工件上端尺寸检测镜头垂直对准装置及其镜头校准方法

1.本发明属于图像测量技术领域，具体涉及一种工件上端尺寸检测镜头垂直对准装置。


背景技术：

2.图像测量系统是现有的一种能够测量工件尺寸的系统，在系统中的相机和镜头拍摄工件的上表面后，系统能够通过相机拍摄的图像对工件的上表面尺寸进行检测；我司现有的图像测量系统中的相机1’和光源2’是独立设置的如图6所示，所述相机1’位于光源2’的正上方且相机1’和光源2’之间设有玻璃台3’，该相机1’在需要调整相机1’与玻璃台3’之间的相对高度时(以适应不同大小工件尺寸的检测)需要对相机1’本身进行拆装以实现相机1’高度的调整，即相机1’的高度调整较为繁琐麻烦；另外，在对相机的高度进行调整后需要对相机镜头进行进行检测及调整，以确保相机镜头垂直度符合要求(在图像测量系统对工件尺寸的检测过程中影响工件尺寸检测精度的一个因素是相机镜头的垂直度，即相机光轴与测量面的垂直度偏差会造成一定的测量误差)，之前我司利用直角尺配合塞尺测量相机镜头的镜筒与玻璃台面的垂直程度，在垂直程度不符合要求时还需要对相机进行前后调整，从而调整相机镜头的垂直度，之后再次利用直角尺配合塞尺测量相机镜头的镜筒与玻璃台面的垂直程度，直至相机镜头的垂直度符合要求，这样的垂直度检测不仅费时费力，而且极易产生检测误差，检测准确性难以保证。


技术实现要素：

3.设计目的：为避免背景技术中的不足，设计一种不仅能够适应不同大小工件尺寸的检测，而且相机高度调整快速便捷，同时相机镜头垂直度检测的准确性高，同时校正垂直度更好的工件上端尺寸检测镜头垂直对准装置及其镜头校准方法。
4.设计方案：为实现上述设计目的。
5.1、所述安装杆上设有第一活动夹块和第二活动夹块且第一活动夹块位于第二活动夹块的上方，所述第二活动夹块的一侧通过第二支架安装有光源，所述第一活动夹块的一侧通过第一支架安装有相机且相机的镜头正对光源，所述玻璃台位于光源和相机镜头之间的设计，是本发明的技术特征之一。这样设计的目的在于：所述安装杆上设有第一活动夹块和第二活动夹块且第一活动夹块位于第二活动夹块的上方，所述第二活动夹块的一侧通过第二支架安装有光源，所述第一活动夹块的一侧通过第一支架安装有相机且相机的镜头正对光源，所述玻璃台位于光源和相机镜头之间；一是由于本装置是将相机，光源、镜头集中在一个模块上的，这样不仅便于装置整体安装，而且方便整体调节；二是相机和镜头是通过第一支架安装在第一活动夹块上的，由于第一活动夹块能够在安装杆上调整高度位置，这样装置能够适应不同大小工件尺寸的检测，另外，由于第一活动夹块是沿着安装杆上下移动调整高度的，这样使得相机高度调整既快速又便捷。
6.2、所述第一活动夹块由夹块和多枚固定螺栓构成，所述夹块的上端面设有安装杆
通孔且安装杆通孔贯通夹块的上下两端面，所述夹块的一侧设有贯通槽，所述贯通槽贯通夹块的上下两端面且贯通槽向内沿延伸与安装杆通孔相互贯通，所述夹块的正面设有多个贯通夹块正反两面的固定螺纹孔且固定螺纹孔通过贯通槽，所述固定螺纹孔内旋设有固定螺栓的设计，是本发明的技术特征之二。这样设计的目的在于：所述第一活动夹块由夹块和多枚固定螺栓构成，所述夹块的上端面设有安装杆通孔且安装杆通孔贯通夹块的上下两端面，所述夹块的一侧设有贯通槽，所述贯通槽贯通夹块的上下两端面且贯通槽向内沿延伸与安装杆通孔相互贯通，所述夹块的正面设有多个贯通夹块正反两面的固定螺纹孔且固定螺纹孔通过贯通槽，所述固定螺纹孔内旋设有固定螺栓；这样的第一活动夹块结构，在螺栓拧紧时夹块能够牢牢的夹紧安装杆，在螺栓松开时夹块能够顺畅平稳的沿安装杆上下移动。
7.3、所述第一支架为直角架且直角架中的横板上设有多个横板通孔、直角架中的竖板上设有多个竖板通孔，所述直角架中的横板通过板架螺栓与第一活动夹块中的夹块固定连接，所述相机在相机机壳上的螺纹孔与对应的竖板通孔对通后通过多枚螺栓固定安装在竖板上且相机的镜头竖直向下设置；所述相机壳体和竖板之间夹有起到调整镜头垂直度的铜垫片的设计，是本发明的技术特征之三。这样设计的目的在于：一是直角架可以使镜头保持垂直状态，使得相机和镜头所能拍摄的图像中提取的数据更加准确，即相机和镜头可以更精准的拍摄工件上表面的图像用于尺寸检测；二是所述相机壳体和竖板之间夹有起到调整镜头垂直度的铜垫片，即松动螺栓使得相机壳体和竖板之间形成缝隙，之后向缝隙中塞入铜垫片以此前后调整镜头垂直度，这样能够对镜头垂直度实现微调。
8.4、镜头垂直度的检测步骤，首先将圆心对准圆台放置在玻璃台上且圆心对准圆台位于相机镜头的正下方，之后控制器先控制光源开启，此时光源从下方通过玻璃台照射到圆心对准圆台上，之后控制器控制相机对圆心对准圆台进行拍摄且相机能够将相机拍摄的图片上传给控制器，之后控制器对图片中的圆心对准圆台的外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心进行重合度进行比对判断且控制器能够将比对判断结果进行可视化输出，当外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆重合度的差距值小于等于设定值时则镜头处于垂直对准状态，当外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心重合度的差距值大于设定值时则镜头进行镜头垂直度的校正步骤的设计，是本发明的技术特征之四。这样设计的目的在于：镜头垂直度的检测步骤，首先将圆心对准圆台放置在玻璃台上且圆心对准圆台位于相机镜头的正下方，之后控制器先控制光源开启，此时光源从下方通过玻璃台照射到圆心对准圆台上，之后控制器控制相机对圆心对准圆台进行拍摄且相机能够将相机拍摄的图片上传给控制器，之后控制器对图片中的圆心对准圆台的外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心进行重合度进行比对判断且控制器能够将比对判断结果进行可视化输出，当外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆重合度的差距值小于等于设定值时则镜头处于垂直对准状态，当外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心重合度的差距值大于设定值时则镜头进行镜头垂直度的校正步骤，这样控制器通过对相机拍摄图片中的圆心对准圆台外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心重合度的测量，判断出相机镜头垂直度是否符合要求，这样不仅确保了相机镜头垂直度检测的稳定性，而且提高了相机镜头垂直度检测的准确性。
9.5、所述镜头垂直度的校正步骤，首先松动螺栓使得相机壳体和竖板之间形成缝隙，之后向缝隙中塞入铜垫片以此前后调整镜头垂直度，调整完毕后重新进行镜头垂直度的检测步骤，当外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心重合度的差距值小于等于设定值时则镜头处
于垂直对准状态，当外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心重合度的差距值大于设定值时则镜头再次进行镜头垂直度的校正步骤，直至镜头处于垂直对准状态的设计，是本发明的技术特征之五。这样设计的目的在于：所述镜头垂直度的校正步骤，首先松动螺栓使得相机壳体和竖板之间形成缝隙，之后向缝隙中塞入铜垫片以此前后调整镜头垂直度，调整完毕后重新进行镜头垂直度的检测步骤，当外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心重合度的差距值小于等于设定值时则镜头处于垂直对准状态，当外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心重合度的差距值大于设定值时则镜头再次进行镜头垂直度的校正步骤，直至镜头处于垂直对准状态，这样使用者能够稳定、准确的将镜头垂直度校正到设计要求。
10.6、所述控制器能够通过拟合高斯曲面求出光斑中心并依次获得外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心，且控制器通过获得的外圆轮廓圆心的坐标值和内圆轮廓圆心的坐标值计算出外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心之间的差距值，之后控制器将差距值除以拍摄相机的像素距离值计算出像素距离值的倍数值的设计，是本发明的技术特征之六。这样设计的目的在于：所述控制器能够通过拟合高斯曲面求出光斑中心并依次获得外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心，且控制器通过获得的外圆轮廓圆心的坐标值和内圆轮廓圆心的坐标值计算出外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心之间的差距值，之后控制器通过换算获得外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心之间的像素距离值，上述检测手段配合调整镜头垂直度的手段(向缝隙中塞入铜垫片以此前后调整镜头垂直度)，使得符合要求的外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心之间差距值不超过拍摄相机的两个像素距离值，从而大大提高了相机镜头垂直度的检测精度和校正精度；另外，采用像素距离值做为判断比较值，这样通用性更好(控制器能够对不同像素距离的相机都实现通用检测)。
11.技术方案1：一种工件上端尺寸检测镜头垂直对准装置，包括底座和玻璃台，所述底座的上端设有安装杆，所述安装杆上设有第一活动夹块和第二活动夹块且第一活动夹块位于第二活动夹块的上方，所述第二活动夹块的一侧通过第二支架安装有光源，所述第一活动夹块的一侧通过第一支架安装有相机且相机的镜头正对光源，所述玻璃台位于光源和相机镜头之间。
12.技术方案2：一种工件上端尺寸检测镜头垂直对准装置的镜头校准方法，包括控制器，包括以下步骤：镜头垂直度的检测步骤，首先将圆心对准圆台放置在玻璃台上且圆心对准圆台位于相机镜头的正下方，之后控制器先控制光源开启，此时光源从下方通过玻璃台照射到圆心对准圆台上，之后控制器控制相机对圆心对准圆台进行拍摄且相机能够将相机拍摄的图片上传给控制器，之后控制器对图片中的圆心对准圆台的外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心进行重合度进行比对判断且控制器能够将比对判断结果进行可视化输出，当外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆重合度的像素距离值小于等于设定值时则镜头处于垂直对准状态，当外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心重合度的像素距离值大于设定值时则镜头进行镜头垂直度的校正步骤。
13.本发明与背景技术相比，工件上端尺寸检测镜头垂直对准装置及其镜头校准方法不仅能够适应不同大小工件尺寸的检测，而且相机高度调整快速便捷，同时相机镜头垂直度检测的准确性高，同时校正垂直度更好。
附图说明
14.图1是一种工件上端尺寸检测镜头垂直对准装置的结构示意图。
15.图2是图1中圆圈a的放大图。
16.图3是第一支架为直角架的结构示意图。
17.图4是夹块的俯视结构示意图。
18.图5是圆心对准圆台的俯视结构示意图。
19.图6是现有的图像测量系统中的相机和光源的设置结构示意图。
具体实施方式
20.实施例1：参照附图1-图5。一种工件上端尺寸检测镜头垂直对准装置，包括底座1和玻璃台2，所述底座1的上端设有安装杆3，所述安装杆3上设有第一活动夹块4和第二活动夹块5且第一活动夹块4位于第二活动夹块5的上方，所述第二活动夹块5的一侧通过第二支架6安装有光源7，所述第一活动夹块4的一侧通过第一支架8安装有相机9且相机9的镜头10正对光源7，所述玻璃台2位于光源7和相机镜头10之间。
21.所述第一活动夹块4和第二活动夹块5均由夹块41和多枚固定螺栓42构成，所述夹块41的上端面设有安装杆通孔且安装杆通孔贯通夹块41的上下两端面，所述夹块41的一侧设有贯通槽，所述贯通槽贯通夹块41的上下两端面且贯通槽向内沿延伸与安装杆通孔相互贯通，所述夹块41的正面设有多个贯通夹块41正反两面的固定螺纹孔且固定螺纹孔通过贯通槽，所述固定螺纹孔内旋设有固定螺栓42。
22.还包括用于校准镜头的圆心对准圆台11，圆心对准圆台11为倒t形柱，所述倒t形柱的上端面设有通孔111且通孔111贯通倒t形柱的上下两端面，所述倒t形柱的对称中心线与通孔111的对称中心线重合。
23.所述第一支架8为直角架且直角架中的横板81上设有多个横板通孔82、直角架中的竖板83上设有多个竖板通孔84，所述直角架中的横板81通过板架螺栓12与第一活动夹块4中的夹块41固定连接，所述相机9在相机机壳上的螺纹孔与对应的竖板通孔84对通后通过多枚螺栓13固定安装在竖板83上且相机9的镜头10竖直向下设置。所述相机壳体和竖板83之间夹有起到调整镜头10垂直度的铜垫片14。
24.实施例2：在实施例1的基础上。一种工件上端尺寸检测镜头垂直对准装置的镜头校准方法，包括控制器，包括以下步骤：镜头10垂直度的检测步骤，首先将圆心对准圆台11放置在玻璃台2上且圆心对准圆台11位于相机镜头10的正下方，之后控制器先控制光源7开启，此时光源7从下方通过玻璃台2照射到圆心对准圆台11上，之后控制器控制相机9对圆心对准圆台11进行拍摄且相机9能够将相机9拍摄的图片上传给控制器，之后控制器对图片中的圆心对准圆台11的外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心进行重合度进行比对判断且控制器能够将比对判断结果进行可视化输出，当外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆重合度的差距值小于等于设定值时则镜头10处于垂直对准状态，当外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心重合度的差距值大于设定值时则镜头进行镜头10垂直度的校正步骤。
25.所述镜头10垂直度的校正步骤，首先松动螺栓13使得相机壳体和竖板83之间形成缝隙，之后向缝隙中塞入铜垫片14以此前后调整镜头10垂直度，调整完毕后重新进行镜头10垂直度的检测步骤，当外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心重合度的差距值小于等于设定值时
则镜头10处于垂直对准状态，当外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心重合度的差距值大于设定值时则镜头10再次进行镜头10垂直度的校正步骤，直至镜头10处于垂直对准状态
。
26.所述控制器能够通过拟合高斯曲面求出光斑中心并依次获得外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心，且控制器通过获得的外圆轮廓圆心的坐标值和内圆轮廓圆心的坐标值计算出外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心之间的差距值，之后控制器将差距值除以拍摄相机的像素距离值计算出像素距离值的倍数值。如当设定值为2个拍摄相机的像素距离时，当控制器计算出的差距值在除以拍摄相机的像素距离值后的得数小于等于2时(即小于等于2个拍摄相机的像素距离)，则检测的相机镜头垂直度符合要求，无需校正；当控制器计算出的差距值在除以拍摄相机的像素距离值后的得数大于2时(即大于2个拍摄相机的像素距离)，则检测的相机镜头垂直度不符合要求，需要进行校正。另外，通过设定像素距离做为判断值，这样无需对控制器修改设定值控制对不同像素间距的相机都能进行检测，如当像素间距值为6μm的相机，控制器能够对该相机的垂直度进行检测，此时校正后的相机镜头的垂直度稳定控制在0.0012以内；如当像素间距值为5.3μm的相机，控制器能够对该相机的垂直度进行检测，此时校正后的相机镜头的垂直度稳定控制在0.00106以内。
27.拟合高斯曲面求光斑中心的计算公式如下，
[0028][0029]
其中，a为曲面在z轴的高度；x0为曲面中心在x轴的坐标；y0为曲面中心在y轴的坐标；σ为曲面的宽度。
[0030]
需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种工件上端尺寸检测镜头垂直对准装置，包括底座(1)和玻璃台(2)，所述底座(1)的上端设有安装杆(3)，其特征是：所述安装杆(3)上设有第一活动夹块(4)和第二活动夹块(5)且第一活动夹块(4)位于第二活动夹块(5)的上方，所述第二活动夹块(5)的一侧通过第二支架(6)安装有光源(7)，所述第一活动夹块(4)的一侧通过第一支架(8)安装有相机(9)且相机(9)的镜头(10)正对光源(7)，所述玻璃台(2)位于光源(7)和相机镜头(10)之间。2.根据权利要求1所述的工件上端尺寸检测镜头垂直对准装置，其特征是：所述第一活动夹块(4)和第二活动夹块(5)均由夹块(41)和多枚固定螺栓(42)构成，所述夹块(41)的上端面设有安装杆通孔且安装杆通孔贯通夹块(41)的上下两端面，所述夹块(41)的一侧设有贯通槽，所述贯通槽贯通夹块(41)的上下两端面且贯通槽向内沿延伸与安装杆通孔相互贯通，所述夹块(41)的正面设有多个贯通夹块(41)正反两面的固定螺纹孔且固定螺纹孔通过贯通槽，所述固定螺纹孔内旋设有固定螺栓(42)。3.根据权利要求1所述的工件上端尺寸检测镜头垂直对准装置，其特征是：还包括用于校准镜头的圆心对准圆台(11)，圆心对准圆台(11)为倒t形柱，所述倒t形柱的上端面设有通孔(111)且通孔(111)贯通倒t形柱的上下两端面，所述倒t形柱的对称中心线与通孔(111)的对称中心线重合。4.根据权利要求1所述的工件上端尺寸检测镜头垂直对准装置，其特征是：所述第一支架(8)为直角架且直角架中的横板(81)上设有多个横板通孔(82)、直角架中的竖板(83)上设有多个竖板通孔(84)，所述直角架中的横板(81)通过板架螺栓(12)与第一活动夹块(4)中的夹块(41)固定连接，所述相机(9)在相机机壳上的螺纹孔与对应的竖板通孔(84)对通后通过多枚螺栓(13)固定安装在竖板(83)上且相机(9)的镜头(10)竖直向下设置。5.根据权利要求4所述的工件上端尺寸检测镜头垂直对准装置，其特征是：所述相机壳体和竖板(83)之间夹有起到调整镜头(10)垂直度的铜垫片(14)。6.一种工件上端尺寸检测镜头垂直对准装置的镜头校准方法，包括控制器，其特征是包括以下步骤：镜头(10)垂直度的检测步骤，首先将圆心对准圆台(11)放置在玻璃台(2)上且圆心对准圆台(11)位于相机镜头(10)的正下方，之后控制器先控制光源(7)开启，此时光源(7)从下方通过玻璃台(2)照射到圆心对准圆台(11)上，之后控制器控制相机(9)对圆心对准圆台(11)进行拍摄且相机(9)能够将相机(9)拍摄的图片上传给控制器，之后控制器对图片中的圆心对准圆台(11)的外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心进行重合度进行比对判断且控制器能够将比对判断结果进行可视化输出，当外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆重合度的差距值小于等于设定值时则镜头(10)处于垂直对准状态，当外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心重合度的差距值值大于设定值时则镜头进行镜头(10)垂直度的校正步骤。7.根据权利要求6所述的工件上端尺寸检测镜头垂直对准装置的镜头校准方法，其特征是：所述镜头(10)垂直度的校正步骤，首先松动螺栓(13)使得相机壳体和竖板(83)之间形成缝隙，之后向缝隙中塞入铜垫片(14)以此前后调整镜头(10)垂直度，调整完毕后重新进行镜头(10)垂直度的检测步骤，当外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心重合度的差距值小于等于设定值时则镜头(10)处于垂直对准状态，当外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心重合度的差距值大于设定值时则镜头(10)再次进行镜头(10)垂直度的校正步骤，直至镜头(10)处于垂直对准状态
。
8.根据权利要求6所述的工件上端尺寸检测镜头垂直对准装置的镜头校准方法，其特
征是：所述控制器能够通过拟合高斯曲面求出光斑中心并依次获得外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心，且控制器通过获得的外圆轮廓圆心的坐标值和内圆轮廓圆心的坐标值计算出外圆轮廓圆心和内圆轮廓圆心之间的差距值，之后控制器将差距值除以拍摄相机的像素距离值计算出像素距离值的倍数值。9.根据权利要求8所述的工件上端尺寸检测镜头垂直对准装置的镜头校准方法，其特征是：拟合高斯曲面求光斑中心的计算公式如下，其中，a为曲面在z轴的高度；x0为曲面中心在x轴的坐标；y0为曲面中心在y轴的坐标；σ为曲面的宽度。

技术总结
本发明涉及一种不仅能够适应不同大小工件尺寸的检测，而且相机高度调整快速便捷，同时相机镜头垂直度检测的准确性高，同时垂直度更好的工件上端尺寸检测镜头垂直对准装置及其镜头校准方法，包括底座和玻璃台，所述底座的上端设有安装杆，所述安装杆上设有第一活动夹块和第二活动夹块且第一活动夹块位于第二活动夹块的上方，所述第二活动夹块的一侧通过第二支架安装有光源，所述第一活动夹块的一侧通过第一支架安装有相机且相机的镜头正对光源，所述玻璃台位于光源和相机镜头之间。优点：工件上端尺寸检测镜头垂直对准装置及其镜头校准方法不仅能够适应不同大小工件尺寸的检测，而且相机高度调整快速便捷，同时相机镜头垂直度检测的准确性高，同时校正垂直度更好。同时校正垂直度更好。同时校正垂直度更好。


技术研发人员：侯文峰 林笃盛 俞恺 洪涛
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：2023.05.06
技术公布日：2023/8/24