[发明专利]一种基于机器视觉技术的复杂柱体表面积测量装置与方法

说明书

本发明公开了一种基于机器视觉的复杂柱体表面积测量装置及方法，该装置能高效快捷地测量复杂柱体表面积，提取柱体底面边缘形貌，并能实现面向大批工件地快速检测。该测量装置包含桌面组合视觉检测支架、调整连接器、测距模块、移动对焦平台、CCD相机及照明模块等，为本发明提供良好测量环境以及测量重要参数。测量时，利用该测量装置获取待测工件高度、检测表面标定参数并拍摄待测工件图像，基于连通域筛选、边缘检测等机器视觉技术获得待测工件底面轮廓与形状，并藉由上述参数快速计算复杂柱体工件表面积。本发明所描述方法适用复杂柱体表面积测量，检测快速、精度高、操作简单高效、成本低廉，是一种基于机器视觉的复杂柱体表面积测量解决方案。

技术领域

本发明属于机器视觉技术、目标检测分割领域，尤其涉及一种基于机器视觉技术的复杂柱体表面积测量装置与方法。

背景技术

基于与对象接触作用的柱体工件，其表面积是其工作性能的重要指标，为扩大柱体工件的比表面积，在设计制造过程中常人为制造增添褶皱、孔洞与肋板等结构。这使得柱体横截面变得不规则且复杂，再加上制造过程中难以稳定工件壁厚，难以使用理论模型估算实际表面积。

以悬浮填料为例，作为水质净化生物附着载体，希望其单位质量内具有较大的表面积，为生物大量繁殖提供充足的空间，测量悬浮填料表面积是衡量产品性能的重要指标。目前悬浮填料主要由人工测量，由于其不规则的横截面，人工往往难以获取精确的悬浮填料截面周长，测得数据误差较大且参考价值较低。而市面上基于测定样品吸附气体原理的比表面积测试仪价格昂贵且测试效率缓慢，不足以支撑大范围样品抽检等要求。目前，就这一问题未得到有效解决方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于机器视觉技术的复杂柱体表面积测量装置与方法，该装置能高效快捷地测量复杂柱体表面积，提取柱体底面边缘形貌，并能实现面向大批工件地快速检测。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种基于机器视觉技术的复杂柱体表面积测量装置，包括桌面组合视觉检测支架、调整连接器、测距模块、移动载物检测平台、移动对焦平台、光源可调支架、相机可调支架、CCD相机和照明模块；其中，

移动载物检测平台、移动对焦平台、光源可调支架和相机可调支架分别通过调整连接器从底至上依次装配于桌面组合视觉检测支架上，CCD相机和照明模块分别固定在相机可调支架和光源可调支架上，移动对焦平台用于夹持可更换平板；

桌面组合视觉检测支架作为整套系统的支撑平台，其竖直支撑杆上安装有齿条导轨，通过调整连接器将桌面组合视觉检测支架与移动载物检测平台、移动对焦平台、光源可调支架及相机可调支架相连接；调整连接器与桌面组合视觉检测支架上的齿条导轨啮合，并有锁死机构，通过调整连接器实现移动载物检测平台、移动对焦平台、光源可调支架及相机可调支架竖直方向上的距离调整以及锁死定位；测距模块安装于移动载物检测平台与移动对焦平台上，用于测量对焦平台下表面到载物平台上表面距离，并将数据反馈主机。

本发明进一步的改进在于，灵活调整距离的移动载物检测平台和移动对焦平台，能够适应不同光学参数的相机、镜头以及不同高度的复杂柱体工件测量；照明模块均匀照射工件表面提供无影成像，测距模块能够同时获得载物检测平台上表面到移动对焦平台下表面距离；移动对焦平台夹持平板能够更换用作对焦标定和工件测量两种用途。

一种基于机器视觉技术的复杂柱体表面积测量方法，包括以下步骤：

1)首先根据CCD相机成像效果调整硬件位置，在移动对焦平台换上精密标定板，调整CCD相机焦距、照明模块，以及移动对焦平台位置，使得CCD相机能对精密标定板清晰成像并且视场可覆盖待测工件；接着锁定移动对焦平台、相机可调支架及光源可调支架位置，并拍照获取标定图像，以供计算转化像素长度到真实长度的标定参数r；