CN100447525C

CN100447525C - 影像测量仪的测量方法

Info

Publication number: CN100447525C
Application number: CNB2006101162719A
Authority: CN
Inventors: 封志鸣; 黄士栋; 姚斌
Original assignee: SHANGHAI MEASURING AND CUTTING TOOLS PLANT
Current assignee: Shanghai Measuring & Cutting Tool Factory Co. Ltd.
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2008-12-31
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: CN101149249A

Abstract

本发明公开了一种影像测量仪的测量方法，该影像测量仪的测量过程分对焦阶段、拍摄阶段、拼接阶段及计算阶段，与现有技术相比，本发明的影像测量仪的测量方法的技术方案是对较大的一个范围取像，保存整个图像信息，将测量时取得的所有图像信息进行处理，如果进行批量检测可对多个工件的外形和相对位置关系做比较，从而可以任意摆放工件。同时在取点上现有技术方案如取多个点将对检测时间产生影响，本发明的技术方案是在生成图形后对图形取点，可以任意设置取点数无需顾及机械定位精度和检测时间。

Description

影像测量仪的测量方法

技术领域

本发明涉及一种测量方法，具体涉及一种影像测量仪的测量方法。

技术背景

随着工业上加工水平的不断提高，被监测的产品的尺寸和形状变换多样，因此对监测的手段提出了新的要求，以往的监测方法如人工监测已不能适应新的监测要求，计算机视觉监测技术因具有柔性好，非接触，快速高效等特点，在工业监测中得到了广泛应用。在现有的计算机视觉监测中，需要额外的准备工作，即需要事先制作专用夹具，并且需要设置摄像系统移动路径，对整个图形是对点取像，保存测量过程中所有取得的“点的坐标”数据，所以得出的是点的坐标位置，测量结果是两个坐标点之间的相对位置，通过对各个点的坐标值进行计算得出整个测量范围内被测件的外形尺寸，如对于椭圆形工件的测量，见图2，一般来说我们认为椭圆是由四条半径两两相同的圆弧组成，各条弧线之间相切，目前采用的测量方法是将摄像头移动至每段弧线处，在弧线边缘处取若干点(不少于三点)在取点完成后根据点的坐标位置并通过计算来得出工件的外形数据。采用这个方法，既使是很小的工件也必须将摄像头沿着工件外型移动若干点，移动次数与工件大小、形状复杂程度都有关。如对于多个形状相同的工件的测量，见图3，采用目前的测量方法是必须事先进行编程，确定多个被测件之件的相对距离及测量时的移动路径，测量时根据程序按照用户要求的测量路径进行移动并且取像，最终将所有获得的点的坐标位置进行计算。采用这个方法，所有工件需要按相同的间隔间距和同样的角度摆放，所以要靠特制的工夹模具来实现，测量前还需要事先编程确定摄像头每次移动距离和移动路径，因此降低了检测效率且工件变化适应能力差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的缺陷提供一种能对整个图形取像以获得被测件各边缘的相对位置关系且可以自动复合比较的影像测量仪的测量方法。

为解决上述技术问题，本发明采用一种影像测量仪的测量方法，该影像测量仪包括机座、底座、工作台、由龙门架、X、Y、Z向传动轴系、联结在Z向传动轴系上的Z向滑块组成的运动系统、照明系统、摄像系统及软件控制系统，所述照明系统包括上光源及底光源，所述摄像系统包括摄像镜头及摄像机，所述上光源、摄像镜头同轴设置在一固定在Z向滑块上的上光源灯罩内，所述Z向传动轴系固定在龙门架上，所述X向传动轴系设在龙门架上部的水平梁上，所述Y向传动轴系设在所述工作台两侧龙门架的纵梁上，后者与龙门架的两立柱底部联结，所述X、Y、Z向传动轴系上均设有光栅用以将其各自移动的位置信号传输给软件控制系统，还包括一用以限制摄像镜头和上光源与被测工件之间的距离的传感结构，该传感结构包括一发射传感器、一接受传感器以及一Z向传动装置，该影像测量仪的测量过程分对焦阶段、拍摄阶段、拼接阶段及计算阶段，具体步骤是：

1.1、对焦阶段：

1.1.1、在计算机上选定一个测量范围，它为一个将被测件在工作台面上的最大投影面包含在内的二维平面；

1.1.2、计算机先将信号传送给Z向传动轴系，启动Z轴步进电机并带动固定在Z向滑块上的灯罩内的摄像镜头上下移动以便对焦，同时由传感结构中的区域传感器将探得的被测件最高点的高度反馈给计算机以确定摄像镜头与被测件最高点的距离，该距离也称为摄像机完成对焦的有效焦距，Z向传动轴系中的光栅将此时摄像镜头位置信号传送回计算机保存；

1.2、拍摄阶段：

1.2.1、由计算机将信号传送给X、Y向传动轴系，启动X、Y轴步进电机并带动摄像镜头在一个水平面上移动到测量范围的起始位置，此后根据计算机生成的移动路径，摄像镜头在测量范围内移动到下一位置；

1.2.2、每移动一个确定位置，摄像系统都要根据设定的取像数拍摄图像，摄像系统提取的是在该点64×48mm范围内的图像并保存到计算机内；

1.3、拼接阶段：

计算机根据每次取像时摄像镜头的位置对所有的图像按照移动路径进行拼接生成一个封闭的整体图形；

1.4、计算阶段

在已生成的整体图形中对图像边缘进行取点和计算得出被测件的外形尺寸并对该封闭的图形上的相应点的相对位置关系进行计算，所有计算结果按照要求储存为当前名义值或者与事先输入的名义值作对比并且以数字和图形方式输出。

上述的影像测量仪的测量方法，其中，所述步骤1.2.1中，还包括X、Y向传动轴系中的光栅不断将位置信号反馈给计算机，由计算机根据该信号控制X、Y轴步进电机带动摄像镜头微量移动直至摄像镜头到达准确的位置。

上述的影像测量仪的测量方法，其中，所述拼接阶段中，计算机是按照拍摄时X、Y向传动轴系中的光栅反馈的位置信号进行补偿后将所有相邻图片进行拼接。

上述的影像测量仪的测量方法，其中，所述计算阶段中，对于多个被测件，计算机可以将之前定义的名义值与当前图形重合作对比得出误差并生成报表输出。

与现有技术相比，本发明的影像测量仪的测量方法的技术方案是对较大的一个范围取像，保存整个图像信息，将测量时取得的所有图像信息进行处理，如果进行批量检测可对多个工件的外形和相对位置关系做比较，从而可以任意摆放工件。同时在取点上现有技术方案如取多个点将对检测时间产生影响，本发明的技术方案是在生成图形后对图形取点，可以任意设置取点数无需顾及机械定位精度和检测时间。

附图说明

图1是现有技术的影像测量仪测量方法的一种实例示意图；

图2是现有技术的影像测量仪测量方法的另一种实例示意图；

图3是本发明的影像测量仪的测量方法中使用的影像测量仪的结构示意图；

图4是本发明的影像测量仪的测量方法的流程图；

图5是本发明的影像测量仪的测量方法的一种实施例示意图；

图6是本发明的影像测量仪的测量方法的另一种实施例示意图。

具体实施方式

请参阅图3，本发明的影像测量仪的测量方法中使用的影像测量仪包括机座1、底座2、工作台3、由龙门架4、X、Y、Z向传动轴系、联结在Z向传动轴系上的Z向滑块5组成的运动系统、照明系统、摄像系统及软件控制系统，所述照明系统包括上光源及底光源，所述摄像系统包括摄像镜头及摄像机，所述上光源、摄像镜头同轴设置在一固定在Z向滑块上的上光源灯罩7内，所述Z向传动轴系固定在龙门架4上，所述X向传动轴系8设在龙门架4上部的水平梁40上，所述Y向传动轴系设在所述工作台3两侧龙门架4的纵梁上，后者与龙门架4的两立柱41底部联结，所述X、Y、Z向传动轴系上均设有光栅用以将其各自移动的位置信号传输给软件控制系统，还包括一用以限制摄像镜头和上光源与被测工件之间的距离的传感结构6，该传感结构6包括一发射传感器60、一接受传感器60’以及一Z向传动装置。

再请参阅图4，本发明的该影像测量仪的测量过程分对焦阶段、拍摄阶段、拼接阶段及计算阶段，具体步骤是：

1.1、对焦阶段：

1.1.1、将被测件放置与工作台上，一般被测件的高度不大于175mm，然后在计算机上选定一个测量范围，该测量范围为一个将被测件在工作台面上的最大投影面包含在内的二维平面；

1.1.2、计算机先将被测件的信号传送给Z向传动轴系，启动Z轴步进电机并带动固定在Z向滑块上的灯罩内的摄像镜头下移以便对焦，同时由传感结构中的区域传感器将探得的被测件最高点的高度反馈给计算机以确定摄像镜头与被测件最高点的距离，完成自动对焦，摄像镜头表面至两区域传感器连线的直线距离为180mm左右，该距离也即摄像机完成对焦的有效焦距，Z向传动轴系中的光栅将此时摄像镜头位置信号传送回计算机保存；

1.2、拍摄阶段：

1.2.1、对焦完成后，由计算机将信号传送给X、Y向传动轴系，开始X、Y轴步进电机带动摄像镜头在一个水平面上移动到测量范围的起始位置，在这期间，X、Y向传动轴系中的光栅不断将位置信号反馈给计算机，由计算机根据该信号控制X、Y轴步进电机带动摄像镜头微量移动直至摄像镜头到达准确的位置，取获到该点在64×48mm范围内的被测物体的影像并保存，此后根据计算机生成的先上移后右移的移动路径，摄像镜头在测量范围内移动到下一位置；

1.2.2、每移动一个确定位置，摄像系统都要根据设定的取像数拍摄图像，一般取像数为3张，摄像系统提取的是在该点64×48mm范围内的图像并保存到计算机内；

1.3、拼接阶段：

计算机根据每次取像时摄像镜头的位置对所有的图像按照移动路径进行拼接生成一个整体图形，即计算机是按照拍摄时X、Y向传动轴系中的光栅反馈的位置信号进行补偿后将所有相邻图片进行拼接；

1.4、计算阶段

在已生成的整体图形中对图像边缘进行取点和计算得出被测件的外形尺寸并对该封闭的图形上的相应点的相对位置关系进行计算，所有计算结果按照要求储存为当前名义值或者与事先输入的名义值作对比并且以数字和图形方式输出；

对于多个被测件，计算机可以将之前定义的名义值与当前图形重合作对比得出误差并生成报表输出。

影像测量仪的测量原理是：按照设定参数对图形进行处理。软件在处理图形时按照拍摄时光栅反馈的位置信号进行补偿后将所有相邻图片进行拼接。根据取点间距将整副图像上所有的点进行数字化处理。连接所有的点形成一个封闭图形，整个封闭图形作为被测件外形储存在系统中。根据测量要求对该封闭图形上的相应点的相对位置关系进行计算。将所有计算结果按照要求储存为当前名义值或者与事先输入的名义值作对比并且以数字和图形方式输出。

当对于多个形状相同的工件的测量自动比较时：将多个封闭图形进行重合，重合时以这些图形中最为近似的边缘为基准。在重合后按照事先定义的形位公差数据对相应边缘上的点进行相对位置关系计算并且将该计算结果与名义值作对比并且以数字和图形方式输出。

请参阅图5示出了本发明实施例之一的影像测量仪的测量方法，对于椭圆形工件的测量：先选定一个大于椭圆形工件边缘的测量范围，若该范围为128×48mm即能将被测椭圆形工件包纳在内，摄像头先在测量范围的左下角的起始点摄取64×48mm范围的图像，然后根据所选择的测量范围按照固定的先上移，再右移，再下移，再右移的移动路径进行移动，若上移时已超过测量范围，则右移到下一点摄取64×48mm范围的图像，每移动一段距离后取像的同时还对先前点摄取的图像进行拼接，这样，只要移动一点便将测量范围的图像都摄入完毕并拼接成整体图形。在取像完成后再对整体图形按照设定的取点数进行取点计算(可以设置很多取点数且对整体测量时间影响很小)，最终通过对取得点的相对位置关系计算出工件外形。采用此方法的测量时间只与测量范围有关系，而与工件形状复杂程度都无关。

请参阅图6，示出了本发明实施例之二的影像测量仪的测量方法，对于多个形状相同的工件的测量：将多个被测工件放置在工作台上，各工件之间可随意间隔，角度也可随意摆放，摄像头根据用户选择的包纳所有被测工件的测量范围按照固定的先上移，再右移，再下移，再右移的移动路径进行移动，每到一点摄取64×48mm范围的图像，每移动一段距离后取像的同时还对先前点摄取的图像进行拼接，在取像完成后根据标准件的轮廓外形自动将本次测量所获得的各个工件的封闭图形自动重合，重合时以最近似的边缘为基准，在重合后按照事先定义的形位公差数据对相应边缘上的点进行相对位置关系计算并且将该计算结果与名义值作对比得出测量结果。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims

1.一种影像测量仪的测量方法，该影像测量仪包括机座、底座、工作台、由龙门架、X、Y、Z向传动轴系、联结在Z向传动轴系上的Z向滑块组成的运动系统、照明系统、摄像系统及软件控制系统，所述照明系统包括上光源及底光源，所述摄像系统包括摄像镜头及摄像机，所述上光源、摄像镜头同轴设置在一固定在Z向滑块上的上光源灯罩内，所述Z向传动轴系固定在龙门架上，所述X向传动轴系设在龙门架上部的水平梁上，所述Y向传动轴系设在所述工作台两侧龙门架的纵梁上，后者与龙门架的两立柱底部联结，所述X、Y、Z向传动轴系上均设有光栅用以将其各自移动的位置信号传输给软件控制系统，还包括一用以限制摄像镜头和上光源与被测工件之间的距离的传感结构，该传感结构包括一发射传感器、一接收传感器以及一Z向传动装置，该影像测量仪的测量过程分对焦阶段、拍摄阶段、拼接阶段及计算阶段，具体步骤是：

1.1、对焦阶段：

1.2、拍摄阶段：

1.3、拼接阶段：

1.4、计算阶段：

2.根据权利要求1所述的影像测量仪的测量方法，其特征在于，所述步骤1.2.1中，还包括X、Y向传动轴系中的光栅不断将位置信号反馈给计算机，由计算机根据该信号控制X、Y轴步进电机带动摄像镜头微量移动直至摄像镜头到达准确的位置。

3.根据权利要求1所述的影像测量仪的测量方法，其特征在于，所述拼接阶段中，计算机是按照拍摄时X、Y向传动轴系中的光栅反馈的位置信号进行补偿后将所有相邻图片进行拼接。

4.根据权利要求1所述的影像测量仪的测量方法，其特征在于，所述计算阶段中，对于多个被测件，计算机可以将之前定义的名义值与当前图形重合作对比得出误差并生成报表输出。