對沖擊試樣的檢測主要依賴于工作人員使用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測量，這樣的測量方式較為繁瑣，且人工測量所帶來的操作誤差較大除了人工測量的方法外，還有使用沖擊試驗缺口投影儀進(jìn)行缺口檢測的方法，該方法利用光學(xué)放大原理，將試樣缺口成像在投影屏上，并與測量樣板對比，以判斷缺口是否合格。但這樣的方法僅僅測量了試樣缺口的相關(guān)參數(shù)，對三維尺寸參數(shù)并沒有進(jìn)行測量，且測量設(shè)備昂貴，操作繁瑣，測量效率低。

3、同時隨著視覺技術(shù)的發(fā)展，基于機器視覺的測量方法應(yīng)用越來越廣泛，但在常見的視覺測量方法中，需要對相機進(jìn)行標(biāo)定且標(biāo)定過程較為繁瑣復(fù)雜，存在數(shù)據(jù)處理速度較慢的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于投影條紋的沖擊試樣視覺檢測裝置及方法，大幅降低了硬件成本，通過對條紋圖像的投影來獲得垂直于投影面的尺寸參數(shù)，解決了一張二維圖像只能獲得兩個維度的尺寸參數(shù)的問題，同時提升了數(shù)據(jù)處理效率，實現(xiàn)了對三維尺寸與缺口角度參數(shù)的高效率、高精度測量。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于投影條紋的沖擊試樣視覺檢測裝置，包括投影燈、二維相機、擺放平臺、分光鏡、數(shù)據(jù)線和圖像處理單元；所述投影燈投射正弦條紋于沖擊試樣及擺放平臺的表面，用以測量沖擊試樣垂直于投影面的尺寸參數(shù)；所述二維相機對沖擊試樣和擺放平臺的投影表面進(jìn)行圖像采集，并將采集到的圖像信息由數(shù)據(jù)線傳輸至圖像處理單元；所述圖像處理單元對所采集的圖像進(jìn)行處理分析，以獲取沖擊試樣的三維尺寸及缺口角度參數(shù)。

3、在一較佳的實施例中，所述投影燈包括led光源和條紋薄片，所述led光源通過照射條紋薄片將條紋圖像投影至待測結(jié)構(gòu)表面。

4、在一較佳的實施例中，所述二維相機包括面陣傳感器、集成電路板、成像鏡頭、設(shè)備接口和電源。成像范圍可以根據(jù)投影條紋所在像素區(qū)域進(jìn)行縮小，以提高相機的采樣幀率。所述二維相機對投影條紋進(jìn)行采集時其成像光軸與投影條紋平面垂直，將投影條紋置于二維相機圖像的中心位置成像。

5、在一較佳的實施例中，所述投影燈的投影方向與分光鏡的反射面呈45°，投影光經(jīng)過分光鏡反射，投影至沖擊試樣的表面以及擺放平臺的表面。投影圖像為單密度投影條紋，條紋的密度恒定不變；當(dāng)投影面與投影燈的距離不同時，其投影面上的投影條紋密度也會隨之發(fā)生改變，利用條紋信號的特點能夠精準(zhǔn)測量投影面與參考面之間的距離，通過求解待測結(jié)構(gòu)上的投影條紋密度得到待測結(jié)構(gòu)的高度尺寸。

6、本發(fā)明還提供了一種基于投影條紋的沖擊試樣視覺檢測方法，采用所述的一種基于投影條紋的沖擊試樣視覺檢測裝置，包括以下步驟：

7、步驟s1：利用投影燈將條紋圖像投影至沖擊試樣及擺放平臺，設(shè)置好二維相機的采集參數(shù)，設(shè)置二維相機的安裝位置并固定好，使投影條紋成像于二維傳感器的中心位置；

8、步驟s2：通過二維相機對圖像信息進(jìn)行記錄；

9、步驟s3：將二維相機中的圖像信號傳輸至圖像處理單元，由圖像處理模塊進(jìn)行分析，從采集圖像中提取沖擊試樣的三維尺寸和缺口角度參數(shù)。

10、在一較佳的實施例中，所述步驟s3具體為：

11、步驟s31：對投影到擺放平臺面上的條紋信號進(jìn)行截取，對條紋信號進(jìn)行運算，得到的條紋密度作為參考條紋密度，記為dr；

12、步驟s32:沖擊試樣放至指定位置后，對投影到?jīng)_擊試樣上的條紋信號進(jìn)行截取并通過程序進(jìn)行運算，得到條紋密度，記為di，并通過公式計算得到?jīng)_擊試樣的高度尺寸信息；

13、步驟s33:對采集圖像進(jìn)行圖像處理，提取沖擊試樣的輪廓信息，結(jié)合所測得的高度尺寸信息，通過機器視覺算法運算得到?jīng)_擊試樣的長度與寬度，同時得到缺口的角度參數(shù)信息。

14、在一較佳的實施例中，所述沖擊試樣的高度的尺寸計算公式：

15、

16、其中h為結(jié)構(gòu)的高度尺寸，d為成像系統(tǒng)的成像物距，dr和di分別為參考條紋密度和結(jié)構(gòu)上的投影條紋密度。

17、在一較佳的實施例中，所述沖擊試樣的長度的尺寸計算公式：

18、

19、其中l(wèi)為結(jié)構(gòu)的長度尺寸，f為相機鏡頭焦距，nl為結(jié)構(gòu)輪廓在圖像中沿長度方向上所占的像素點個數(shù)。

20、在一較佳的實施例中，所述沖擊試樣的寬度的尺寸計算公式：

21、

22、其中w為結(jié)構(gòu)的寬度尺寸，f為相機鏡頭焦距，nw為結(jié)構(gòu)輪廓在圖像中沿寬度方向上所占的像素點個數(shù)。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

24、本發(fā)明采用機器視覺投影條紋結(jié)合圖像處理系統(tǒng)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，提升了檢測效率。

25、本發(fā)明實現(xiàn)對待測結(jié)構(gòu)的三維尺寸及缺口角度參數(shù)的測量，有效降低了硬件成本，同時提升了測量的效率與精度。

技術(shù)特征：

1.一種基于投影條紋的沖擊試樣視覺檢測裝置，其特征在于，包括投影燈、二維相機、擺放平臺、分光鏡、數(shù)據(jù)線和圖像處理單元；所述投影燈投射正弦條紋于沖擊試樣及擺放平臺的表面，用以測量沖擊試樣垂直于投影面的尺寸參數(shù)；所述二維相機對沖擊試樣和擺放平臺的投影表面進(jìn)行圖像采集，并將采集到的圖像信息由數(shù)據(jù)線傳輸至圖像處理單元；所述圖像處理單元對所采集的圖像進(jìn)行處理分析，以獲取沖擊試樣的三維尺寸及缺口角度參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于投影條紋的沖擊試樣視覺檢測裝置，其特征在于，所述投影燈包括led光源和條紋薄片，所述led光源通過照射條紋薄片將條紋圖像投影至待測結(jié)構(gòu)表面。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于投影條紋的沖擊試樣視覺檢測裝置，其特征在于，所述二維相機包括面陣傳感器、集成電路板、成像鏡頭、設(shè)備接口和電源。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于投影條紋的沖擊試樣視覺檢測裝置，其特征在于，所述投影燈的投影方向與分光鏡的反射面呈45°，投影光經(jīng)過分光鏡反射，投影至沖擊試樣的表面以及擺放平臺的表面。

5.一種基于投影條紋的沖擊試樣視覺檢測方法，其特征在于采用權(quán)利要求1-4任一所述的一種基于投影條紋的沖擊試樣視覺檢測裝置，包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于投影條紋的沖擊試樣視覺檢測方法，其特征在于，所述步驟s3具體為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于投影條紋的沖擊試樣視覺檢測方法，其特征在于，所述沖擊試樣的高度的尺寸計算公式：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于投影條紋的沖擊試樣視覺檢測方法，其特征在于，所述沖擊試樣的長度的尺寸計算公式：

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于投影條紋的沖擊試樣視覺檢測方法，其特征在于，所述沖擊試樣的寬度的尺寸計算公式：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種基于投影條紋的沖擊試樣視覺檢測裝置及方法，該方案利用投影燈將條紋投影至待測結(jié)構(gòu)表面，用于測量垂直于投影面的尺寸參數(shù)；利用設(shè)置好采集參數(shù)的二維相機對待測結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖像采集，將采集得到的圖像信息通過數(shù)據(jù)線傳輸至圖像處理單元；所述圖像處理單元對圖像信息進(jìn)行處理分析，以得到待測結(jié)構(gòu)的三維尺寸及缺口角度參數(shù)。本發(fā)明結(jié)合投影條紋的測量方法，實現(xiàn)了通過一張二維圖像測量沖擊試樣的三維尺寸參數(shù)，有效提高了沖擊試樣的檢測效率，提升了測量精度，實現(xiàn)了對沖擊試樣尺寸、缺口角度參數(shù)的高效率、高精度測量。

技術(shù)研發(fā)人員：鐘劍鋒,楊華宇,黃云華,葉愛麗,邱容容,鐘舜聰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：福州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28