CN106908081A - 基于ccd摄像机的激光投线仪检测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CCD摄像机的激光投线仪检测系统，包括机架、用于放置固定激光投线仪的产品治具、以及用于安装固定CCD摄像机平行光管的平行光管机架；其中，产品治具和平行光管机架分别固定在机架上；并且，平行光管机架上安装有八支CCD摄像机平行光管，其中，包括两支用于检测激光投线仪左侧铅垂线的第一CCD摄像机平行光管；两支用于检测激光投线仪正面铅垂线的第二CCD摄像机平行光管；三支用于检测激光投线仪正面水平线的第三CCD摄像机平行光管；以及一支用于检测激光投线仪对地点同轴度的第四CCD摄像机平行光管。本发明适应于各种型号激光投线仪的检测，并大幅提升效率，减少了测量的人为因素。

Description

基于CCD摄像机的激光投线仪检测系统和方法

技术领域

本发明涉及激光投线仪检测设备技术领域，尤其涉及的是一种基于CCD摄像机的激光投线仪检测系统和方法。

背景技术

激光投线仪是一种新型的光机电一体化仪器，大多数采用635nm激光二极管，可在墙面等被射物体表面投射出可见的红色水平线和铅垂直线，起到标定基准的作用。近年来又出现了波长为532nm的绿光投线仪，视觉效果更佳，适合于户外应用。

激光投线仪主要需要校准的指标包括一条或者多条水平线精度、1-4条铅垂线的正交精度及共面精度、激光线的直线度、下对点的精度等。激光投线仪广泛应用于室内装修、门窗安装、管线铺设、隧道掘进、吊垂线及质检和工程监理等建筑施工中。有别于传统校准仪器，其精度远高于传统投线仪器，对其检定要求的标准化及自动化也越来越迫切。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种适应于各种型号激光投线仪的检测，并大幅提升效率，减少了测量的人为因素的基于CCD摄像机的激光投线仪检测系统。

本发明的技术方案如下：一种基于CCD摄像机的激光投线仪检测系统，包括机架、用于放置固定激光投线仪的产品治具、以及用于安装固定CCD摄像机平行光管的平行光管机架；其中，产品治具和平行光管机架分别固定在机架上；并且，平行光管机架上安装有八支CCD摄像机平行光管，其中，包括两支用于检测激光投线仪左侧铅垂线的第一CCD摄像机平行光管；两支用于检测激光投线仪正面铅垂线的第二CCD摄像机平行光管；三支用于检测激光投线仪正面水平线的第三CCD摄像机平行光管；以及一支用于检测激光投线仪对地点同轴度的第四CCD摄像机平行光管。

应用于上述技术方案，一种基于CCD摄像机的激光投线仪检测方法，包括以下步骤：S1：采用七支CCD相机平行光管分别获取激光投线仪左侧的铅垂线、正面的铅垂线、以及正面水平线图像，并根据各图像处理，得到分划板刻度图像；S2：对分划板刻度图像分别顺序进行均值处理、二值化处理、以及矩形结构元素开处理和闭处理；S3：对处理后的图像选定指定特征区域；S4：对指定特征区域进行孔洞填充，并生成光条轮廓；S5：计算轮廓回归线参数，并提取光条中心线；S6：计算出光条中心线相对分划板中心刻线的偏转角度；S7：结束。

应用于各个上述技术方案，所述的激光投线仪检测方法中，步骤S1中，还采用一支CCD摄像机平行光管检测激光投线仪对地点同轴度。

应用于各个上述技术方案，所述的激光投线仪检测方法中，在步骤S1之前，还执行标定步骤，其中，标定步骤包括：S01：标定时，在激光投线仪的位置架设上经纬仪，采用八支CCD相机平行光管分别获取经纬仪左侧的铅垂线、正面的铅垂线、以及正面水平线图像，并根据各图像处理，在电脑屏幕上获取清晰的分划板刻度图像；S02：数字图像处理提取出中心线坐标与线对间隔的像素值，再用经纬仪获取分划板中心线，同经纬仪本身的十字线重合，此时将经纬仪角度清零；S03：然后通过微动轮调节经纬仪同相邻的线对重合，并记录当前角度值，结合图像处理得出的间隔像素值，从而得到一个像素对应的角度值，以此作为标定当量。

应用于各个上述技术方案，所述的激光投线仪检测方法中，分别采用两支用于第一CCD摄像机平行光管检测激光投线仪左侧铅垂线、两支第二CCD摄像机平行光管检测激光投线仪正面铅垂线；两支第三CCD摄像机平行光管检测激光投线仪正面水平线、一支第四CCD摄像机平行光管检测激光投线仪的对地点同轴度。

应用于各个上述技术方案，所述的激光投线仪检测方法中，采用第四CCD摄像机平行光管检测激光投线仪的对地点同轴度的步骤包括：S001：第四CCD摄像机平行光管获取第一点对地点图像并进行图像处理，找到对地点拟合圆的圆心坐标并记录；S002：转动待测的激光投线仪，待图像稳定后，获取第二点对地点图像并进行图像处理，找到对地点拟合圆的圆心坐标并记录；S003：再次同方向转动待测的激光投线仪，待图像稳定后，获取第三点对地点图像并进行图像处理，找到对地点拟合圆的圆心坐标并记录；在此时获取三点对地点拟合圆的圆心坐标，设第一点坐标(X1,Y1)，第二点坐标(X2,Y2),第三点坐标(X3,Y3)；三点可确认一个新圆，圆心坐标(X,Y)，也可算出新圆半径r，结合已获得的标定当量，可得到角度单位的对地同轴度；其中，其算法如下：

u＝(X1*X1-X2*X2+Y1*Y1-Y2*Y2)/(2*(X1-X2))

v＝(X1*X1-X3*X3+Y1*Y1-Y3*Y3)/(2*(X1-X3))

k1＝(Y1-Y2)/(X1-X2)

k2＝(Y1-Y3)/(X1-X3)

Y＝(u-v)/(k1-k2)

X＝v-(u-v)*k2/(k1-k2)

r＝SQR((X1-X)*(X1-X)+(Y1-Y)*(Y1-Y))。

采用上述方案，本发明具有以下优点：

1)本发明通过在水平、垂直、正交、对地方向架设的8个平行光管，可分别检测水平及垂直激光光条的水平度、垂直度，以及相关的共面度、正交度。不仅通用性及安全度高，测试效率及精度也极大的革命性的提升。

2)、本发明机架的底座是A3钢结构，支架为方通结构，可以提供足够的刚度，保证测量及校准的稳定性，占地面积最小，长宽高控制在2米范围内，配有脚轮，装配及移动都很便捷。

3)本发明通过使用机器视觉测量技术及对应的软件配合，替代了传统人眼检验测量，使用带有CCD摄像机的平行光管使得系统整体小型化，标定方法简单快捷且精度高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中CCD摄像机平行光管的结构示意图；

图3为本发明的标定当量流程图；

图4为本发明的激光投线仪检测流程图；

图5为板发明中对地点同轴度的检测流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

本实施例提供了一种基于CCD摄像机的激光投线仪检测系统，如图1所示，激光投线仪检测系统包括机架103、用于放置固定激光投线仪的产品治具109，产品治具109上固定放置有激光投线仪110，以及用于安装固定CCD摄像机平行光管的平行光管机架102，每一平行光管机架102上安装固定有1支的CCD摄像机平行光管，各CCD摄像机平行光管分别固定在产品治具109的周围，即分别固定在激光投线仪110的周围，并用于对准产品治具上的激光投线仪110，对激光投线仪110的投出光线进行检测。

其中，产品治具109和平行光管机架102都分别固定在机架上，每一CCD摄像机平行光管通过一平行光管支座111固定在平行光管机架102上；并且，机架上还分别设置有启动按钮108、操作键盘107和鼠标106、以及分别与操作键盘107和鼠标106连接的显示器101，机架103上还设置有工控机104，以及用于调整机架103的可调整脚垫105。

如图2所示，每一CCD摄像机平行光管依次设置有镜头5、相机6、光源4、分划板3、平行光管2和减光罩1，每一CCD摄像机平行光管分别与显示器连接，其通过键盘和鼠标的操作，通过平行光管端对准激光投线仪，在检测时，先由激光投线仪发出的光线经减光罩被平行光管接收成像，经过镜头后再通过相机拍摄传送，经过软件处理后在显示器中进行显示，如此，在CCD摄像机中加入平行光管，可以拍摄到激光投线仪发出的光线的角度，从而提供检测精度。

本激光投线仪检测系统中，平行光管机架上安装有八支CCD摄像机平行光管，其中，包括两支用于检测激光投线仪左侧铅垂线的第一CCD摄像机平行光管，其中，包括第一CCD摄像机平行光管112和第一CCD摄像机平行光管113；两支用于检测激光投线仪正面铅垂线的第二CCD摄像机平行光管，其中，包括第二CCD摄像机平行光管115和第二CCD摄像机平行光管116；三支用于检测激光投线仪正面水平线的第三CCD摄像机平行光管，其中，包括第三CCD摄像机平行光管117、第三CCD摄像机平行光管118和第三CCD摄像机平行光管119；以及一支用于检测激光投线仪对地点同轴度的第四CCD摄像机平行光管，其中，包括第四CCD摄像机平行光管114。

基于CCD摄像机的激光投线仪检测方法的具体实现过程如下：

1：开启专为此系统开发的上位机软件，同8台千兆网相机正常通讯后进入直播工作模式；

2：若第一次使用需要进行标定，标定流程如图3所示，需要使用激光经纬仪，将每个平行光管的分划板中心线坐标与线对间隔值以角度值标定。标定时，在激光投线仪的位置架设上经纬仪，在电脑屏幕上获取清晰的分划板刻度图像，采用数字图像处理提取出中心线坐标与线对间隔的像素值，再用经纬仪获取分划板中心线，同经纬仪本身的十字线重合，此时将经纬仪角度清零。然后通过微动轮调节经纬仪同相邻的线对重合，并记录当前角度值(一般单位为秒，符号为″)，从而得到一个像素对应的角度值，以此作为标定当量。

3：正常测试时，首先放置好激光投线仪并打开，在电脑屏幕上看到激光线条即可启动测试。其中激光光条的检测算法如图4所示。首先采用七支CCD相机平行光管分别获取激光投线仪左侧的铅垂线、正面的铅垂线、以及正面水平线图像，并根据各图像处理，得到分划板刻度图像；然后对分划板刻度图像分别顺序进行均值处理、二值化处理、以及矩形结构元素开处理和闭处理；对处理后的图像选定指定特征区域；再对指定特征区域进行孔洞填充，并生成光条轮廓；最后，计算轮廓回归线参数，并提取光条中心线；以及根据标定当量数据计算出光条中心线相对分划板中心刻线的偏转角度。

本系统可实现对1V1H-4V4H等不同类型激光投线仪的检测试，测试实现表格化管理，可输入检验人员名称、检测日期、产品序号及型号等相关信息。

4：对地点同轴度检测算法如图5所示。获取第一点对地点图像并进行图像处理，找到对地点拟合圆的圆心坐标并记录；转动待测的激光投线仪，待图像稳定后，获取第二点对地点图像并进行图像处理，找到对地点拟合圆的圆心坐标并记录；再次同方向转动待测的激光投线仪，待图像稳定后，获取第三点对地点图像并进行图像处理，找到对地点拟合圆的圆心坐标并记录；

在此时获取三点对地点拟合圆的圆心坐标，设第一点坐标(X1,Y1)，第二点坐标(X2,Y2),第三点坐标(X3,Y3)；三点可确认一个新圆，圆心为(X,Y)，也可算出新圆半径r,结合已获得的标定当量，可得到角度单位的对地同轴度。

具体算法如下：

u＝(X1*X1-X2*X2+Y1*Y1-Y2*Y2)/(2*(X1-X2))

v＝(X1*X1-X3*X3+Y1*Y1-Y3*Y3)/(2*(X1-X3))

k1＝(Y1-Y2)/(X1-X2)

k2＝(Y1-Y3)/(X1-X3)

Y＝(u-v)/(k1-k2)

X＝v-(u-v)*k2/(k1-k2)

r＝SQR((X1-X)*(X1-X)+(Y1-Y)*(Y1-Y))

5：自动测试时，测得数据同标准设定值进行比较，如数据合格，则相关数据显示为绿色，若某项数据不合格，则显示红色，并蜂鸣报警提示；

6：软件系统设置有打印预览功能，若预览无误，则可将检测表格直接打印输出；

7：检测表格也可根据用户需求保存为Excel文档、CSV文档、PDF文档，方便日后的品质记录追溯。

通过用户测试，本发明对激光投线仪检测达到精度要求，直线度达到±40″，共面度和正交度达到±40″，对地点同轴度达±100″，且测量数据的一致性极高。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于CCD摄像机的激光投线仪检测系统，其特征在于：

包括机架、用于放置固定激光投线仪的产品治具、以及用于安装固定CCD摄像机平行光管的平行光管机架；

其中，产品治具和平行光管机架分别固定在机架上；

并且，平行光管机架上安装有八支CCD摄像机平行光管，其中，包括两支用于检测激光投线仪左侧铅垂线的第一CCD摄像机平行光管；两支用于检测激光投线仪正面铅垂线的第二CCD摄像机平行光管；三支用于检测激光投线仪正面水平线的第三CCD摄像机平行光管；以及一支用于检测激光投线仪对地点同轴度的第四CCD摄像机平行光管。

2.一种基于CCD摄像机的激光投线仪检测方法，其特征在于：

包括以下步骤：

S1：采用七支CCD相机平行光管分别获取激光投线仪左侧的铅垂线、正面的铅垂线、以及正面水平线图像，并根据各图像处理，得到分划板刻度图像；

S2：对分划板刻度图像分别顺序进行均值处理、二值化处理、以及矩形结构元素开处理和闭处理；

S3：对处理后的图像选定指定特征区域；

S4：对指定特征区域进行孔洞填充，并生成光条轮廓；

S5：计算轮廓回归线参数，并提取光条中心线；

S6：计算出光条中心线相对分划板中心刻线的偏转角度；

S7：结束。

3.根据权利要求2所述的激光投线仪检测方法，其特征在于：步骤S1中，还采用一支CCD摄像机平行光管检测激光投线仪对地点同轴度。

4.根据权利要求3所述的激光投线仪检测方法，其特征在于：在步骤S1之前，还执行标定步骤，其中，标定步骤包括：

S01：标定时，在激光投线仪的位置架设上经纬仪，采用八支CCD相机平行光管分别获取经纬仪左侧的铅垂线、正面的铅垂线、以及正面水平线图像，并根据各图像处理，在电脑屏幕上获取清晰的分划板刻度图像；

S02：数字图像处理提取出中心线坐标与线对间隔的像素值，再用经纬仪获取分划板中心线，同经纬仪本身的十字线重合，此时将经纬仪角度清零；

S03：然后通过微动轮调节经纬仪同相邻的线对重合，并记录当前角度值，结合图像处理得出的间隔像素值，从而得到一个像素对应的角度值，以此作为标定当量。

5.根据权利要求3或4所述的激光投线仪检测方法，其特征在于：步骤S1中，分别采用两支用于第一CCD摄像机平行光管检测激光投线仪左侧铅垂线、两支第二CCD摄像机平行光管检测激光投线仪正面铅垂线；两支第三CCD摄像机平行光管检测激光投线仪正面水平线、一支第四CCD摄像机平行光管检测激光投线仪的对地点同轴度。

6.根据权利要求5所述的激光投线仪检测方法，其特征在于：

采用第四CCD摄像机平行光管检测激光投线仪的对地点同轴度的步骤包括：

S001：第四CCD摄像机平行光管获取第一点对地点图像并进行图像处理，找到对地点拟合圆的圆心坐标并记录；

S002：转动待测的激光投线仪，待图像稳定后，获取第二点对地点图像并进行图像处理，找到对地点拟合圆的圆心坐标并记录；

S003：再次同方向转动待测的激光投线仪，待图像稳定后，获取第三点对地点图像并进行图像处理，找到对地点拟合圆的圆心坐标并记录；

在此时获取三点对地点拟合圆的圆心坐标，设第一点坐标(X1,Y1)，第二点坐标(X2,Y2),第三点坐标(X3,Y3)；三点可确认一个新圆，圆心坐标(X,Y)，也可算出新圆半径r，结合已获得的标定当量，可得到角度单位的对地同轴度；

其中，其算法如下：

u＝(X1*X1-X2*X2+Y1*Y1-Y2*Y2)/(2*(X1-X2))

v＝(X1*X1-X3*X3+Y1*Y1-Y3*Y3)/(2*(X1-X3))

k1＝(Y1-Y2)/(X1-X2)

k2＝(Y1-Y3)/(X1-X3)

Y＝(u-v)/(k1-k2)

X＝v-(u-v)*k2/(k1-k2)

r＝SQR((X1-X)*(X1-X)+(Y1-Y)*(Y1-Y))。