一種新的激光輔助鋼板寬度測量系統的實現

1 引言
在工業現場，結構光以其獨特的優點被廣泛運用于高精度測量中。點結構光多用于基于三角測量原理的測量系統中，多線結構光和網格結構光則多用于三維建模和人工智能。隨著檢測及傳感器、電子信息、計算機、通訊等技術的發展，鋼板測寬儀經歷了光機掃描式、主動式CCD光電、被動式CCD光電到激光輔助CCD光電幾種測寬儀的發展。從方法上，大致有機械接觸式測寬法、電視測量法、線陣CCD測寬、激光測寬等，但存在精度不高、勞動強度大、技術實現復雜，甚至有的還有一定的輻射。這里提出一種簡單易行的方案來實現基于面陣CCD和激光輔助的測寬系統。

2 測量系統實現
系統實現有相機標定、圖像采集、中值濾波、閾值變換、提取激光斷點、計算鋼板寬度等步驟，如圖1所示。

攝像機標定和圖像處理，具體如下：首先激光器照射到鋼板上，由千兆網相機拍照，經千兆網卡輸入計算機，圖像處理后獲得激光斷點的兩個圖像坐標。由標定得到的數學模型獲得激光斷點的空間坐標。根據勾股定理求得該兩點之間線段的長度，現場有凹槽同定鋼板，可不考慮鋼板傾斜，該線段的長度即為鋼板的寬度。圖2為測寬系統原理圖。

2．1 攝像機標定
攝像機標定是指由世界坐標系中標定點以及對應圖像像素坐標導出攝像機矩陣，并估計攝像機的內部參數。由于無論鋼板厚度如何變化，鋼板始終和激光面有條交線，即鋼板寬度方向。與z軸方向無關，因此使用平面標定，如圖3所示。將標定板(圖4)放在激光面上，以垂直于標定板的方向為z軸，以平行和垂直于鋼板寬度的方向在標定板上建立平面直角坐標系。選取圓的中心為標定點，兩個相鄰圓心之間的距離是16 mm，根據選取的坐標系，這些標定點在激光面上的位置是已知的，通過獲取其對應的圖像坐標確定攝像機的12個內外參數，從而完成標定工作。