一种基于光栅投影的型坯厚度计算方法及系统与流程

本发明涉及中空吹塑技术领域，特别是涉及一种基于光栅投影的型坯厚度计算方法及系统。

背景技术：

塑料产品在日常生活中随处可见，其生产的方法也有多种，但在众多塑料容器成型的方法中，中空吹塑成型和注射成型是使用最广泛、产量最大的两种成型方法。在中空吹塑制品中，其壁的厚薄程度是整个产品工艺的重要因素之一。由于早期的中空吹塑成型设备缺少型坯壁厚控制系统，为使得制品最薄处达到最小壁厚要求，制品的其它部位就要相应加厚，造成材料的浪费，因此，为了节省成本，控制型坯壁厚是一种比较经济的做法。在控制型坯壁厚的技术中，型坯壁厚规划曲线生成的方法是其中一项关键技术，而形成型坯壁厚规划曲线时，各个点的厚度采集也是其中的关键一步。

图1为现有技术采用的型坯厚度计算方法的流程图。现阶段常用的方案是：

步骤S1：通过人工粗略估算产品厚度，然后将各个厚度值在壁厚控制器画面进行曲线设定。

步骤S2：按照设定好的厚度规划曲线，生产产品，进入调试。

步骤S4和步骤S5：若是生产出的产品与样品的重量、厚度不一致，根据人工经验，或粗略的测量，对曲线进行修正和调整(局部和整体)，直至生产出的产品与样品的重量、厚度一致。

步骤S3：如果生产的产品与样品厚度一致，则进入步骤S6和步骤S7以进行生产。

由此可见，在整个过程中，该方法调试周期较长，整个产品的生产效率大大的降低，同时厚度规划曲线的精度低。

因此，如何提高产品的生产效率和厚度规划曲线的精度是本领域 技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于光栅投影的型坯厚度计算方法，用于提高产品的生产效率和厚度规划曲线的精度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于光栅投影的型坯厚度计算方法，用于中空吹塑技术领域，其特征在于，包括：

将光栅条纹投影至被测产品上；

采集所述被测产品上的光栅条纹图像，并将所述光栅条纹图像转换为对应的电信号；

将所述光栅条纹图像对应的电信号转换为数字信号，并生成型坯壁厚规划曲线；

其中，所述将光栅条纹投影至被测产品上包括将所述光栅条纹投影至所述被测产品的外表面和内表面。

优选的，所述将所述光栅条纹图像对应的电信号转换为数字信号，并生成型坯壁厚规划曲线包括：

接收所述光栅条纹图像对应的所述电信号；

将所述电信号转换为数字信号并进行计算以得到所述被测产品各点的厚度值；

对所述厚度值进行数据处理以获取所述型坯壁厚规划曲线；

存储所述厚度值和所述型坯壁厚规划曲线；

显示所述型坯壁厚规划曲线。

优选的，所述将光栅条纹投影到被测产品上包括：

通过投影仪将所述光栅条纹投影到所述被测产品上。

优选的，所述采集所述被测产品上的光栅条纹图像包括：

通过摄像机采集所述被测产品上的所述光栅条纹图像。

优选的，所述通过摄像机采集所述被测产品上的所述光栅条纹图像和所述通过投影仪将所述光栅条纹投影到所述被测产品上包括：

所述投影仪和所述摄像机通过三角形法测量原理投影和采集。

一种基于光栅投影的型坯厚度计算系统，用于中空吹塑技术领域，包括：

影像投影装置，用于将光栅条纹投影至被测产品上；

影像采集装置，用于采集所述被测产品上的光栅条纹图像，并将所述光栅条纹图像转换为对应的电信号；

壁厚控制器，用于将所述光栅条纹图像对应的电信号转换为数字信号，并生成型坯壁厚规划曲线；

其中，所述将光栅条纹投影至被测产品上包括将所述光栅条纹投影至所述被测产品的外表面和内表面。

优选的，所述壁厚控制器包括：

图像接收装置，用于接收所述光栅条纹图像对应的所述电信号；

数据计算装置，用于将所述电信号转换为数字信号并进行计算以得到所述被测产品各点的厚度值；

数据处理装置，用于对所述厚度值进行数据处理以获取所述型坯壁厚规划曲线；

存储装置，用于存储所述厚度值和所述型坯壁厚规划曲线；

显示装置，用于显示所述型坯壁厚规划曲线。

优选的，所述影像投影装置为投影仪。

优选的，所述影像采集装置为摄像机。

优选的，所述投影仪、所述摄像机和所述被测产品形成的光路结构为三角形。

本发明所提供的基于光栅投影的型坯厚度计算方法，通过将光栅条纹投影至被测产品上，其中，所述将光栅条纹投影至被测产品上包括将所述光栅条纹投影至所述被测产品的外表面和内表面，然后采集被测产品上的光栅条纹图像，并将光栅条纹图像转换为对应的电信号，最后将所述光栅条纹图像对应的电信号转换为数字信号，并生成型坯壁厚规划曲线。该方法可直接通过光栅投影技术实现产品厚度的自动采集，能够精准、快速地形成型坯壁厚规划曲线，提高了产品的生产 效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术采用的型坯厚度计算方法的流程图；

图2为本发明提供的一种基于光栅投影的型坯厚度计算方法的流程图；

图3为本发明提供的另一种基于光栅投影的型坯厚度计算方法的流程图；

图4为本发明提供的一种被测产品外表面采用三角形法测量原理的结构图；

图5为本发明提供的一种被测产品内表面采用三角形法测量原理的结构图；

图6为本发明提供的图5中50的局部放大图；

图7为本发明提供的一种型坯壁厚规划曲线图；

图8为本发明提供的一种基于光栅投影的型坯厚度计算系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种基于光栅投影的型坯厚度计算方法及系统。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例一

图2为本发明提供的一种基于光栅投影的型坯厚度计算方法的流程图。一种基于光栅投影的型坯厚度计算方法，用于中空吹塑技术领域，包括以下步骤：

S10：将光栅条纹投影至被测产品上；

在具体实施中，首先将光栅条纹以合适的角度投影至被测产品上，其中，所述将光栅条纹投影至被测产品上包括将所述光栅条纹投影至所述被测产品的外表面和内表面。

S11：采集所述被测产品上的光栅条纹图像，并将所述光栅条纹图像转换为对应的电信号。

当光栅条纹投影至被测产品上时，则在被测产品的外表面和内表面就产生了光栅条纹图像，采集形成的光栅条纹图像并转换为对应的数字信号以供步骤S12使用。

S12：将所述光栅条纹图像对应的所述电信号转换为数字信号，并生成型坯壁厚规划曲线；

光栅条纹图像能够反映被测产品的外表面和内表面的高度信息，根据光栅条纹图像就可以生成型坯壁厚规划曲线。得到了型坯厚度规划曲线，则可以依据型坯厚度规划曲线生产产品。

本实施例提供的基于光栅投影的型坯厚度计算方法，通过将光栅条纹投影至被测产品上，其中，所述将光栅条纹投影至被测产品上包括将所述光栅条纹投影至所述被测产品的外表面和内表面，然后采集被测产品上的光栅条纹图像，并将光栅条纹图像转换为对应的电信号，最后将所述光栅条纹图像对应的电信号转换为数字信号，并生成型坯壁厚规划曲线。该方法可直接通过光栅投影技术实现产品厚度的自动采集，能够精准、快速地形成型坯壁厚规划曲线，提高了产品的生产效率。

图3为本发明提供的另一种基于光栅投影的型坯厚度计算方法的流程图。作为一种优选的实施方式，所述根据所述光栅条纹图像对应的所述数字信号生成型坯壁厚规划曲线包括：

S120：接收所述光栅条纹图像对应的所述电信号；

S121：将所述电信号转换为数字信号并进行计算以得到所述被测产品各点的厚度值；

S122：对所述厚度值进行数据处理以获取所述型坯壁厚规划曲线；

S123：存储所述厚度值和所述型坯壁厚规划曲线；

S124：显示所述型坯壁厚规划曲线。

在实际应用中，当采集被测产品上的光栅条纹图像对应的电信号后，将电信号转换为数字信号，使图像数字化。对数字化后的图像进行计算，得到被测产品各点的厚度值。对得到的厚度值进行数据处理以获取型坯壁厚规划曲线，并将该曲线存储和显示。在该过程中，将厚度值和型坯壁厚规划曲线存储，以便下一次遇到同样的产品时，可以直接读取存储的数据，无需重新测量。

作为一种优选的实施方式，所述将光栅条纹投影到被测产品上包括：

通过投影仪将所述光栅条纹投影到所述被测产品上。

作为一种优选的实施方式，所述采集所述被测产品上的光栅条纹图像包括：

通过摄像机采集所述被测产品上的所述光栅条纹图像。

需要说明的是，通过投影仪将光栅条纹投影到被测产品上，以及通过摄像机采集被测产品上的光栅条纹图像只是优选的实施方式，并不代表只有这两种方式，在实施应用中，只要能够完成上述步骤的装置均可。

作为一种优选的实施方式，所述通过摄像机采集所述被测产品上的所述光栅条纹图像和所述通过投影仪将所述光栅条纹投影到所述被测产品上包括：

所述投影仪和所述摄像机通过三角形法测量原理投影和采集。

为了达到理想的测量效果，本发明优选的采用三角形法测量原理，具体过程如下。

图4为本发明提供的一种被测产品外表面采用三角形法测量原理的结构图。图5为本发明提供的一种被测产品内表面采用三角形法测量原理的结构图。图6为本发明提供的图5中50的局部放大图。

如图4和图5所示，参考面用于在测量时获取基准相位；Y轴平行于光栅条纹；C点和P点分别为摄像机和投影仪的光学中心；m₀为摄像机和投影仪的光学中心距离；l₀为投影仪与参考面的距离，因为CP平行于参考面，所以该值也是摄像机与参考面的距离；N是被测产品表面任意一点，n为N相对应的内表面点。

如图4所示，光束照在参考面上交于A点，当放上被测产品之后，PA交于物体表面N点，从摄像机获得图像中看到由于物体的高度变化，此时A点条纹转移到B点。

根据相似三角形原理可知：

∵ΔBNF∽ΔBCE，ΔAFN∽ΔAOP

∴

对于相位沿着X轴方向变化的光栅而言，设OXY面上任意一点(X,Y)，其相位为则可得出：

其中，为原点O处的相位，p为光栅周期，即光栅周期变化2π对应的长度；

由(2)可得：

其中，为A、B点相位值，将(3)代入(1)整理得：

其中，f为光栅频率，f＝1/p。

公式(4)中，NF即为产品任意一点高度，l₀、m₀、f为系统参量，在标定时得到。

同理得出：

根据图4以及计算公式(4)，得出产品最高点为H_max，则产品厚度为：

若H_max＝NF，则，

根据以上方法，任意采集产品不同位置的厚度，记录并存储数据，详见表1。待壁厚控制器处理后生成型坯壁厚规划曲线。

表1

为了让本领域技术人员更加理解本发明提供的型坯壁厚规划曲线的生成过程，这里给出具体的计算过程。

在型坯壁厚规划曲线过程中，其型坯厚度与采样到的产品厚度值之间需要通过处理器计算与转换。对于相同一点其型坯重量与产品重量是一致的。假设型坯重量量为G_A；产品重量为G_a；产品原料密度为ρ；型坯厚度为D_A；产品厚度为D_a；型坯表面积为S_A；产品表面机为S_a；则：

G_A＝S_A*D_A*ρ (7)

G_a＝S_a*D_a*ρ (8)

而已知G_A＝G_a，假设已知产品厚度为D_a，型坯表面积为S_A，产品表面积为S_a；

则可求出相同点时型坯的厚度：

图7为本发明提供的一种型坯壁厚规划曲线图。根据以上公式，结合表1中产品的各点厚度值得到型坯厚度规划曲线。如图7所示，横轴代表壁厚百分比，纵轴代表被测产品上的点数。

实施例二

图8为本发明提供的一种基于光栅投影的型坯厚度计算系统的结构图。基于光栅投影的测量系统，用于中空吹塑技术领域，包括：

影像投影装置10，将光栅条纹投影至被测产品11上；

影像采集装置12，用于采集所述被测产品11上的光栅条纹图像，并将所述光栅条纹图像转换为对应的电信号；

壁厚控制器13，用于将所述光栅条纹图像对应的电信号转换为数字信号，并生成型坯壁厚规划曲线；

其中，所述将光栅条纹投影至被测产品11上包括将所述光栅条纹投影至所述被测产品的外表面和内表面。

在具体实施中，影像投影装置10首先将光栅条纹以合适的角度投影至被测产品11上，包括投影至被测产品的外表面和内表面。当光栅条纹投影至被测产品11上时，则在被测产品11的外表面和内表面就产生了光栅条纹图像，影像采集装置12采集形成的光栅条纹图像以供壁厚控制器使用。光栅条纹图像能够反映被测产品11的外表面和内表面的高度信息。壁厚控制器13根据光栅条纹图像就可以生成型坯壁厚规划曲线。得到了型坯厚度规划曲线，则可以依据型坯厚度规划曲线生产产品。

本实施例提供的基于光栅投影的型坯厚度计算系统，通过将光栅条纹投影至被测产品上，其中，所述将光栅条纹投影至被测产品上包括将所述光栅条纹投影至所述被测产品的外表面和内表面，然后采集被测产品上的光栅条纹图像，并将光栅条纹图像转换为对应的电信号，最后将所述光栅条纹图像对应的电信号转换为数字信号，并生成型坯壁厚规划曲线。该方法可直接通过光栅投影技术实现产品厚度的自动采集，能够精准、快速地形成型坯壁厚规划曲线，提高了产品的生产效率。

作为一种优选的实施方式，所述壁厚控制器包括：

图像接收装置，用于接收所述光栅条纹图像对应的所述电信号；

数据计算装置，用于将所述电信号转换为数字信号并进行计算以得到所述被测产品各点的厚度值；

数据处理装置，用于对所述厚度值进行数据处理以获取所述型坯 壁厚规划曲线；

存储装置，用于存储所述厚度值和所述型坯壁厚规划曲线；

显示装置，用于显示所述型坯壁厚规划曲线。

在实际应用中，影像采集装置对被测产品图像信息进行采集，通过光电效应将光学图像转化为电信号；图像接收装置接收转换为电信号的图像信息；然后数据计算装置将电信号转换为数字信号，使图像信息数字化，再进行计算以得到被测产品各点的厚度值；数据处理装置对得到的厚度值进行数据处理以获取型坯壁厚规划曲线；存储装置将该曲线存储和显示。在该过程中，将厚度值和型坯壁厚规划曲线存储，以便下一次遇到同样的产品时，可以直接读取存储的数据，无需重新测量。

作为一种优选的实施方式，所述影像投影装置为投影仪。

作为一种优选的实施方式，所述影像采集装置为摄像机。

需要说明的是，通过投影仪将光栅条纹投影到被测产品上，以及通过摄像机采集被测产品上的光栅条纹图像只是优选的实施方式，并不代表只有这两种方式，在实施应用中，只要能够完成上述步骤的装置均可。

作为一种优选的实施方式，所述投影仪、所述摄像机和所述被测产品形成的光路结构为三角形。

由于该优选方式与实施例一中的三角形法测量原理相同，因此这里暂不赘述，具体过程请参见实施例一的说明。

以上对本发明所提供的一种基于光栅投影的型坯厚度计算方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰， 这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。