[发明专利]一种H型断面尺寸的测量装置及方法

说明书

本发明涉及一种H型钢断面尺寸的测量方法以及实现该方法的装置与算法，使用6台面阵CCD相机和6台激光线光源，其中1台相机和1台光源分布于H型钢上翼缘的上方，1台相机和1台光源分布于H型钢下翼缘的下方，2台相机和2台光源分布在H型钢腹板的左侧，另外2台相机和2台光源分布在H型钢腹板的右侧。将6台激光线光源投射到H型断面，6台相机采集到的激光光条图像可以完整地组成H型钢的断面轮廓。采用张正友标定方法对6台相机进行标定，得到图像坐标系与世界坐标系之间的转换矩阵M。提取激光光条的中心线，得到H型钢断面轮廓的图像坐标，并通过矩阵M转化为世界坐标。利用轮廓上的特征点坐标计算H型钢的断面高度H、上翼缘宽度B₁和厚度t₁、下翼缘宽度B₂和厚度t₂、腹板高度b和厚度d等尺寸。

技术领域

本发明涉及H型钢断面尺寸的测量方法以及实现该方法的装置和算法，属于自动化检测领域。使用6台面阵CCD相机和6台激光线光源，获取完整的H型钢断面轮廓，并将断面轮廓的图像坐标转化为世界坐标。利用轮廓上的特征点坐标计算H型钢的断面高度、上翼缘宽度和厚度、下翼缘宽度和厚度、腹板高度和厚度等尺寸。

背景技术

H型钢在生产加工过程中不可避免的会产生误差或变形，而且在运输过程中，由于运输设备的原因及型钢纵向比较长，也很容易发生变形。因此对型钢进行精密切割或其它加工时，需要对其尺寸进行精密测量，其中重要的尺寸包括中间腹板的尺寸、两边翼缘的尺寸等。目前对H型钢尺寸测量普遍采用人工测量方式，不仅精度低，而且测量速度很慢，严重影响生产效率。因此，需要对H型钢的特征点位置及截面尺寸测量进行研究，以便实现精确、快速的知道型钢所在的具体位置和型钢是否发生变形。

近几年，机器视觉三维测量技术快速发展，应用领域广泛，包括智能机器人、车辆行驶导航、自动跟踪、生产测量、医学治疗等。机器视觉测量技术的优点是自动化、高效率、高精度、非接触测量、稳定性高，而且能代替工人在恶劣、复杂的环境下工作，在生产实际中有巨大的优越性，因此视觉测量技术受到高度的重视，空间物体的尺寸测量，已经越来越多地应用了视觉测量技术。

本发明采用线结构光三维测量方法实现H型断面基本尺寸的测量，由激光线光源和面阵CCD相机共同作为结构光图像传感器。将光源发射的激光线条投射到H型钢的断面上，相机拍摄激光光条图像，并提取光条的中心线，通过6台光源和6台相机的组合可以得到完整的H型钢断面轮廓。采用张正友标定方法对6台相机进行标定，得到图像坐标系与世界坐标系之间的转换矩阵M。提取激光光条的中心线，得到H型钢断面轮廓的图像坐标，并通过矩阵M转化为世界坐标。利用轮廓上的特征点坐标计算H型钢的断面高度H、上翼缘宽度B₁和厚度t₁、下翼缘宽度B₂和厚度t₂、腹板高度b和厚度d等尺寸。

发明内容

一种H型断面尺寸的测量装置，使用6台相机和6台光源，采集H型钢断面轮廓图像，并将轮廓图像坐标转换为世界坐标，根据断面轮廓上的特征点计算断面尺寸；所述相机为面阵CCD相机，所述光源为激光线光源，所述6台相机和6台光源中的1台相机和1台光源分布于H型钢上翼缘的上方，1台相机和1台光源分布于H型钢下翼缘的下方，2台相机和2台光源分布在H型钢腹板的左侧，另外2台相机和2台光源分布在H型钢腹板的右侧。

实现一种H型断面尺寸测量装置的方法，将6台光源发射的激光线条投射到H型钢断面，6台相机采集到的激光光条图像可以完整地组成H型钢的断面轮廓，采用张正友标定方法对6台相机进行标定，得到图像坐标系与世界坐标系之间的转换矩阵M，提取激光光条的中心线，得到H型钢断面轮廓的图像坐标，并通过矩阵M转化为世界坐标，利用轮廓上的特征点坐标计算H型钢断面尺寸，计算公式如下：

(1)H型钢上翼缘宽度的计算公式：