一种新的激光辅助钢板宽度测量系统的实现

1 引言
在工业现场，结构光以其独特的优点被广泛运用于高精度测量中。点结构光多用于基于三角测量原理的测量系统中，多线结构光和网格结构光则多用于三维建模和人工智能。随着检测及传感器、电子信息、计算机、通讯等技术的发展，钢板测宽仪经历了光机扫描式、主动式CCD光电、被动式CCD光电到激光辅助CCD光电几种测宽仪的发展。从方法上，大致有机械接触式测宽法、电视测量法、线阵CCD测宽、激光测宽等，但存在精度不高、劳动强度大、技术实现复杂，甚至有的还有一定的辐射。这里提出一种简单易行的方案来实现基于面阵CCD和激光辅助的测宽系统。

2 测量系统实现
系统实现有相机标定、图像采集、中值滤波、阈值变换、提取激光断点、计算钢板宽度等步骤，如图1所示。

摄像机标定和图像处理，具体如下：首先激光器照射到钢板上，由千兆网相机拍照，经千兆网卡输入计算机，图像处理后获得激光断点的两个图像坐标。由标定得到的数学模型获得激光断点的空间坐标。根据勾股定理求得该两点之间线段的长度，现场有凹槽同定钢板，可不考虑钢板倾斜，该线段的长度即为钢板的宽度。图2为测宽系统原理图。

2．1 摄像机标定
摄像机标定是指由世界坐标系中标定点以及对应图像像素坐标导出摄像机矩阵，并估计摄像机的内部参数。由于无论钢板厚度如何变化，钢板始终和激光面有条交线，即钢板宽度方向。与z轴方向无关，因此使用平面标定，如图3所示。将标定板(图4)放在激光面上，以垂直于标定板的方向为z轴，以平行和垂直于钢板宽度的方向在标定板上建立平面直角坐标系。选取圆的中心为标定点，两个相邻圆心之间的距离是16 mm，根据选取的坐标系，这些标定点在激光面上的位置是已知的，通过获取其对应的图像坐标确定摄像机的12个内外参数，从而完成标定工作。