[发明专利]一种动静态视觉检测系统

权利要求书

1.一种动静态视觉检测系统，包括检测设备及检测流程，检测设备包括计算机（14）、数据线（13）、数据线端口（12）、相机（11）、镜头（10）、环形光源（9）、背景光源（8）、标定板（7）、相机支架（5）、环形光源支架（3）、底座（2）、相机升降支架（1），检测流程包括动态特征测量、静态特征测量，其特征在于：相机升降支架（1）的左立杆（1-1）和右立杆（1-2）分别固定于底座（2）上端面，背景光源（8）固定于左立杆（1-1）的左下调节支架（1-3）上，标定板（7）置于背景光源（8）上端面、且相机（11）的正下方，环形光源支架（3）固定于右立杆（1-2）的右下调节支架（1-4）上，环形光源（9）固定于环形光源支架（3）上，左下调节支架（1-3）、右下调节支架（1-4）在左立杆（1-1）和右立杆（1-2）的上下滑动，分别带动背景光源（8）、环形光源（9）上下移动，相机支架（5）分别固定于左光杆（1-1）的左上调节支架（1-5）和右光杆（1-2）的右上调节支架（1-6）上，相机（11）固定于相机支架（5）上，镜头（10）固定于相机（11）上，左上调节支架（1-5）、右上调节支架（1-6）在左立杆（1-1）和右立杆（1-2）的上下滑动，带动相机（11）上下移动，计算机（14）用数据线（13）与数据线端口（12）相连；

检测流程包括（一）动态特征测量、（二）静态特征测量，

测量前准备

①将数据线端口（12）通过数据线（13）与计算机（14）相连接，

②将标定板（7）放置在背景光源（8）上，打开背景光源（8）的开关，

③将镜头（10）对准标定板（7），先后调节镜头（10）的曝光度和焦距，使标定板（7）在镜头中的成像达到最佳效果，

④相机标定：相机标定分两种情况，第一种，改变了焦距，或者之前标定图像效果不好，可以重新采集图片，第二种情况，已经有标定图像，则不需要采集图片，

第一步：打开相机标定软件,

第二步：打开相机（11），

第三步：保存采集图片，这里需要注意，标定板标面积在整个测量面积的1/3至1/4之间，标定图像在15～25张之间，标定时标定板尽可能摆满到测量时的每个位置；

黑白对比度一定在100以上，

第四步：根据标定板（7），自身的特点设置生成文件参数，第一、第二参数表示标定板7上圆点个数，第三个参数为两个圆心之前的距离，第四个参数为圆点直径与圆心距离之比，设置完成后，点击生成标定文件，如果已经有标定文件，这步可以省略，

第五步：选择生成文件，就是选择刚刚生成的文件，

第六步：设置相机（11）参数，点击相机标定，第七步：标定已完成，第二种情况：已经存在标定图像，直接进行第五至七步即可，

⑤打开计算机（14），

⑥系统校准：在每次改变测量距离后，都要进行系统校准，以确保测量平面与标定平面的平行，校准步骤如下：

第一步，通过两种方法进入系统校准界面，

第二步，打开相机（11），

第三步，加载已标定好的相机（11）内外参数，

第四步，将校准用的靶标放在相机（11）视场范围内，采集图片，

第五步，点击校准按钮，观看结果，在调节方向信息栏中会显示应该调节哪个方向的标定板（7），

⑦系统误差信息栏中显示当前的系统误差，完成测量前准备；

（一）动态特征测量

①动态角度测量步骤

调整左光杆（1-1）的左上调节支架（1-5）和右光杆（1-2）的右上调节支架（1-6）使相机（11）上下移动，然后调整左下调节支架（1-3），打开光源（8），利用标定板（7）对相机（11）进行标定，

根据视场中的清晰度，若不清晰则需要调整右下调节支架（1-4）和环形光源支架（3）打开环形光源（9）发挥照明作用，若视场清晰则不需要环形光源（9），将其移开相机（11）视角之外，

b、相机标定完毕后，将被测物放置于底座（2）上、且相机（11）的镜头（10）平面前，使相机（11）光心与旋转平面垂直，

c、在被测物上安置特征物，特征物的特征点要随着被测物的运动而运动，用相机（11）连续拍摄被测物，并通过数据线（13）传送给计算机（14），

d、计算机（14）通过阙值寻找特征点，寻找边缘、拟合圆得到特征点圆中心坐标、拟合运动轨迹，得到被测物轨迹两端点，

e、计算被测物旋转的圆心及半径，根据得到的被测物轨迹两端点，计算被测物体运动的角度；

②动态角速度测量步骤

a、在动态角度测量步骤a、步骤b、步骤c完成后，计算机（14）每30幅图片，保存一幅图片，同时保存当前时间，如此反复保存多幅图像与其当时时间，提取图像中特征点中心，通过相邻两幅图像的特征点以及动态角度拟合各圆形轨迹的圆心，计算相邻两幅图像的夹角，并通过两幅图像的时间间隔，计算出被测物在相邻两幅图像转过的角速度，

b、通过两幅图像的时间间隔，计算出被测物在相邻两幅图像转过的角速度，同理测量多个相邻被测点的角速度，求取平均值，即为被测物的动态角速度；

③动态位移测量步骤

a、调整左光杆（1-1）的左上调节支架（1-5）和右光杆（1-2）的右上调节支架（1-6）使相机（11）上下移动，然后调整左下调节支架（1-3），打开背景光源（8），利用标定板（7）对相机（11）进行标定，

根据视场中的清晰度，若不清晰则需要调整右下调节支架（1-4）和环形光源支架（3）打开环形光源（9）发挥照明作用，若视场清晰则不需要环形光源（9），将其移开相机（11）视角之外，

b、相机标定完毕后，将被测物放置于底座（2）上、且相机（11）的镜头（10）平面前，使相机（11）光心与旋转平面垂直，

c、在被测物上安置特征物，特征物的特征点要随着被测物的运动而运动，用相机（11）连续拍摄被测物，并通过数据线（13）传送给计算机（14），

d、提取特征点中心，将特征点中心拟合直线，得到被测物移动的两个端点，计算得到被测物体运动的位移值；

④动态速度测量步骤

a、动态位移测量步骤a、步骤b、步骤c完成后，计算机（14）间隔一定数量的图片保存一幅图片，同时保存当前时间，如此反复保存多幅图像与其当时时间，提取图像中特征点中心，通过相邻两幅图像的特征点圆心距离，计算相邻两幅图像的位移，并通过两幅图像的时间间隔，计算出被测物在相邻两幅图像移动的速度，

b、同理测量多个相邻被测点的速度，求取平均值，即为被测物的运动速度；

（二）静态特征测量

进行静态特征测量时，如果被测物是金属等不透明的物体，将其放在背景光源（8）上，调节背景光源（8）使图片中被测物和背景分离，如果测量其他物体时，可以根据实际情况，配合使用环形光源（9），得到被测物清晰图像，测量角度、垂直度时，通过像素坐标系中被测物的特性，即可得到测量结果，测量精度保证在6’以内，测量长度、孔径、孔距、平行度、直线度测量时，要转换到实际的世界坐标系下，在进行测量前，要利用标定板（7）对相机（11）进行标定，如果测量物体高度变化时，要对相机（11）与被测物的距离进行调整，以保证测量界面与标定界面一致，除此以外，为保障测量精度，在每次测量前，都要进行系统误差的校正，即使在被测物距离与标定时距离有差别时，也能保证测量精度；

①长度测量步骤

a、将被测物放置在背景光源（8）上，相机（11）拍摄图像，背景为白色，被测物因为不透明呈黑色，

b、计算机（14）用阈值将被测物与背景分离，求取被测物的亚像素级边缘，然后拟合边缘直线，转换到世界坐标系下，求取两条直线之间的距离，即是两面所夹物体的长度；

②孔径测量

a、将被测物放置在背景光源（8）上，相机（11）拍摄图像，背景为白色，被测物因为不透明呈黑色，

b、计算机（14）用阈值方法将被测物与背景分离，求取被测物的亚像素级边缘，然后拟合圆，转换到世界坐标系下，求出圆的半径，即是测量的孔径结果；

③孔距测量

a、将被测物放置在背景光源（8）上，相机（11）拍摄图像，背景为白色，被测物因为不透明呈黑色，

b、计算机（14）用阈值方法将被测物与背景分离，求取被测物的亚像素级边缘，然后拟合圆，转换到世界坐标系下，求出圆的圆心位置，计算相邻两孔圆心距离，即是测量的孔距结果；

④平行度测量

a、将被测物放置在背景光源（8）上，相机（11）拍摄图像，背景为白色，被测物因为不透明呈黑色，

b、计算机（14）用阈值方法将被测物与背景分离，求取被测物的亚像素级边缘，然后拟合边缘直线，转换到世界坐标系下，以其中一条直线为基准，求出另一条直线上所有点到这条直线上的距离，计算最大距离与最小距离的差，即为所求平行度；

⑤直线度测量

a、将被测物放置在背景光源（8）上，相机（11）拍摄图像，背景为白色，被测物因为不透明呈黑色，

b、计算机（14）用阈值方法将被测物与背景分离，求取被测物的亚像素级边缘，然后拟合边缘直线，转换到世界坐标系下，计算直线上点到拟合的直线上的最大值与最小值之差，即为被测物的直线度；

⑥静态角度测量

a、将被测物放置在背景光源（8）上，相机（11）拍摄图像，背景为白色，被测物因为不透明呈黑色，

b、计算机（14）用阈值方法将被测物与背景分离，求取被测物的亚像素级边缘，然后拟合边缘直线，求取两条之间的夹角，即为静态角度测量值；

⑦静态垂直度测量

a、将被测物放置在背景光源（8）上，相机（11）拍摄图像，背景为白色，被测物因为不透明呈黑色，

b、计算机（14）用阈值方法将被测物与背景分离，求取被测物的亚像素级边缘，然后拟合边缘直线，求取两条之间的夹角，即为静态垂直度测量值，静态垂直度算法和静态角度算法一样。