垂直高度非接触检测方法及装置的制造方法
垂直高度非接触检测方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机器视觉检查方法及装置，尤其涉及一种垂直高度非接触检测方法及装置。
【背景技术】
[0002]当前，机器视觉检查领域，有些物体的高度或深度的检测存在技术难点，使用单个相机只能使用聚焦点调节方法进行低精度测量，设备机械和自动控制复杂，无法有效地实施高精度测量，但实际应用中，有很多高度和深度的检测需要达到0.1mm以下的检测精度。本发明描述的垂直高度非接触是检测方法可以完成特定应用条件下的高精度自动化测量。
[0003]在尺寸测量领域，对高度的测量一般使用三次元接触探针和激光非接触探针，利用丝杆移动和光栅尺测量，用测量软件配合3D模型进行测量。也有一些设备使用镜头聚焦判断实现高度测量(一般此类产品称为2.测量)。在一些单一复杂形状产品的测量情况，如在生产线实时全检或抽检，现有的测量设备就过于昂贵，并且无法配合自动化生产设备。
[0004]对复杂形状表面特定对象的高度和深度非接触自动测量或辅助人工判断。
[0005]因此，本领域的技术人员致力于开发一种
【发明内容】
[0006]有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种垂直高度非接触检测方法及装置。
[0007]为实现上述目的，本发明提供了一种垂直高度非接触检测方法，其中，包括:将三棱镜置于镜头与被测物之间，被测物被置于一平面上，镜头拍摄三棱镜将被测物的轮廓折射形成的两影像，并获取两影像之间的水平距离；被测物与三棱镜之间的间距与镜头拍摄的水平距离成单调函数关系，水平距离经运算获取间距值，间距值与预设参考值进行运算，获取被测物的垂直高度。
[0008]进一步的，在平面上设置一标准块，通过测量标准块与三棱镜的间距值与被测物的间距值进行运算可以获取被测物的垂直高度。
[0009]进一步的，通过光线追踪法获得间距值，输入变量包括:三棱镜的棱镜边角数据、棱镜高度数据、从被测物到最靠近的三棱镜面的第一入射角以及棱镜的折射率数据的输入变量。
[0010]一种垂直高度非接触检测装置，其特征在于，包括一镜头、一被测物，所述镜头与所述被测物之间设有一三棱镜；所述三棱镜的一侧棱面与所述镜头正面指向的方向垂直，且该侧所述棱面置于所述三棱镜远离所述镜头的一侧。
[0011]进一步的，所述镜头与所述三棱镜之间安装有一棱镜筒。
[0012]进一步的，所述被测物置于一平面上。
[0013]本发明通过在被测物与镜头之间设置三棱镜，通过三棱镜将被测物折射形成两个影像，通过镜头拍摄获取两个影像之间的水平距离经过单调函数关系的运算获取间距值，进而获取高精度的被测物的垂直高度数据。
[0014]以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
【附图说明】
[0015]图1是本发明的结构示意图；
[0016]图2是本发明的实施例一的示意图。
【具体实施方式】
[0017]如图所示，一种垂直高度非接触检测方法，其中，包括:将三棱镜置于镜头与被测物之间，被测物被置于一平面上，镜头拍摄三棱镜将被测物的轮廓折射形成的两影像，三棱镜的一侧表面面向被测物使得被测物的轮廓通过三棱镜的另外两侧表面形成影像，通过镜头拍摄的图片获取两影像之间的水平距离；被测物与三棱镜之间的间距与镜头拍摄的水平距离成单调函数关系，设X为水平距离，D为间距值，则存在D = f(x)的单调函数关系，水平距离经运算获取间距值，间距值与预设参考值进行运算，获取被测物的垂直高度。
[0018]进一步的，三棱镜与被测物之间的间距值越大则两影像之间的水平距离越远。
[0019]进一步的，可以在平面上设置一标准块，通过测量标准块与三棱镜的间距值，再与被测物的间距值进行运算可以获取被测物的垂直高度，具体的为，标准块间距值加上标准块厚度再减去被测物间距值即可得出垂直高度的值。
[0020]进一步的，图2是本发明的实施例一的示意图，如图2所示，通过光线追踪法获得间距值，输入变量包括:三棱镜的棱镜边角数据、棱镜高度数据、从被测物到最靠近的三棱镜面的第一入射角以及棱镜的折射率数据的输入变量。D的计算需要使用光线追踪法求解，由光路结构决定的输入变量有:棱镜边角AA、棱镜高度L、第一入射角(从物体到棱镜的第一面的入射角)A、棱镜玻璃折射率Lemda ；
[0021]根据折射定理:折射率=Sin (入射角)/sin(出射角)
[0022]通过三棱镜折射后的出射角E是:
[0023]E = arcsin(Lemda*sin(pi/2_(p1-AA-arcsin(sinA/Lemda))))
[0024]测量变量是所测量的点到棱镜斜面的距离d ;
[0025]通过解析几何计算可以得到输出变量是像点的水平坐标。
[0026]具体的，输出变量是像点的水平坐标可以通过以下的计算方法获得:
[0027]步骤1:设物点坐标(xO，y0)、距离三棱镜底边的距离d、入射角A、棱镜高度L ;
[0028]获取入射光线斜率k0 = tan (JT /2+A)；
[0029]入射光线方程为:(y-yO)= k0 (χ-χ0)；
[0030]三棱镜底边方程:y = O ;
[0031]步骤2:入射光线方程与三棱镜底边方程交点为入射点，坐标(xl，yl)；
[0032]根据折射定理，折射后的折射角B = Arcsin (sinA/ λ )；
[0033]对应的第一折射光斜率kl = tan (JT /2+B)；
[0034]第一折射光线方程为:(y-yl) =kl(x-xl)；
[0035]步骤3:三棱镜斜边方程为:y = X-L ;
[0036]第一折射光和三棱镜的斜边接触，交点坐标(x2，y2)；
[0037]根据折射定理以及平面几何计算，折射后的折射角为:
[0038]E = arcsin ( λ*sin (pi/2_ (p1-AA-arcsin (sinA/λ))))；
[0039]对应的第二折射光(最终折射光)斜率:k2 = tan (3 π /4_Ε)；
[0040]第二折射光线(最终折射光线)方程为:(y_y2) = k2(x-x2)；
[0041]步骤4:将物点的光学入射角增加一个小角度ΔΑ，重新计算步骤1-3，可获取第二条光线的最终折射光线方程:(y-y3) =k2(x-x3)；
[0042]步骤5:将两条最终折射光线方程联立获取交点坐标(x4，y4)，该交点坐标就是像点坐标；x4就是对于物点(0，-d)所成像的水平距离。
[0043]图1是本发明的结构示意图，如图1所示，一种垂直高度非接触检测装置，其特征在于，包括一镜头1、一被测物4，镜头I与被测物4之间设有一三棱镜3 ;三棱镜3的一侧棱面与镜头I正面指向的方向垂直，且该侧棱面置于三棱镜3远离镜头I的一侧，使得三棱镜3的另外两侧表面可以将被测物4的轮廓折射形成两个影像，镜头I可以对这两个影像进行记录。
[0044]进一步的，镜头I与三棱镜3之间安装有一棱镜筒2。
[0045]进一步的，被测物4置于一平面5上。
[0046]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种垂直高度非接触检测方法，其特征在于，包括:将三棱镜置于镜头与被测物之间，被测物被置于一平面上，镜头拍摄三棱镜将被测物的轮廓折射形成的两影像，并获取两影像之间的水平距离；被测物与三棱镜之间的间距与镜头拍摄的水平距离成单调函数关系，水平距离经运算获取间距值，间距值与预设参考值进行运算，获取被测物的垂直高度。2.如权利要求1所述的垂直高度非接触检测方法，其特征在于，在平面上设置一标准块，通过测量标准块与三棱镜的间距值与被测物的间距值进行运算可以获取被测物的垂直高度。3.如权利要求1所述的垂直高度非接触检测方法，其特征在于，通过光线追踪法获得间距值，输入变量包括:三棱镜的棱镜边角数据、棱镜高度数据、从被测物到最靠近的三棱镜面的第一入射角以及棱镜的折射率数据的输入变量。4.一种垂直高度非接触检测装置，其特征在于，包括一镜头、一被测物，所述镜头与所述被测物之间设有一三棱镜；所述三棱镜的一侧棱面与所述镜头正面指向的方向垂直，且该侧所述棱面置于所述三棱镜远离所述镜头的一侧。5.如权利要求4所述的垂直高度非接触检测装置，其特征在于，所述镜头与所述三棱镜之间安装有一棱镜筒。6.如权利要求4所述的垂直高度非接触检测装置，其特征在于，所述被测物置于一平面上。
【专利摘要】本发明公开了一种垂直高度非接触检测方法及装置，包括：将三棱镜置于镜头与被测物之间，被测物被置于一平面上，镜头拍摄三棱镜将被测物的轮廓折射形成的两影像，并获取两影像之间的水平距离；被测物与三棱镜之间的间距与镜头拍摄的水平距离成单调函数关系，水平距离经运算获取间距值，间距值与预设参考值进行运算，获取被测物的垂直高度。本发明通过三棱镜将被测物折射形成两个影像，通过镜头拍摄获取两个影像之间的水平距离经过单调函数关系的运算获取间距值，进而获取高精度的被测物的垂直高度数据。
【IPC分类】G01B11/02
【公开号】CN104897068
【申请号】CN201510357149
【发明人】梅军
【申请人】上海帆声图像科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月24日
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机器视觉检查方法及装置，尤其涉及一种垂直高度非接触检测方法及装置。
【背景技术】
[0002]当前，机器视觉检查领域，有些物体的高度或深度的检测存在技术难点，使用单个相机只能使用聚焦点调节方法进行低精度测量，设备机械和自动控制复杂，无法有效地实施高精度测量，但实际应用中，有很多高度和深度的检测需要达到0.1mm以下的检测精度。本发明描述的垂直高度非接触是检测方法可以完成特定应用条件下的高精度自动化测量。
[0003]在尺寸测量领域，对高度的测量一般使用三次元接触探针和激光非接触探针，利用丝杆移动和光栅尺测量，用测量软件配合3D模型进行测量。也有一些设备使用镜头聚焦判断实现高度测量(一般此类产品称为2.测量)。在一些单一复杂形状产品的测量情况，如在生产线实时全检或抽检，现有的测量设备就过于昂贵，并且无法配合自动化生产设备。
[0004]对复杂形状表面特定对象的高度和深度非接触自动测量或辅助人工判断。
[0005]因此，本领域的技术人员致力于开发一种
【发明内容】
[0006]有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种垂直高度非接触检测方法及装置。
[0007]为实现上述目的，本发明提供了一种垂直高度非接触检测方法，其中，包括:将三棱镜置于镜头与被测物之间，被测物被置于一平面上，镜头拍摄三棱镜将被测物的轮廓折射形成的两影像，并获取两影像之间的水平距离；被测物与三棱镜之间的间距与镜头拍摄的水平距离成单调函数关系，水平距离经运算获取间距值，间距值与预设参考值进行运算，获取被测物的垂直高度。
[0008]进一步的，在平面上设置一标准块，通过测量标准块与三棱镜的间距值与被测物的间距值进行运算可以获取被测物的垂直高度。
[0009]进一步的，通过光线追踪法获得间距值，输入变量包括:三棱镜的棱镜边角数据、棱镜高度数据、从被测物到最靠近的三棱镜面的第一入射角以及棱镜的折射率数据的输入变量。
[0010]一种垂直高度非接触检测装置，其特征在于，包括一镜头、一被测物，所述镜头与所述被测物之间设有一三棱镜；所述三棱镜的一侧棱面与所述镜头正面指向的方向垂直，且该侧所述棱面置于所述三棱镜远离所述镜头的一侧。
[0011]进一步的，所述镜头与所述三棱镜之间安装有一棱镜筒。
[0012]进一步的，所述被测物置于一平面上。
[0013]本发明通过在被测物与镜头之间设置三棱镜，通过三棱镜将被测物折射形成两个影像，通过镜头拍摄获取两个影像之间的水平距离经过单调函数关系的运算获取间距值，进而获取高精度的被测物的垂直高度数据。
[0014]以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
【附图说明】
[0015]图1是本发明的结构示意图；
[0016]图2是本发明的实施例一的示意图。
【具体实施方式】
[0017]如图所示，一种垂直高度非接触检测方法，其中，包括:将三棱镜置于镜头与被测物之间，被测物被置于一平面上，镜头拍摄三棱镜将被测物的轮廓折射形成的两影像，三棱镜的一侧表面面向被测物使得被测物的轮廓通过三棱镜的另外两侧表面形成影像，通过镜头拍摄的图片获取两影像之间的水平距离；被测物与三棱镜之间的间距与镜头拍摄的水平距离成单调函数关系，设X为水平距离，D为间距值，则存在D = f(x)的单调函数关系，水平距离经运算获取间距值，间距值与预设参考值进行运算，获取被测物的垂直高度。
[0018]进一步的，三棱镜与被测物之间的间距值越大则两影像之间的水平距离越远。
[0019]进一步的，可以在平面上设置一标准块，通过测量标准块与三棱镜的间距值，再与被测物的间距值进行运算可以获取被测物的垂直高度，具体的为，标准块间距值加上标准块厚度再减去被测物间距值即可得出垂直高度的值。
[0020]进一步的，图2是本发明的实施例一的示意图，如图2所示，通过光线追踪法获得间距值，输入变量包括:三棱镜的棱镜边角数据、棱镜高度数据、从被测物到最靠近的三棱镜面的第一入射角以及棱镜的折射率数据的输入变量。D的计算需要使用光线追踪法求解，由光路结构决定的输入变量有:棱镜边角AA、棱镜高度L、第一入射角(从物体到棱镜的第一面的入射角)A、棱镜玻璃折射率Lemda ；
[0021]根据折射定理:折射率=Sin (入射角)/sin(出射角)
[0022]通过三棱镜折射后的出射角E是:
[0023]E = arcsin(Lemda*sin(pi/2_(p1-AA-arcsin(sinA/Lemda))))
[0024]测量变量是所测量的点到棱镜斜面的距离d ;
[0025]通过解析几何计算可以得到输出变量是像点的水平坐标。
[0026]具体的，输出变量是像点的水平坐标可以通过以下的计算方法获得:
[0027]步骤1:设物点坐标(xO，y0)、距离三棱镜底边的距离d、入射角A、棱镜高度L ;
[0028]获取入射光线斜率k0 = tan (JT /2+A)；
[0029]入射光线方程为:(y-yO)= k0 (χ-χ0)；
[0030]三棱镜底边方程:y = O ;
[0031]步骤2:入射光线方程与三棱镜底边方程交点为入射点，坐标(xl，yl)；
[0032]根据折射定理，折射后的折射角B = Arcsin (sinA/ λ )；
[0033]对应的第一折射光斜率kl = tan (JT /2+B)；
[0034]第一折射光线方程为:(y-yl) =kl(x-xl)；
[0035]步骤3:三棱镜斜边方程为:y = X-L ;
[0036]第一折射光和三棱镜的斜边接触，交点坐标(x2，y2)；
[0037]根据折射定理以及平面几何计算，折射后的折射角为:
[0038]E = arcsin ( λ*sin (pi/2_ (p1-AA-arcsin (sinA/λ))))；
[0039]对应的第二折射光(最终折射光)斜率:k2 = tan (3 π /4_Ε)；
[0040]第二折射光线(最终折射光线)方程为:(y_y2) = k2(x-x2)；
[0041]步骤4:将物点的光学入射角增加一个小角度ΔΑ，重新计算步骤1-3，可获取第二条光线的最终折射光线方程:(y-y3) =k2(x-x3)；
[0042]步骤5:将两条最终折射光线方程联立获取交点坐标(x4，y4)，该交点坐标就是像点坐标；x4就是对于物点(0，-d)所成像的水平距离。
[0043]图1是本发明的结构示意图，如图1所示，一种垂直高度非接触检测装置，其特征在于，包括一镜头1、一被测物4，镜头I与被测物4之间设有一三棱镜3 ;三棱镜3的一侧棱面与镜头I正面指向的方向垂直，且该侧棱面置于三棱镜3远离镜头I的一侧，使得三棱镜3的另外两侧表面可以将被测物4的轮廓折射形成两个影像，镜头I可以对这两个影像进行记录。
[0044]进一步的，镜头I与三棱镜3之间安装有一棱镜筒2。
[0045]进一步的，被测物4置于一平面5上。
[0046]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种垂直高度非接触检测方法，其特征在于，包括:将三棱镜置于镜头与被测物之间，被测物被置于一平面上，镜头拍摄三棱镜将被测物的轮廓折射形成的两影像，并获取两影像之间的水平距离；被测物与三棱镜之间的间距与镜头拍摄的水平距离成单调函数关系，水平距离经运算获取间距值，间距值与预设参考值进行运算，获取被测物的垂直高度。2.如权利要求1所述的垂直高度非接触检测方法，其特征在于，在平面上设置一标准块，通过测量标准块与三棱镜的间距值与被测物的间距值进行运算可以获取被测物的垂直高度。3.如权利要求1所述的垂直高度非接触检测方法，其特征在于，通过光线追踪法获得间距值，输入变量包括:三棱镜的棱镜边角数据、棱镜高度数据、从被测物到最靠近的三棱镜面的第一入射角以及棱镜的折射率数据的输入变量。4.一种垂直高度非接触检测装置，其特征在于，包括一镜头、一被测物，所述镜头与所述被测物之间设有一三棱镜；所述三棱镜的一侧棱面与所述镜头正面指向的方向垂直，且该侧所述棱面置于所述三棱镜远离所述镜头的一侧。5.如权利要求4所述的垂直高度非接触检测装置，其特征在于，所述镜头与所述三棱镜之间安装有一棱镜筒。6.如权利要求4所述的垂直高度非接触检测装置，其特征在于，所述被测物置于一平面上。
【专利摘要】本发明公开了一种垂直高度非接触检测方法及装置，包括：将三棱镜置于镜头与被测物之间，被测物被置于一平面上，镜头拍摄三棱镜将被测物的轮廓折射形成的两影像，并获取两影像之间的水平距离；被测物与三棱镜之间的间距与镜头拍摄的水平距离成单调函数关系，水平距离经运算获取间距值，间距值与预设参考值进行运算，获取被测物的垂直高度。本发明通过三棱镜将被测物折射形成两个影像，通过镜头拍摄获取两个影像之间的水平距离经过单调函数关系的运算获取间距值，进而获取高精度的被测物的垂直高度数据。
【IPC分类】G01B11/02
【公开号】CN104897068
【申请号】CN201510357149
【发明人】梅军
【申请人】上海帆声图像科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月24日
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