[發明專利]一種基于圖像處理的深孔垂直度測量系統及其測量方法

有效

• 申請號: 201310714923.9
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103712577A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 張仕偉;湯勇;陸龍生;唐陶
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 付茵茵;楊曉松

技術領域

本發明涉及測量技術領域，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及其測量方法。

背景技術

核電蒸汽發生器的管板直徑為Ф3000—Ф5000mm，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。

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。此外，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。

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。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明的目的是：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及其測量方法。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。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

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。

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。

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。

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。

作為一種優選，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。

作為一種優選，前支座和后支座均設置手持手柄。

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。

作為一種優選，待測件為核電蒸汽發生器的管板。

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。

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。

總的說來，本發明具有如下優點：