一种基于图像处理的手机壳内部尺寸测量装置技术领域
本发明涉及手机壳尺寸测量装置领域，具体是一种基于图像处理的手机壳内
部尺寸测量装置。
背景技术
近年来，手机行业的快速发展是的手机生产数量的增多，同时手机的质量检
测技术也在快速发展，手机外壳的内部尺寸的检测也是质量检测中的一种。目前
市场上常见的手机外壳的检测主要包括人工检测，机器视觉检测和三坐标测量机
检测。人工和机器视觉检测都属于二维视觉，这种检测方法的缺陷就是对于高度、
阶高之类的检测存在缺陷而三坐标测量机的检测是通过对每一个要测量点进行
测量，测量过程长。
手机外壳尺寸检测方法，人工检测速度慢，误差大；机器视觉检测，需要借
助光源，无法测量高度方向，而且容易受到外界干扰；传统的三坐标机，测量速
度慢，不利于流水线操作，三坐标测量机(CMM)是近50年来发展起来的新
型精密测量仪器，它广泛应用于机械制造、汽车、电子、航空航天等工业领域
中，在世界范围得到广泛应用，成为三维检测工业标准设备。它的精度受它的结
构、材质、驱动系统、光栅尺等各个环节的影响，在使用过程中，测量精度受温
湿度、震动、粉尘等很多环境因素的影响，适合实验室使用。影像投影仪是一种
非接触式检测方式，可对XY平面内和Z方向上尺寸进行快速手动检测,可以
编程实现自动检测。检测员可记录手动检测时的全部检测过程,哈尔滨工业大学
工程硕士学位论文包括灯光的设置参数,并生成程序，在下次检测同一产品时可
直接运行程序，实现自动检测。影像投影仪适合多尺寸检测，多数量样品检测。
测量精度受温湿度、灰尘、震动、灯光等环境因素的影响，适合实验室使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于图像处理的手机壳内部尺寸测量装置，以解决
现有技术手机壳尺寸测量存在的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种基于图像处理的手机壳内部尺寸测量装置，其特征在于：包括沿左右方
向水平设置的滑轨，滑轨上左端滑动安装有电动移动平台，还包括由多个竖向支
腿支撑的上支撑框，上支撑框水平跨越在滑轨右端上方，且上支撑框左、右侧的
长边水平垂直于滑轨，上支撑框正下方的多个支腿之间支撑有与上支撑框平行且
结构相同的中间支撑框，所述上支撑框中通过CCD固定板安装有CCD，且上支
撑框中CCD镜头垂直向下朝向中间支撑框，中间支撑框前侧的支腿之间亦通过
CCD固定板安装有CCD，且支腿之间的CCD镜头水平向后朝向中间支撑框上
方，所述中间支撑框左、右侧框边顶部之间水平连接有四道固定板，四道固定板
分别位于上支撑框中CCD镜头、前侧支腿中CCD镜头的视野中，且四道固定
板前、后侧的长边分别平行于滑轨，其中最前方的固定板中前、后侧位置分别沿
左右水平方向设有一字形滑孔，且最前方固定板中前、后侧滑孔位置错开，最后
方的固定板中沿前后水平方向设有一对一字形滑孔，中间两个固定板中分别沿左
右水平方向设有一字形滑孔，四道固定板的滑孔中分别滑动安装有手机壳的测头
单元。
所述的一种基于图像处理的手机壳内部尺寸测量装置，其特征在于：最前方
的固定板中前、后侧滑孔上分别滑动安装有测量手机壳底部阶高的测头单元，测
量手机壳底部阶高的测头单元包括固定外框，固定外框滑动安装在对应的滑孔
上，且固定外框前、后侧的长边平行于滑孔，固定外框左、右侧的框边上分别设
有垫片，且左、右侧的垫片位置相互对称，固定外框中设有形状匹配的矩形悬浮
片，矩形悬浮片顶部左、右端与对应侧的垫片之间分别连接有V型弹簧片，矩
形悬浮片中间设有竖直的中央通孔，中央通孔上部同轴插接有感应杆，感应杆顶
端垂直连接有水平向前伸展的转接杆，转接杆前端指向前侧支腿中CCD镜头，
且转接杆前端固定有宝石球，中央通孔下部同轴插接有测量杆，测量杆下端亦固
定有宝石球。
所述的一种基于图像处理的手机壳内部尺寸测量装置，其特征在于：最后方
的固定板中两滑孔上、中间两个固定板中滑孔上右侧分别滑动安装有测量手机壳
侧面阶高和槽深的测头单元，测量手机壳侧面阶高和槽深的测头单元包括固定外
框，固定外框滑动安装在对应固定板的滑孔上，其中最后方的固定板中测量单元
的固定外框左、右侧长边平行于所在滑孔，中间两固定板中右侧测量单元的固定
外框的前、后侧长边平行于所在滑孔，固定外框长边方向两端的框边顶部分别设
有垫片，两端垫片位置相互对称，固定外框中设有形状匹配的矩形悬浮片，矩形
悬浮片顶部与对应侧的垫片之间分别连接有V型弹簧片，矩形悬浮片中间设有
竖直的中央通孔，中央通孔上部同轴插接有感应杆，感应杆上端固定有宝石球，
中央通孔下部同轴插接有测量杆，其中最后方固定板中测量单元的测量杆下端垂
直连接有水平向后伸展的转接杆，转接杆后端固定有宝石球，中间两固定板中右
侧的测量单元的测量杆下端分别垂直连接有水平向右伸展的转接杆，转接杆右端
固定有宝石球。
所述的一种基于图像处理的手机壳内部尺寸测量装置，其特征在于：中间两
个固定板中滑孔上左侧分别滑动安装有测量手机壳槽宽的测头单元，测量手机壳
槽宽的测头单元包括固定外框，固定外框滑动安装在中间两固定板的滑孔上左
侧，且固定外框前、后侧长边平行于所在滑孔，固定外框长边方向两端的框边顶
部分别设有垫片，两端垫片位置相互对称，固定外框中设有形状匹配的矩形悬浮
片，矩形悬浮片顶部与对应侧的垫片之间分别连接有V型弹簧片，矩形悬浮片
中间设有竖直的中央通孔，中央通孔上部同轴插接有感应杆，感应杆上端固定有
宝石球，中央通孔下部同轴插接有测量杆，测量杆下端垂直连接有水平向左伸展
的转接杆，转接杆左端固定有偏摆型探头。
所述的一种基于图像处理的手机壳内部尺寸测量装置，其特征在于：所述电
动移动平台包括立座和工作台，立座滑动安装在滑轨上左端，工作台沿竖向滑动
安装在立座右侧面，且工作台水平向右伸展。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明集三坐标测量机与视觉测量的优点于一体，既可以测量视觉方法
难以测量的深孔、台阶等尺寸；又可以借助视觉技术实现并行测量，以提高测量
速度。
2、本发明采用基于弹性机构的测头单元，具有结构简单、成本较低、较高
的灵敏度的优点。
/3、本发明采用CCD作为测量单元，具有分辨率高、动态响应好、精度好
的优点。
4、本发明采用铝合金结构支架，具有安装方便，质量轻、稳定性好的优点。
附图说明
图1为本发明总体结构示意图
图2为本发明测量装置结构示意图
图3为本发明测头单元排布及固定结构示意图
图4、图5为本发明测阶高示意图
图6为本发明测槽深示意图
图7为本发明测槽宽示意图
图8为测量手机壳底部阶高的测头单元结构示意图。
图9为测量手机壳侧面阶高和槽深的测头单元结构示意图。
图10为测量手机壳槽宽的测头单元结构示意图。
图11为本发明在竖直方向检测原理图。
图12为本发明在水平方向检测原理图。
具体实施方式
如图1-图3所示，一种基于图像处理的手机壳内部尺寸测量装置，包括沿左
右方向水平设置的滑轨8，滑轨8上左端滑动安装有电动移动平台1，还包括由
多个竖向支腿支撑的上支撑框2a，上支撑框2a水平跨越在滑轨8右端上方，且
上支撑框2a左、右侧的长边水平垂直于滑轨8，上支撑框2a正下方的多个支腿
之间支撑有与上支撑框2a平行且结构相同的中间支撑框2b，上支撑框2a中通
过CCD固定板4b安装有CCD5b，且上支撑框2a中CCD5b镜头垂直向下朝向
中间支撑框2b，中间支撑框2b前侧的支腿之间亦通过CCD固定板4a安装有
CCD5a，且支腿之间的CCD5a镜头水平向后朝向中间支撑框2b上方，中间支撑
框2b左、右侧框边顶部之间水平连接有四道固定板3a、3b、3c、3d，四道固定
板3a、3b、3c、3d分别位于上支撑框2a中CCD5b镜头、前侧支腿中CCD5a镜
头的视野中，且四道固定板3a、3b、3c、3d前、后侧的长边分别平行于滑轨8，
其中最前方的固定板3a中前、后侧位置分别沿左右水平方向设有一字形滑孔，
且最前方固定板3a中前、后侧滑孔位置错开，最后方的固定板3d中沿前后水平
方向设有一对一字形滑孔，中间两个固定板3b、3c中分别沿左右水平方向设有
一字形滑孔，四道固定板3a、3b、3c、3d的滑孔中分别滑动安装有手机壳的测
头单元6。
如图5、图8所示，最前方的固定板3a中前、后侧滑孔上分别滑动安装有
测量手机壳底部阶高的测头单元6a，测量手机壳底部阶高的测头单元6a包括固
定外框6a8，固定外框6a8滑动安装在对应的滑孔上，且固定外框6a8前、后侧
的长边平行于滑孔，固定外框6a8左、右侧的框边上分别设有垫片6a5，且左、
右侧的垫片位置相互对称，固定外框6a8中设有形状匹配的矩形悬浮片6a3，矩
形悬浮片6a3顶部左、右端与对应侧的垫片之间分别连接有V型弹簧片6a4，矩
形悬浮片6a3中间设有竖直的中央通孔，中央通孔上部同轴插接有感应杆6a2，
感应杆6a2顶端垂直连接有水平向前伸展的转接杆6a6，转接杆6a6前端指向前
侧支腿中CCD镜头5a，且转接杆6a6前端固定有宝石球6a1，中央通孔下部同
轴插接有测量杆6a7，测量杆下端亦固定有宝石球。
如图4、图6及图9所示，最后方的固定板3d中两滑孔上、中间两个固定
板3b、3c中滑孔上右侧分别滑动安装有测量手机壳侧面阶高和槽深的测头单元
6b，测量手机壳侧面阶高和槽深的测头单元6b包括固定外框6b8，固定外框6b8
滑动安装在对应固定板的滑孔上，其中最后方的固定板3d中测量单元6b的固定
外框6b8左、右侧长边平行于所在滑孔，中间两固定板3b、3c中右侧测量单元
的固定外框的前、后侧长边平行于所在滑孔，固定外框6b8长边方向两端的框边
顶部分别设有垫片6b5，两端垫片位置相互对称，固定外框6b8中设有形状匹配
的矩形悬浮片6b3，矩形悬浮片6b3顶部与对应侧的垫片之间分别连接有V型弹
簧片6b4，矩形悬浮片6b3中间设有竖直的中央通孔，中央通孔上部同轴插接有
感应杆6b2，感应杆6b2上端固定有宝石球6b1，中央通孔下部同轴插接有测量
杆6b7，其中最后方固定板3d中测量单元6b的测量杆6b7下端垂直连接有水平
向后伸展的转接杆6b6，转接杆后端固定有宝石球，中间两固定板3b、3c中右
侧的测量单元的测量杆下端分别垂直连接有水平向右伸展的转接杆，转接杆右端
固定有宝石球。
如图7、图10所示，中间两个固定板3b、3c中滑孔上左侧分别滑动安装有
测量手机壳槽宽的测头单元6c，测量手机壳槽宽的测头单元6c包括固定外框
6c8，固定外框6c8滑动安装在中间两固定板3b、3c的滑孔上左侧，且固定外框
6c8前、后侧长边平行于所在滑孔，固定外框6c8长边方向两端的框边顶部分别
设有垫片6c5，两端垫片位置相互对称，固定外框6c8中设有形状匹配的矩形悬
浮片6c3，矩形悬浮片6c3顶部与对应侧的垫片之间分别连接有V型弹簧片6c4，
矩形悬浮片6c3中间设有竖直的中央通孔，中央通孔上部同轴插接有感应杆6c2，
感应杆6c2上端固定有宝石球6c1，中央通孔下部同轴插接有测量杆6c7，测量
杆6c7下端垂直连接有水平向左伸展的转接杆6c6，转接杆6c6左端固定有偏摆
型探头6c9。
电动移动平台1包括立座和工作台，立座滑动安装在滑轨8上左端，工作台
沿竖向滑动安装在立座右侧面，且工作台水平向右伸展。
本发明中，测头单元6a，在一固定外框6a8上方两端连接两垫片6a5，垫片
6a5的两端分别与V型弹簧片6a4的两端连接，V型弹簧片6a4的另一端与在固
定外框6a8中央的矩形悬浮片6a3的一臂端连接，在矩形悬浮片6a3中央通孔上
方设置感应杆6a2，在感应杆6a2的上端连接与之垂直的转接杆6a6，在转接杆
6a6的端部固定一宝石球6a1。在矩形悬浮片6a3中央通孔的下方设置测量杆6a7，
在测量杆6a7的下端固定一宝石球。
在测头单元6a感测之前，转接杆6a6端部的宝石球6a在正前方CCD5a上
成像在一固定位置，在测量杆6a7感测后，宝石球6a1在CCD5a上成像位置与
之前位置相比具有相对位移，经过图像处理可以测量出其相对位移之差，然后再
确定比例系数即可计算出手机壳7底部阶高。
先将手机壳放置电动移动平台1上，然后控制电动移动平台运动，使其将手
机壳送到测量单元的正下方。在测量手机壳7底部阶高时，此时测量底部阶高的
两个测头单元6a顶端宝石球6a1在其侧面CCD5a成像的位置在同一水平高度，
控制电动移动平台1，使其升到一定高度，因由于两个测头单元6a接触手机壳7
底部的高度不同，所以两测头单元6a顶部宝石球6a1在CCD5a上成像位置有一
高度差，经过图像处理计算出此高度差，确定比例系数后即可计算出所测量手机
壳7底部阶高。在测量手机壳7侧面阶高和槽深时基本原理与测量底部阶高相同，
唯一不同的是测头单元6b顶端宝石球6b1的成像在其上方的CCD5b上，根据宝
石球6b1在CCD5b上成像的相对位移差来计算阶高和槽深。在测量槽宽时两个
测量单元6c的两个偏摆型探头6c9分别向槽的两边运动，当偏摆型探头6c9碰
到槽边时停止运动，根据CCD5b上的图像处理反映其相对位移，由此测出槽宽。
具体实施中，相应的结构设置也包括：
测量手机壳7侧面阶高和槽深时的测头单元6b将转接杆6b6设置在测量杆
6b7下端，其他结构同测头单元6a。测量槽深时用的测头单元6c底部采用的探
头为偏摆型探头6c9，其他结构同测头单元6b。
本实施例中，在固定板3上设置长通孔形的滑孔，将侧头单元6放置在固定
板3滑孔上，这样测头单元6可以在固定板3上进行调整，在固定板3的两端分
别打两个螺纹孔，通过螺纹孔与中间支撑框2b连接。
本实施例中，在手机壳的正上端设置一大视场CCD5b，CCD5b通过螺纹与
在其正上方的CCD固定板4b连接，在固定板4b的两端分别有两个螺纹孔，通
过螺纹孔与上支撑框2a连接。由于在测手机壳7底部阶高时，手机壳7正上方
CCD5b感测不到其宝石球6a的位移，所以在测此处阶高时用测头单元6a，通过
垂直的转接杆6a6使其宝石球6a1在转接杆6a6顶部，在手机壳7正左侧设置一
CCD5a，CCD5a通过螺纹孔与CCD固定板4a连接，CCD固定板4a两端分别有
两个螺纹孔，通过螺纹孔与支腿连接。
基于弹性机构的侧头单元属于接触式探头，在感测手机壳内部尺寸时，要保
证不能破坏物体表面，因此需要高灵敏度的力学机构。本实施例中作为弹性元件
的V型弹簧片6b4采用铍青铜簧片，在测头单元6b的顶部设置有宝石球6b1，
手机壳7的正上方设置有CCD5b，当探头因接触物体受力时，两个V型弹簧片
6b4就会发生变形，从而导致其顶部宝石球6b1有一相对位移，根据V型弹簧片
6b4受力前后的位移变化，使之宝石球6b1在CCD5b上成像位置有所改变，经
过图像处理，计算出两个侧头单元6b顶部宝石球6b1的相对位移差，从而得到
想要测量的尺寸。
本实施例中的测量单元的工作原理如图11和图12所示：
在测量之前，测头单元6顶部的宝石球在CCD5上成像为一固定位置，测量之后
宝石球有相对位移，即宝石球在CCD5上成的像也会有一相对位移x，,在测量
阶高时根据两个测头单元6相对位移的不同即可计算出阶高H＝k(x1-x2)。式中
x1为其中一个测头单元顶部宝石球的位移量；x2为另一个测头单元顶部宝石球
的位移量；H为两个测头单元测量的阶高；k为比例系数。