一種基于圖像處理的深孔垂直度測量系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于圖像處理的深孔垂直度測量系統，待測件的深孔貫穿于相互平行的待測件的前端面和后端面之間；基于圖像處理的深孔垂直度測量系統包括：激光光束發射器、CCD圖像傳感器、圖像處理程序和計算機；激光光束發射器從待測件的前端面向深孔發出垂直于待測件的前端面的激光束，激光束的直徑大于深孔直徑，且測量時激光束完全覆蓋深孔；測量時CCD圖像傳感器緊貼待測件的后端面，且完全覆蓋深孔；CCD圖像傳感器與裝有圖像處理程序的計算機相接。本實用新型具有操作便捷、成本低、效率高且測量精確的優點，屬于測量【技術領域】，尤其適合核電蒸汽發生器的管板深孔的測量。
【專利說明】一種基于圖像處理的深孔垂直度測量系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及測量【技術領域】，尤其涉及一種通過發射激光束、基于圖像處理的深孔垂直度非接觸式測量系統。
【背景技術】
[0002]核電蒸汽發生器的管板直徑為Φ 3000— Φ 5000mm，厚度600— 900mm，需要以核電
蒸汽發生器的管板的一側面為基準面，測量該核電蒸汽發生器的管板中各深孔相對于基準面的垂直度。深孔垂直度的偏差將直接影響到之后支撐板的安裝，及在近萬個管孔(深孔)內能否順利、準確的穿過長達十幾米的U型管束。
[0003]傳統深孔測量一般采用接觸式測量方法，首先按深孔孔徑尺寸加工出與之配合的芯棒，然后將芯棒與工裝端面垂直安裝，之后將芯棒插入被測深孔內，使工裝端面與被測深孔端面緊密接觸，讀取與工裝相連接的指針表讀數，再通過幾何換算得到被測深孔垂直度。當被測深孔的孔徑很小或者孔深很深時，芯棒的制造將會非常困難，其成本將大大提高。此夕卜，接觸式測量對深孔內表面和芯棒都會有磨損，芯棒一旦磨損其測量精度將難以保證；同時，核電蒸汽發生器的管板的深孔內表面如果受到磨損或刮傷，則將對整個核電設備后續正常運行造成安全隱患，影響非常嚴重。另外，現有技術也有采用三坐標測量的方法，但需要大型的三坐標測量儀，成本非常高，并且受場地條件的限制較大。
[0004]因此，在深孔垂直度測量上，特別是核電蒸汽發生器的管板的深孔的垂直度測量上，由于深孔數量龐大，精度要求高，其垂直度測量急需一種快速高效、精度高、成本低的非接觸式檢測方法。
實用新型內容
[0005]針對現有技術中存在的技術問題，本實用新型的目的是:提供一種測量精度高、易于操作的、非接觸式的基于圖像處理的深孔垂直度測量系統。其操作便捷、成本低、效率高且測量精確，非常適合于深孔相對于基準面的垂直度的測量。
[0006]為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0007]—種基于圖像處理的深孔垂直度測量系統，待測件的深孔貫穿于相互平行的待測件的前端面和后端面之間；基于圖像處理的深孔垂直度測量系統包括:激光光束發射器、CCD圖像傳感器、圖像處理程序和計算機；激光光束發射器從待測件的前端面向深孔發出垂直于待測件的前端面的激光束，激光束的直徑大于深孔直徑，且測量時激光束完全覆蓋深孔；測量時CCD圖像傳感器緊貼待測件的后端面，且完全覆蓋深孔；CCD圖像傳感器與裝有圖像處理程序的計算機相接。
[0008]作為一種優選，一種基于圖像處理的深孔垂直度測量系統，包括前支座和后支座；激光光束發射器安裝于前支座中，CCD圖像傳感器安裝于后支座中并凸出于后支座。
[0009]作為一種優選，前支座內設有第一安裝腔，激光光束發射器嵌入第一安裝腔中；一前支座后蓋安裝于前支座的后端并將激光光束發射器頂緊在第一安裝腔中；激光束穿過前支座的前端面。
[0010]作為一種優選，前支座的前端面設有多個環繞激光束布置的鋼球；測量時鋼球緊貼待測件的前端面，待測件的前端面與前支座的前端面平行。
[0011]作為一種優選，后支座內設有第二安裝腔，CXD圖像傳感器嵌入第二安裝腔并凸出于后支座的前端面；一帶彈簧的彈簧后蓋安裝于后支座的后端，彈簧將CCD圖像傳感器頂緊在第二安裝腔中。
[0012]作為一種優選,前支座和后支座均設置手持手柄。
[0013]作為一種優選，待測件、前支座和后支座分別安裝于三個升降式夾具中，各升降式夾具在水平面上通過滑軌調整相互之間的位置。
[0014]作為一種優選，待測件為核電蒸汽發生器的管板。
[0015]一種基于圖像處理的深孔垂直度測量方法，使用基于圖像處理的深孔垂直度測量系統，包括如下步驟:激光光束發射器垂直于待測件的前端面從待測件的前端面向深孔發射激光束，在待測件的前端面上，激光束覆蓋深孔；激光束穿過深孔直接照射在CCD圖像傳感器上形成直接照射區域，激光束經深孔的內壁反射，在CCD圖像傳感器上形成反射光線區域；待測件的后端面的孔徑內，直接照射區域和反射光線區域存在明暗分界，計算機通過圖像處理程序提取直接照射區域和反射光線區域的兩段圓弧形輪廓，計算兩段圓弧形輪廓的中心距，即可得到待測件的深孔的垂直度。
[0016]作為一種優選，測量前，將激光光束發射器安裝于前支座中，將CCD圖像傳感器安裝于后支座中，前支座通過手持的方式在待測件的前端面對準，后支座通過手持的方式在待測件的后端面對準。
[0017]總的說來，本實用新型具有如下優點:
[0018](I)本實用新型的基于圖像處理的深孔垂直度測量系統，其前、后支座可以設置手持手柄，即前后支座可手持式操作，這樣整個測量系統就成為一種手持式的便攜測量裝置，能夠便捷、高效、精確的測量深孔相對于基準面(前端面)的垂直度；同時，對于核電蒸汽發生器的管板等具有大量深孔的零部件，該系統的前、后支座可以安裝在自動滑軌等工裝設備上，實現深孔檢測自動化。
[0019](2)本實用新型的基于圖像處理的深孔垂直度測量方法，只需將激光束、CXD圖像傳感器完全覆蓋被測深孔的前、后端面的孔徑，而無需傳統測試方法所需的找正對心等復雜繁瑣的步驟，因此，既簡化了測量方法，又極大降低了系統部件的加工精度要求。
[0020](3)本實用新型的基于圖像處理的深孔垂直度檢測方法，通過計算機的顯示器實時顯示CCD圖像傳感器捕獲的孔徑光束圖像，非常直觀明了 ；同時利用圖像處理程序，自動計算被測深孔垂直度，并進行顯示與存儲，有效減少人為誤差。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是一種基于圖像處理的深孔垂直度測量系統的示意圖。
[0022]圖2是CXD圖像傳感器捕獲的直接照射區域和反射光線區域的圖像示意圖。
[0023]其中，I為激光光束發射器，2為前支座，3為CXD圖像傳感器，4為彈簧后蓋，5為后支座，6為鋼球，7為前支座后蓋，8為直接照射區域，9為圓弧形輪廓，10為反射光線區域，O1為直接照射區域的圓心，O為反射光線區域的圓心。【具體實施方式】
[0024]下面將結合附圖和【具體實施方式】來對本實用新型做進一步詳細的說明。
[0025]參照圖1和圖2，一種基于圖像處理的深孔垂直度測量系統，包括:激光光束發射器、CXD圖像傳感器、圖像處理程序、計算機、前支座、后支座、前支座后蓋、彈簧后蓋和鋼珠。
[0026]激光光束發射器設置在前支座內部的第一安裝腔內，前支座后蓋抒緊于前支座的后端并將激光光束發射器頂緊在第一安裝腔中。前支座的前端面鑲嵌多個沿著圓周環繞激光束布置的鋼球；測量時鋼球緊貼待測件的前端面，待測件的前端面與前支座的前端面平行。激光發射器發射的激光穿過前支座的前端面，并從待測件的前端面向深孔內照射，使激光束垂直于待測件的前端面，且激光束的直徑比深孔的孔徑大，在待測件的前端面將深孔完全覆蓋。
[0027]CXD圖像傳感器及其外圍電路設置在后支座內，CXD圖像傳感器置于后支座的第二安裝腔中，CCD圖像傳感器嵌入第二安裝腔并凸出于后支座的前端面，CCD圖像傳感器接收光線的部分緊貼待測件的后端面；帶彈簧的彈簧后蓋安裝于后支座的后端，彈簧將CCD圖像傳感器頂緊在第二安裝腔中，并使得CCD圖像傳感器凸出于后支座，從而在測量時，CCD圖像傳感器可緊貼待測件的后端面，且在待測件的后端面CCD圖像傳感器將深孔的孔徑完全覆蓋。CCD圖像傳感器接收光信號，再通過外圍電路將光信號轉化為電信號傳入計算機，利用圖像處理程序提取出接收到的激光光束直接照射區域的圓弧形輪廓和反射光線區域的圓弧形輪廓，通過計算兩圓弧形輪廓的中心距OO1就得到了深孔相對于待測件的前端面的垂直度。
[0028]本實施例中待測件為核電蒸汽發生器的管板，前支座和后支座裝有手持手柄，整個測量系統成為一種手持式的便攜測量裝置。
[0029]一種基于圖像處理的深孔垂直度測量方法，包括激光束發射、激光束接收、激光束輪廓提取、輪廓中心距計算等步驟，具體依次包括如下步驟:
[0030]( I)將激光光束發射器安裝在前支座內，擰緊前支座后蓋固定激光光束發射器；
[0031](2)將前支座的前端面與待測件的前端面相平行，使得前支座的前端面上鑲嵌若干鋼球與待測件的前端面緊密接觸，調整前支座位置，使得激光光束發射器發射的激光束完全覆蓋深孔的孔徑，且激光束垂直于待測件的前端面入射；
[0032](3)將CCD圖像傳感器及其外圍電路安裝在后支座內，擰緊彈簧后蓋將其固定，使得CCD圖像傳感器的前端接收光照的部分稍稍凸出于后支座；
[0033](4)將CXD圖像傳感器與待測件的后端面緊密接觸，由于彈簧壓力的作用，CXD圖像傳感器的前端面保持與待測件的后端面緊密接觸，調整后支座位置，使得CCD圖像傳感器的前端面完全覆蓋深孔的孔徑；
[0034](5)打開激光光束發射器，發射準直激光束，該激光束通過存在垂直度誤差的被測深孔后到達CXD圖像傳感器，CXD圖像傳感器將捕獲到的圖像實時顯示在計算機的顯示器上；同時，在后端面孔徑內，激光束直接照射區域與經過深孔內表面的反射光線區域將存在明顯的明暗分界，利用圖像處理程序提取激光束直接照射區域的圓弧形輪廓和反射光線區域的圓弧形輪廓，計算兩段圓弧的中心距OO1即可得被測深孔垂直度。
[0035]除了本實施例提及的方式外，待測件、前支座和后支座分別安裝于三個升降式夾具中，各升降式夾具在水平面上通過滑軌調整相互之間的位置實現對準。這些變換方式均在本實用新型的保護范圍內。
[0036]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于圖像處理的深孔垂直度測量系統，待測件的深孔貫穿于相互平行的待測件的前端面和后端面之間，其特征在于:基于圖像處理的深孔垂直度測量系統包括:激光光束發射器、CCD圖像傳感器、圖像處理程序和計算機；激光光束發射器從待測件的前端面向深孔發出垂直于待測件的前端面的激光束，激光束的直徑大于深孔直徑，且測量時激光束完全覆蓋深孔；測量時CCD圖像傳感器緊貼待測件的后端面，且完全覆蓋深孔；CCD圖像傳感器與裝有圖像處理程序的計算機相接。
2.按照權利要求1所述的一種基于圖像處理的深孔垂直度測量系統，其特征在于:它包括前支座和后支座；激光光束發射器安裝于前支座中，CCD圖像傳感器安裝于后支座中并凸出于后支座。
3.按照權利要求2所述的一種基于圖像處理的深孔垂直度測量系統，其特征在于:所述前支座內設有第一安裝腔，激光光束發射器嵌入第一安裝腔中；一前支座后蓋安裝于前支座的后端并將激光光束發射器頂緊在第一安裝腔中；激光束穿過前支座的前端面。
4.按照權利要求3所述的一種基于圖像處理的深孔垂直度測量系統，其特征在于:所述前支座的前端面設有多個環繞激光束布置的鋼球；測量時鋼球緊貼待測件的前端面，待測件的前端面與前支座的前端面平行。
5.按照權利要求2述的一種基于圖像處理的深孔垂直度測量系統，其特征在于:所述后支座內設有第二安裝腔，CCD圖像傳感器嵌入第二安裝腔并凸出于后支座的前端面；一帶彈簧的彈簧后蓋安裝于后支座的后端，彈簧將CCD圖像傳感器頂緊在第二安裝腔中。
6.按照權利要求2所述的一種基于圖像處理的深孔垂直度測量系統，其特征在于:所述前支座和后支座均設置手持手柄。
7.按照權利要求2所述的一種基于圖像處理的深孔垂直度測量系統，其特征在于:所述待測件、前支座和后支座分別安裝于三個升降式夾具中，各升降式夾具在水平面上通過滑軌調整相互之間的位置。
8.按照權利要求1所述的一種基于圖像處理的深孔垂直度測量系統，其特征在于:所述待測件為核電蒸汽發生器的管板。
【文檔編號】G01B11/26GK203687896SQ201320849835
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】張仕偉, 湯勇, 陸龍生, 唐陶 申請人:華南理工大學