[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

权利要求书

1.一种基于机器视觉技术的复杂柱体表面积测量装置，其特征在于，包括桌面组合视觉检测支架(1)、调整连接器(2)、测距模块(3)、移动载物检测平台(4)、移动对焦平台(5)、光源可调支架(6)、相机可调支架(7)、CCD相机(8)和照明模块(9)；其中，

移动载物检测平台(4)、移动对焦平台(5)、光源可调支架(6)和相机可调支架(7)分别通过调整连接器(2)从底至上依次装配于桌面组合视觉检测支架(1)上，CCD相机(8)和照明模块(9)分别固定在相机可调支架(7)和光源可调支架(6)上，移动对焦平台(5)用于夹持可更换平板；

桌面组合视觉检测支架(1)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(2)将桌面组合视觉检测支架(1)与移动载物检测平台(4)、移动对焦平台(5)、光源可调支架(6)及相机可调支架(7)相连接；调整连接器(2)与桌面组合视觉检测支架(1)上的齿条导轨啮合，并有锁死机构，通过调整连接器(2)实现移动载物检测平台(4)、移动对焦平台(5)、光源可调支架(6)及相机可调支架(7)竖直方向上的距离调整以及锁死定位；测距模块(3)安装于移动载物检测平台(4)与移动对焦平台(5)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。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉技术的复杂柱体表面积测量装置，其特征在于，灵活调整距离的移动载物检测平台(4)和移动对焦平台(5)，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(9)均匀照射工件表面提供无影成像，测距模块(3)能够同时获得载物检测平台上表面到移动对焦平台(5)下表面距离；移动对焦平台(5)夹持平板能够更换用作对焦标定和工件测量两种用途。

3.一种基于机器视觉技术的复杂柱体表面积测量方法，其特征在于，该方法基于权利要求1或2所述的基于机器视觉技术的复杂柱体表面积测量装置，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(5)换上精密标定板，调整CCD相机(8)焦距、照明模块(9)，以及移动对焦平台(5)位置，使得CCD相机（ 8 ） 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(5)、相机可调支架(7)及光源可调支架(6)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；

2)基于上述步骤锁定的移动对焦平台(5)、相机可调支架(7)及光源可调支架(6)的位置与标定参数，将检测装置调整至自动检测初始化状态，将移动对焦平台(5)上的精密标定板置换为透明检测板，按照待测悬浮填料颜色选取载物台颜色使两者灰度值反差最大，再将悬浮填料放置载物台上，并调整载物台高度直至工件上表面与对焦平面下表面接触，拍摄工件图像，以供计算工件侧面积与底面积；

3)为计算标定参数r，读入步骤1)所拍摄的标定图像，标定图像是对称于视场中心且已知实际距离l_st的两标识点，使用质心法获取两标识点中心位置并计算两点距离P_st，得到标定参数

4)为计算工件侧面积S_h，读入步骤2)所拍摄的工件图像，对工件图像进行高斯滤波预处理去除部分噪声；接着使用边缘检测模块算子进行边缘检测得到边缘检测图，并统计边缘检测图连通域基于八邻域搜索，同一连通域使用该连通域标号值标注，计算每个连通域面积，将过小或过大连通域剔除；此外，边缘检测模块算子检测边缘可能不闭合，因此采用边界闭合操作，检测边缘端点，并计算端点之间的欧式距离，若该距离小于设定值，则将对应两端点相连接，将所有欧氏距离小于设定值的边缘端点对执行边界闭合操作后，构成底面边缘图像；接着读入测距模块(3)口工件高度读数h，计算封闭边缘像素边长l_pixel并结合步骤3)所得的标定参数r换算底面真实边长L_s＝l_pixel×r，接着计算得到工件侧面积S_h＝L_s×h；

5)为计算工件底面积S_e并最终计算获得工件表面积S_t，读入步骤4)构成的底面边缘图像，图像取反并根据连通域长宽范围筛选目标，背景长宽接近图像尺寸，工件孔洞长宽较小，设定合理阈值即得到底面连通域，再与边缘图像叠加得到工件底面图，并统计工件底面图非零值像素数P_s，利用标定系数r换算成世界坐标系下的真实面积，计算公式为S_e＝P_s×r²，由此计算整个复杂柱体工件表面积：S_t＝S_h+2×S_e，并保存检测值；

6)通过上述复杂柱体表面积测量方法，计算获得悬浮填料表面积测试值后，并判断是否继续测量，若继续，重复步骤2)至6)；若停止检测，则退出检测流程，创建检测表格导出检测值。

4.根据权利要求3所述的基于机器视觉技术的复杂柱体表面积测量方法，其特征在于，利用机器视觉技术，基于边界提取工件底面轮廓形貌，并综合连通域筛选、边界闭合算法获取稳定可靠的底面边界图像及底面边长；对底面边界图像取反，并通过连通域筛选算法填补底面形貌获得底面积。