CN101458070A

CN101458070A - 一种应用于平面型工件的数据化测绘方法

Info

Publication number: CN101458070A
Application number: CNA2008101897432A
Authority: CN
Inventors: 陈伟良
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2009-06-17

Abstract

本发明公开一种应用于平面型工件的数据化测绘方法，包括有常规XY平台，摄像机控制PC机及软件，通过XY平台带动摄像机作等间距的步进位移，对母件的对应局部进行摄像取样，并将取样图像与该摄像取样停歇点对应的XY座标参数一同送入PC机保存，从而将母件的形状分成若干个局部的正投影取样图像，PC机将各取样图像按照XY座标参数在PC机的屏幕上依次还原排列，重新拼接出母件的完整的正投影图像，通过PC机的图片处理软件，人工从母件的正投影拼接图像中勾勒、整理并光滑连接形成工件母件的测绘线条图，为后续的工件规模化、数字化加工奠定了基础，这样的方法，具有设备简单、操作使用方便、测量精度高、适应性强，成本低廉等优点。

Description

一种应用于平面型工件的数据化测绘方法

技术领域

本发明涉及逆向工程中工件、样件的测量、测绘的技术领域，特别是非接触式的数据化测绘方法。

背景技术

在工业品的原创设计到规模化生产的过程中，一般需要采用逆向工程，即将原始设计的工件或手工制作的样件经过测量、测绘，获得其适用于机械化、自动化加工的参数、数据，作为后续生产的基础。目前，在逆向工程中较常用的母件测量、测绘方式有：手工临摹式、光学扫描仪式、碰数系统式、激光三维扫描式等四种。其中，手工临摹式最为原始、落后，仅靠人手临摹、换算，精确度差、随意性大，已不适应规模化生产加工的需要；光学扫描仪式则只适用于厚度不大、重量较轻的薄片型工件、样件，且容易受工件、样件的尺寸规格大小限制，应用面窄、通用性差；碰数系统式虽然精度和通用性不差，但由于是采用点触碰方式工作，操作使用繁琐、测量速度慢，所用设备成本也较昂贵；激光三维扫描式虽精度高、适用范围广，但设备极其昂贵，属专用设备，普及率低，难以在一般企业广泛应用。而在实际的加工生产过程中，尽管工件、样件绝大部分是三维构件，但其中有很大一部分则是等厚度或者厚度均一的平面型构件，对于这样类型的工件、样件，光学扫描仪式测量无法适应、碰数系统式测量效率低下、激光三维扫描式测量成本高。如何对平面型工件、样件进行简单、高效、准确、低成本的测量测绘，是传统技术还没有完善解决的。而在一般普通的生产加工企业中，带动被加工工件作X轴、Y轴位移的工作台----XY平台是最多见、最常用的设备，而且XY平台的规格尺寸与待加工工件的大小尺寸相适应。如何组合、利用常规通用设备实现精确的母件测量测绘，正是本发明要解决的重点。

发明内容

本发明的目的就是要克服上述现有技术的不足之处，提出一种设备简单、操作使用方便、测量精度高、适应性强，成本低廉的应用于平面型工件的数据化测绘方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种应用于平面型工件的数据化测绘方法，包括有常规的可作X轴、Y轴位移的XY平台，常规的摄像机，常规的控制PC机及软件，其特征在于：工件母件水平放置于XY平台的机台面上，摄像机固定于XY平台的移动托架上且镜头垂直正对机台面上的工件母件，XY平台的移动托架带着摄像机作等间距的间歇式步进位移，且摄像机在每次位移间隔之间的停歇点即对机台面上工件母件的对应局部进行正投影摄像取样，并将取样图像与该摄像取样停歇点对应的XY座标参数一同送入PC机保存，根据工件母件的尺寸大小，摄像机在移动托架的带动下围绕工件母件来回往复步进摄像取样，并走完全程，从而将工件母件的形状化整为零、分成若干个局部的正投影取样图像，PC机将所有取样图像与各自对应的XY座标综合建立图像数据库，然后将各取样图像按照XY座标参数在PC机的屏幕上依次还原排列，重新拼接出工件母件的完整的正投影图像，接着通过PC机的常规图片处理软件，人工从工件母件的正投影拼接图像中勾勒出其整体及内部的轮廓线、形状线，整理并光滑连接形成工件母件的测绘线条图，该线条图包含XY座标参数，为后续的工件规模化、数字化加工奠定了基础。进一步地，摄像取样的方式可以是摄像机固定于机台上的原点不动，工件母件则由XY平台带动在摄像机的镜头下作等间距的间歇式步进位移。为使工件母件的尺寸参数测绘更准确，在工件母件的下方可铺设带有标准尺寸刻度或网格的背景。为避免取样图像的不完整、连接不连贯，摄像机获得的每个取样图像最好与相邻的取样图像有局部的交叉重叠。对于只有外轮廓形状的实体工件母件，为节省测绘时间，摄像机的步进位移可由人手或人工控制手柄调控，摄像机只沿着工件母件的外轮廓形状作等间距的摄像取样。为方便重新拼接，用于拼接的取样图像最好为同一大小的正方形，面积在1mm×1mm～15mm×15mm之间。

这样的设计，本发明具有明显的优点和优势；

1、通过XY平台和摄像机这些常规设备就可对工件母件进行精确的测绘，能满足、适应各种不同规格尺寸的平面型工件母件，还可根据需要作自动或手动的选择，灵活性好。

2、XY平台是一般的通用设备，易于推广普及，通用性强，无须重复投资。

3、可通过PC机的屏幕直观、清晰地了解测绘过程、图像，操作简单。

4、对工件母件的测绘精度高，线条图的尺寸精度可达0.02mm。

5、测绘效率大大提高，完成一个工件母件的近千张图像的拍摄取样，只需约20分钟。

6、整套方法所用设备常用而简单，其成本不高。

7、最重要的是，可直接将工件母件转换成精确的数据，为以后的规模化、自动化加工创造了十分有利的基础。

附图说明

图1是本发明的示意图；

图2是实施例1的摄像示意图；

图3是实施例1的摄像及拼接图像示意图；

图4是实施例2的摄像及拼接图像示意图；

图5是实施例3的示意图。

具体实施方式

本发明的方法主要适用于二维的平面工件，或者是特殊的三维工件---即有一维是等厚度或厚度均一的平面型构件。

实施例1，参见图1，以测绘木工加工中椅子的椅背工件母件为例，本实施例的数据化测绘方法所需要的设备包括有常规的XY平台1，常规的摄像机2，常规的控制PC机3及公知的软件，摄像机2镜头垂直朝下地被固定于XY平台1的移动托架11上，母件4水平放置于XY平台1的机台面12上。测绘前，先根据母件4的长宽尺寸1200mm×60mm粗略圈定摄像机2在XY平台1上的X轴、Y轴的行程范围---X轴为1220mm、Y轴为100mm所围成的长方形内，然后将摄像机2移动至起始测绘点、调好焦距。

测绘开始，摄像机2先在起始测绘点拍摄第1幅图像，而起始拍摄点在XY平台1上的对应座标为x1、y1，PC机3将第一幅图像及座标参数x1、y1保存，然后移动托架11带动摄像机2沿X轴水平移动10mm，在第2个停歇点拍摄第2幅图像，对应的座标为x2、y1，第2幅图像及对应的座标参数x2、y1也保存入PC机3，接着再沿X轴水平移动10mm，在第3个停歇点拍摄第3幅图像，如此以10mm为一个间距水平移动拍摄一幅图像，直至在1220mm范围内拍摄完122幅图像及对应的122个座标参数，如图2所示，此位置时摄像机2的座标为x122、y1；接着移动托架11带动摄像机2沿Y轴上移10mm，拍摄第123幅图像，其对应的座标参数x122、y2，然后，移动托架11带动摄像机2沿X轴反方向水平移动10mm，拍摄第124幅图像，其对应的座标参数x121、y2，如此以10mm为一个间距水平移动拍摄一幅图像，就这样交替循还，如图3所示，摄像机2在X轴为1220mm、Y轴为100mm所围成的长方形内共拍摄完1220幅图像；PC机3将这1220幅图像及1220组座标参数建立图像数据库。接着，PC机3对这1220幅图像进行取样---即每幅图像只截取中心点范围内的10mm×10mm的图像作为取样图像，然后将这1220幅取样图像按原来对应的座标关系在PC机3的屏幕上依次还原排列，重新拼接出母件4的完整的拼接图像，由于每幅图像都是由摄像机2垂直正对母件4及机台面12拍摄的，涉及到母件4的所有局部图像都是正投影关系的，母件4的所有形状细节都能够得到逼真的还原。接着，利用PC机3内的图片处理软件，人手通过鼠标从母件4的正投影拼接图像中勾图，勾勒出母件4的整体轮廓线，最后，整理并光滑连接形成工件母件的测绘线条图。本实施例中，由于XY平台1可以设定自动进给，以每1秒拍摄一幅图像计算，拍摄1220幅图像所需要的时间仅需20分钟左右，完成一个母件4的测绘到出线条图，所花时间可以以小时来计算。效率是以往技术的数十倍。此外，为便于测绘时校正母件4的真实尺寸参数，可在机台面12上、母件4的下方铺设带有标准尺寸刻度或网格的背景，这样，重新拼接出母件4的完整的拼接图像时，可在图像的背景中及时了解母件4所有局部线条的大小、尺寸参数。方便对线条图的量化转换。为了便于图像的拼接，摄像机获得的每幅图像最好与相邻的图像有局部的交叉重叠，从而可避免出现局部轮廓线断开、不接续的情况。

实施例2，参见图4，本实施例所需要的设备与实施例1类同，只是由人手操控或者增加人工控制手柄，人工控制手柄与XY平台的控制系统连接，主要是针对那些只有外轮廓而没有内部线条、形状的实心母件4’。为了提高测绘的效率、节省测绘时间，对于那些实心的母件4’，可以只对母件4’的外轮廓形状进行拍摄，而不必死板地往复来回走全程，因此，在测绘时，从起始测绘点开始，就可通过人工控制摄像机2的停歇点，使摄像机2只沿着母件4’的轮廓形状在附近等间距移动拍摄，然后沿着母件4’的轮廓形状等间距推进，直到走回起始测绘点，这样，所拍摄的轮廓图像依然与XY平台的座标参数对应的，同样可以依座标将轮廓图像还原排列成母件4’，但却可以省略了母件4’内部无关形状的拍摄，以实施例1的椅背母件4为例，本方法只需要拍摄约300幅图片即可完成测绘，大大节省了时间。

实施例3，参见图5，摄像取样的方式可以是摄像机2’固定于机台上的原点不动，工件母件4则由XY平台1’带动在摄像机2’的镜头下作等间距的间歇式步进位移，PC机3’进行软件数据处理。这同样可以达到实施例1的从母件转换为线条图的技术效果。

当然，这里仅列举了三种较佳的实施方式，其它等同、类同的构造均应属于本专利的保护范畴，这里不再赘述。

Claims

1、一种应用于平面型工件的数据化测绘方法，包括有常规的可作X轴、Y轴位移的XY平台，常规的摄像机，常规的控制PC机及软件，其特征在于：工件母件水平放置于XY平台的机台面上，摄像机固定于XY平台的移动托架上且镜头垂直正对机台面上的工件母件，XY平台的移动托架带着摄像机作等间距的间歇式步进位移，且摄像机在每次位移间隔之间的停歇点即对机台面上工件母件的对应局部进行正投影摄像取样，并将取样图像与该摄像取样停歇点对应的XY座标参数一同送入PC机保存，根据工件母件的尺寸大小，摄像机在移动托架的带动下围绕工件母件来回往复步进摄像取样，并走完全程，从而将工件母件的形状化整为零、分成若干个局部的正投影取样图像，PC机将所有取样图像与各自对应的XY座标综合建立图像数据库，然后将各取样图像按照XY座标参数在PC机的屏幕上依次还原排列，重新拼接出工件母件的完整的正投影图像，接着通过PC机的常规图片处理软件，人工从工件母件的正投影拼接图像中勾勒出其整体及内部的轮廓线、形状线，整理并光滑连接形成工件母件的测绘线条图，该线条图包含XY座标参数，为后续的工件规模化、数字化加工奠定了基础。

2、根据权利要求1所述的数据化测绘方法，其特征是摄像取样的方式可以是摄像机固定于机台上的原点不动，工件母件则由XY平台带动在摄像机的镜头下作等间距的间歇式步进位移。

3、根据权利要求1或2所述的数据化测绘方法，其特征是在工件母件的下方可铺设带有标准尺寸刻度或网格的背景。

4、根据权利要求1或2所述的数据化测绘方法，其特征是摄像机获得的每个取样图像最好与相邻的取样图像有局部的交叉重叠。

5、根据权利要求1或2所述的数据化测绘方法，其特征是摄像机的步进位移可由人手或人工控制手柄调控，摄像机只沿着工件母件的外轮廓形状作等间距的摄像取样。

6、根据权利要求4所述的数据化测绘方法，其特征是用于拼接的取样图像最好为同一大小的正方形，面积在1mm×1mm～15mm×15mm之间。