CN101839693B - 一种自动影像测量系统 - Google Patents

Abstract

一种自动影像测量系统，属于一种采用测量工件影像的方式自动进行工件测量的计算机系统，主要用于观察、测量和分析工件产品，包括：用于捕捉工件影像，显示工件各个部分结构的影像显示模块；利用几何图形测量工具对影像显示模块中显示的工件影像进行形位测量的测量模块；记录测量结果，以图形和数据的形式显示出来，并以DXF文件格式记录测量程序的记录模块；对测量数据进行分析，包括图元公差判断以及SPC数据图的数据分析模块；用于导出测量数据及分析结果的报表输出模块。该系统为模块化设计，具有很高的移植性和更新效率；具有的自动拍照、自动对焦、自动光源控制、SPC数据分析等功能，大大提高了测量的效率，获得的分析数据也更全面。

Description

一种自动影像测量系统

技术领域

本发明属于一种测量工件的计算机系统，尤指一种采用测量工件影像的方式自动进行工件测量的计算机系统。

背景技术

随着科学技术的进步，人们一直在开发不同的测量仪器，以适应工业生产的不同测量需求。工业上对产品的质量和规格要求越来越高，促使测量技术不断提高，尤其是在精度方面。有些测量技术已采用了光、声等原理来对一些复杂的项目进行测量，并取得较好的测量效果和较高的测量精度。目前存在的一些系统采用测量工件影像的方式对工件进行测量，这些系统相对于传统的测量工具来说，其测量精度较高，测量也很方便、很快捷，但由于系统自身功能的限制，无法测量一些结构复杂的工件，对所测得的数据不能进行自动分析，也不能形成直观的图形数据显示，也没有文档输出和打印输出的功能。对形成工件影像起重要作用的光源，也无法进行很好的控制，对具有不同结构的工件，要形成清晰的影像，就需要对光源的照射方式进行调控，也就需要更先进的控制技术了。对于一些对焦、拍照、变倍等技术，未能实现自动操作，自动化性能不够全面。

发明内容

本发明针对以上技术存在的不足，提供了一种自动影像测量系统。

本发明所采取的技术方案如下：

一种自动影像测量系统，用于观察、测量和分析工件产品。包括影像显示模块、测量模块、记录模块、数据分析模块和报表输出模块。

所述影像显示模块，用于捕捉工件影像，显示工件各个部分的结构，包括光源控制子模块、图像标定子模块、自动区域对焦子模块、自动拍照子模块和自动变倍子模块。其中，光源控制子模块包括表面光源控制、轮廓光源控制和同轴光源控制；图像标定子模块用于确定像素与数据单位之间的比例关系；自动区域对焦子模块用于获得工件影像的最佳对焦点；自动拍照子模块包括地图拍照、地图导航和导入导出图片。

测量模块，利用几何图形测量工具对影像显示模块中显示的工件影像进行形位测量，包括2D测量子模块和3D测量子模块。其中，2D测量子模块用于对二维空间内的几何图形进行测量，测量工具包括点工具、直线工具、圆工具、圆弧工具、距离工具、角度工具、间距工具、矩形工具、“O”形环工具和平面工具；测量单元的构成方式包括多点拟合、相交、中点构成、垂直、平分、中点圆、正切、内切圆、外切圆和最小范围圆；取点方式包括手动取点、自动对焦取点、圆形框取点、矩形框取点、第一边缘点和轮廓圆取点；扫描方式包括直线扫描、圆扫描和弧扫描；3D测量子模块采用探针接触的方式对三维空间内的几何图形进行测量，测量工具包括空间点工具、同向距离工具、外侧距离工具、内侧距离工具、外侧圆工具、内侧圆工具、外侧弧工具、内侧弧工具、平面工具、二面角工具、同向平行距工具、外侧平行距工具、内侧平行距工具和圆锥工具。

记录模块，记录测量模块所测得的结果，以图形和数据的形式显示出来，并以DXF文件格式记录测量程序，可实现自动测量。其包括图元显示子模块、数据显示子模块和保存测量程序子模块，其中，图元显示子模块用于将测量结果以图形方式直观的显示出来，包括图元的状态、图元平移、图元旋转、图元镜像和图元标注；数据显示子模块用于显示图元几何属性和图元公差状态；保存测量程序子模块以DXF文档格式保存一个工件的测量的全部过程，以实现测量过程的自动执行。图元标注包括包括卷标和标注；卷标可以在测量图像窗口上标示选取的测量单元，标注则包括距离标注、角度标注、半径标注、直径标注以及线性标注；其中，距离标注可对线与线的距离、点到线的垂直距离、圆心之间的距离进行标注；角度标注用于不同图形单元之间角度大小的标注；半径标注用于圆或圆弧半径大小的标注；直径标注用于圆或圆弧直径大小的标注；线性标注用于水平方向和垂直方向上的距离的线性标注。

数据分析模块，对记录模块中所记录的测量数据进行分析，包括图元公差判断以及SPC数据图。其中，图元公差判断是对工件的尺寸、位置度、拟合位置度、表面轮廓度、真直度、垂直度、平行度、倾斜度、线轮廓度、最大最小实际尺寸、真圆度、平面度和同心度的公差进行判断；SPC数据图用于给出判定产品生产合格与否的Ca、Cp、Cpk值以及变化曲线图。

报表输出模块，用于导出数据分析模块中的数据及分析结果，包括Excel文档输出、TXT文档输出、Word文档输出、数据及图形打印。

本发明的有益效果在于：该系统为模块化设计，具有很高的移植性以及更新效率；具有的自动拍照、自动对焦、自动光源控制、SPC数据分析等功能，极大地提高了测量的效率，并且获得的分析数据更全面更准确；测量精度也很高，能控制在5u范围内。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的主要流程图。

图中：：

影像显示模块10，           测量模块20，

记录模块30，               数据分析模块40，

报表输出模块50，           光源控制子模块101，

图像标定子模块102，        自动区域对焦子模块103，

自动拍照子模块104，        自动变倍子模块105，

2D测量子模块201，          3D测量子模块202，

图元显示子模块301，        数据显示子模块302，

保存测量程序子模块303，    图元公差判断401，

SPC数据图402，             Excel文档输出501，

TXT文档输出502，           Word文档输出503，

数据及图形打印504。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示的本发明的结构框图，图中，一种自动影像测量系统，用于观察、测量和分析工件产品，包括影像显示模块10、测量模块20、记录模块30、数据分析模块40和报表输出模块50。

所述影像显示模块10，是以高倍率放大并捕捉工件影像，可清晰显示工件各个部分的结构。其包括光源控制子模块101、图像标定子模块102、自动区域对焦子模块103、自动拍照子模块104和自动变倍子模块105。

光源控制子模块101又包括表面光源控制、轮廓光源控制和同轴光源控制。其中，表面光源是由一组环绕在镜头下方的环形LED灯泡所组成，它能够选择全光源、环光源、区段光源或区块光源等模式作为最适合的光源来进行控制。轮廓光源来自工件底部，单独使用轮廓光源可使工件产生黑白对比明显的轮廓，适合通透孔及工件边缘的测量，而太强的轮廓光会产生“光晕”，造成测量上的失真，所以要选择最少又足以清晰分辨工件轮廓的光源。同轴光源是透过镜头下方的反射透镜撷取来自镜头侧边的光源而形成的，与镜头中心同轴射出，主要应用在高倍率测量或者是盲孔及平坦表面的测量。

图像标定子模块102是通过拾取影像不同位置的像素来获取像素与单位距离之间的比例关系，是系统测量及数据分析的基础。

自动区域对焦子模块103用于获得工件影像的最佳对焦点，其对焦原理是基于影像的对比。例如，当我们使用校正片时，搭配些许的轮廓光源，会在校正片上的黑区、白区和灰区获得焦距，因为在此工件上可找到足够的影像对比来执行自动对焦。当镜头高度调整到接近焦距位置时，系统将自动微调Z轴高度以获得测量位置正确的焦距，取点时应将该点落在十字线中心的方框内使取得的像素大小保持固定，在低倍率时，因方框内包含的区域较大，对焦的变量增加，致使所取得的焦距变动较大，所取得的值不固定，因此，在倍率较高时，所取得的焦距才清晰可靠。

自动拍照子模块104包括地图拍照、地图导航和导入导出图片。对所需图像部分进行拍照，从而将动态的图像转换为多个静态的图片来处理，使得测量和寻找工件特征更加方便。自动拍照大大减少了用户拍照时间，有效地提高了测量效率。根据系统提示，用户只需要设定拍照的起点和终点，则拍照过程会自动完成，所得地图也会被自动保存。地图还有导航功能，只需鼠标点击地图上的某一位置，系统就可以快速的移动到指定区域并显示其影像。

自动变倍子模块105是通过记录当前测量的影像倍率，实现在不同倍率下测量操作的自动化过程。

测量模块20是利用几何图形测量工具对影像显示模块10中显示的工件影像进行形位测量的，包括2D测量子模块201和3D测量子模块202。

2D测量子模块201用于对二维空间内的几何图形进行测量。其中，几何图形包括点、线、圆、弧、角度、距离、间距、矩形和平面等常见平面几何图形。

2D测量子模块201采用的测量工具包括：

坐标系工具，用于建立坐标系，在指定一个X-Y平面后，对工件原点归零，并执行坐标轴补正，坐标系的建立在CNC全自动测量中是一切程序自动运行的基础，因此建立一个可靠的坐标系至关重要。

点工具，量取与定义工件上某一点的X-Y-Z坐标值，可以用来定义工件原点或单元间的交点，也可以定义圆心及中点。

直线工具，具有方向性的单元，最常用在定义工件的轮廓，也可以由其它单元来构建，例如圆〔心〕与圆〔心〕就可以构建一条直线。完成测量后，系统会自动将中心坐标、方向、长度、真直度以及其它使用者设定的几何信息显示出来。

圆工具，可以测量圆的中心坐标及直径。选择该圆工具后，在工件影像中的圆上选取三个点，也可再选择多点输入模式，然后选取三个以上的点，即可实现圆的测量。测量完成后，同样会在摘要窗口显示半径、直径、圆心坐标及真圆度，同时也会将图形显示于测量图形窗口。

圆弧工具，用于测量圆弧。在测量圆弧时选择该圆弧工具，然后在工件的影像上取三点，或者再选择多点输入模式，然后选取三个以上的点即可实现测量。测量完成后会在摘要窗口显示半径及圆弧中心坐标，同时也会将图形显示于测量图形窗口。

距离工具，用于测量两个点或两个单元之间的距离。测量结束后会在图形窗口内显示一条虚线，这是为了和其它单元(例如线)作区分，避免混淆。

角度工具，用于测量角度的大小及顶点坐标。选择该角度工具后依次在影像上选取四个点，每一边取两个点，或者再选择多点输入模式，然后选取四个以上的点即可实现测量。若是测量已存在程序里的两线段，选择角度工具后，选取单元窗口里的单元或者在图形窗口内直接选取预测量的图形即可。

间距工具，用于测量两条平行线之间距离。该测量至少需要选取三个点，前两个点为同一边上并确定间距的方向，第三个点为另外一边上的点，选取好三个点后，系统自动计算出两边之间的垂直距离，只需一个单元动作就能完成。

矩形工具，用于测量矩形的长宽以及中心坐标。要完成矩形的测量至少需要选取5个点，首先选取两个点来确定矩形的第一条边，然后在矩形的其他三条边上各取一点，即可实现测量。

“O”形环工具，可以测量出“O”形环的内径，外径及厚度。要完成“O”形环的测量至少需选取六个点，并要保证六个点可以构成两个圆。当“O”形环的外形不是很圆的时候，可以使用多点输入模式来获得更接近正圆状态的测量结果。通常，取点越多，获得的结果越精确，但具体的取点数还是取决于被测量的工件本身。一般，金属圈需要四对点即可获得相对准确的测量结果，而橡胶环则需要二十对以上的点数。

平面工具，用于测量平面。测量一个平面至少需要选取三个点，一般而言我们用自动对焦点方式取点来构成平面，如果需要平面度，至少需要选取四个以上的点并且这些点要平均分布在平面上。

2D测量子模块201中对其测量单元采用的构成方式包括：多点拟合、相交、中点构成、垂直、平分、中点圆、正切、内切圆、外切圆和最小范围圆等。其中，

多点拟合：是指可用更多点来构建测量单元。以弧为例，组成圆弧至少需三个点，选择多点拟合模式后，系统允许在同一个圆弧中选取超过三个的点数，选取的点越多，得到的测量值越精确。如果没有选择多点拟合模式，系统会使用预设点数，也就是两点成线、三点组成圆或圆弧等方式构建测量单元。

相交：可形成两个测量单元相交所得的点。其操作步骤为：首先选择点工具，然后选择相交模式，最后从测量图形窗口或程式编辑窗口选取两个相交的测量单元，此时，系统会显示一个小对话框，提示所有可能产生的结果并供选择需要的结果。

中点构成：利用已存的单元的中心坐标，可建立一个新的测量单元。大多数情况下，系统会自动执行此中点构成模式。对某些特殊情况，则需要手动选取以完成想要执行的操作。

垂直：可建立一条辅助线垂直于选择的直线上。其操作步骤为：选择此垂直模式后，先选择一段参考线，然后选择想要通过的测量单元即可。如一个工件里有一个圆孔，要测量边缘到圆孔的最短距离，需先将线段与圆测量完成，然后选择直线工具，再选择垂直模式，接着选择边缘线，最后点取圆，即可产生一条通过圆心与圆相交并垂直于边缘线的线段，产生的两个交点即是离边缘最近与最远的两个点。

平分：是以输入数据形成的角来取平分此角度的线段。其操作步骤为：首先选择直线工具，然后再选择平分线，接着选择欲取其平分线的测量单元。此时，屏幕会出现一个对话框，对话框会将所有可能的答案显示出来供使用者选择，选中的结果呈现深蓝色。

中点圆：以一个点或某测量单元的特征点为中心，通过其他测量单元形成圆或弧。其操作步骤为：先选择圆工具或圆弧工具，再选择中点圆模式，接着选择一个基准点或测量单元，然后再选取一个测量单元，系统就会建立一个新的通过此测量单元的特征点的圆或圆弧。

正切：用在以切线来取一虚拟圆。其操作步骤为：先选择圆工具或圆弧工具，再选择正切模式，接着在工件上取三条切线，系统就会以三条切线所延伸出来的三角形内的切点建立一个新的圆或弧。此模式还可实现求两个已知圆的切线，其操作步骤为：先选择直线，再选择正切模式，然后依次点选两个已知圆，则会出现一个提示对话框，最后选择需要的切线即可。

内切圆：以圆或圆弧为基准来构建一个内切圆。其原理为在现有圆的所有构成点中以任意三点建立一个新的圆，而此圆是包含所有构成点的最大圆。其操作步骤为：首先选取圆工具，再选择内切圆模式，接着选择一个已知圆或圆弧，系统就会建立一个内切于此测量单元的圆。

外切圆：利用已有的圆或圆弧来构建一个外切圆。其原理为在现有圆的所有构成点中以任意三点建立一个新的圆，而此圆是包含所有构成点的最小圆。其操作步骤为：首先选取圆工具，再选择外切圆模式，接着选择一个已知圆或圆弧，系统就会建立一个外切于此测量单元的圆。

最小范围圆：利用已知圆为基准来构建一个新的区间圆，故也称为区间取圆。其原理为在现有圆的所有构成点中取一个最小范围区间(由两个同心圆构成)的中点来构建一个新的圆，而此圆为外切圆与内切圆的中间圆。其操作步骤为：首先选择圆工具，再选择最小范围圆模式，接着选择一个已知圆，系统就会建立一个新的圆。

2D测量子模块201采用的取点方式包括手动取点、自动对焦取点、圆形框取点、矩形框取点、第一边缘取点和轮廓圆取点等。其中，

手动取点：常用于取球体顶点或取点位置不固定的情况，能自行判断取点位置并完成单元的测量。在选取手动取点方式后，将鼠标移至取点位置后点击左键即可完成取点。可以对这个取点进行拖拉移动，此外，也可以利用十字线定位后，按空格键取点。系统中如果有手动取点的动作，会停下来等待这个点的输入，然后才会继续下一个单元的测量。因此，也可在自动程序中加入手动取点当作暂停点。

自动对焦取点：常用于Z轴坐标的取点或X-Y坐标的寻边上，主要是获得高精度测量数据。自动对焦的原理是以影像中心方框内外对比为基准，黑白对比越明显可使测量的重现性越高。其取点方式与手动取点方式相同，取点后，系统会执行短暂时间的自动对焦以取得该测量点。

圆形框取点：用于在某个范围内取得最佳的寻边点。就执行时间而言，该方式简单快速，能够在指定区域内利用对比找到最佳的寻边并将沿边缘最接近中点的边缘坐标定义为所取的点。选择圆形框取点方式后，将鼠标移至影像上欲取点附近，按下鼠标左键，则会出现一个圆框，中心有一个方形控制点，之后对工件影像边缘取点。连续使用该工具时，系统会记忆前一次使用该方式所用的圆框直径大小，并按该大小继续使用。当圈选的区域越大，所需耗费的取点执行时间会相对的增加。取点完成后，圆框及方形控制点会变成绿色。所取点以桃红色十字表示，桃红色的取点坐标即为用来进行单元运算的数据。拖拉圆框可改变圈选区域大小；拖拉方形控制点可改变取点区域的中心位置。当圆框呈现黄色虚线段时，表示所选区超出影像摄取窗口区域，通常是位于影像摄取窗口边缘的取点会发生这种状况。当圆框呈现红色虚线时，表示测量失败，可能的原因是边缘不够明显。

矩形框取点：矩形框取点方式又比圆形框取点方式更好一些，该方式可选择取点的方向，这就使得取点更加灵活，有利于找到最合适的扫描点。该方式是以扫描方向遇到的第一个边缘为目标来取点。其操作步骤为：先选择本取点方式，然后将鼠标移至影像上欲取点边缘上，按下鼠标左键定义第一点，移动鼠标按下鼠标左键定义第二点，如此可将扫描区域建立起来并取得扫描点。拖拉矩形框线可改变框选区域大小，拖拉方形控制点可改变取点区域的中心位置。取点完成后，矩形框及方框控制点变成绿色，所取点以桃红色十字表示。桃红色的取点坐标即为用来进行单元运算的数据。

第一边缘取点：该方式可让使用者每隔45°向各方向(共八方向)指定边缘控制点，并在取样区域内找到在某方向上离工件外缘最近的边缘顶点，适合应用于轮廓测量上。其操作步骤为：先选择该取点方式，按鼠标左键指定中心控制点，将鼠标向各方向拖拉后再按一次鼠标左键指定外缘控制点即可实现取点。外缘控制点可用来改变取点方向及取点区域的长度，也可以使用包围框更改取点区域的宽度。

轮廓圆取点：该方式主要应用于圆孔的测量，能够在指定区域内快速找到明暗对比的边缘并构建一个最合适的圆。但是如果要测量的圆不存在、不完整或无法确认为圆形，则这个方式就不起作用了。另外，如果要测量的部位超出影像摄取窗口的范围，也无法使用该方式。在使用时，先选取圆工具，然后选择轮廓圆取点方式，最后将鼠标光标移到欲测量圆的圆心位置，单击左键后在该位置会出现一个方形控制点和以方形控制点为中心的圆框线，在圆框线上按下鼠标左键拖拉，可改变圆框的大小。将圆框拖拉到足够覆盖欲测量的圆为止，也可以在方形控制点上按鼠标左键来移动方形控制点的位置来对圆框进行拖拉。

2D测量子模块201测量采用的扫描方式包括：直线扫描、圆形扫描和弧形扫描等。其中，

直线扫描：用于测量一条线段并获得这条线段的中点坐标和方向等信息。其操作步骤为：选择直线扫描方式后，移动鼠标光标到欲测量的工件边缘上并以左键取两点，则会出现一个左右两端为方形控制点的取样区域，可在方形控制点上按住鼠标左键拖拉来改变取样线段的长度与定位，也可拖拉边线以改变取样区域的大小与方向。系统会自动将指定的工具测量区域中所获得的线段信息进行仔细的分析运算，然后以桃红色线段表示取点正确，接着进行测量工作。

圆扫描：用于测量一个圆并获得这个圆的定位和大小等信息。其操作步骤为：选择该扫描方式后，移动鼠标光标到欲测量圆的边缘上并以左键取三点，取前两点后，在取第三点时会出现一条通过前两点并随着第三点移动而改变的虚拟圆，在适当位置按鼠标左键取第三点，就会出现一个含三个方形控制点的取样区域。在方形控制点上按住鼠标左键拖拉来改变取样圆的定位，也可以拖拉内外边缘圆框以改变取样区域的大小。然后系统会将指定的工具测量区域中所获得的圆信息进行仔细的分析运算，以桃红色圆框表示取点正确，最后进行测量工作。

弧扫描：用于测量一个弧并获得这个弧的相关信息。其操作步骤为：选择弧扫描方式后，移动鼠标光标到欲测量弧线的边缘上并以左键取三点，取前两点后，在取第三点时会出现一条通过前两点并随着第三点移动而改变的虚拟弧线，在适当位置按鼠标左键取第三点，就会出现一个含三个方形控制点的取样区域，可在方形控制点上按住鼠标左键拖拉来改变取样弧线之长度与定位，也可拖拉内外边缘弧线以改变取样区域的大小与方向。系统会将指定的工具测量区域中所获得的弧线信息进行仔细的分析运算，以桃红色弧线表示取点正确，最后进行测量工作。

3D测量子模块202采用探针接触的方式对三维空间内的几何图形进行测量。空间几何图形包括空间点、空间距离、二面角、球和圆锥等。

3D测量子模块202采用的测量工具包括：

空间点工具，利用探针完成对空间中任意点的测量，测量结果包括该点的空间坐标X、Y、Z的值。通过该点可以定义空间中某工件的中心点，例如球的球心等。

同向距离工具，利用探针在空间工件上测量一点，然后在同一方向上移动探针，在该空间工件上测量另外一点，即获得该工件在同一方向上两点的距离。可用于测量两个平行标准片的同向距离。

外侧距离工具，利用探针在空间工件上测量一点，然后移动探针，在该工件另一侧测量一个点，即可获得该工件的外侧距离。

内侧距离工具，利用探针在空间工件的内侧测量一点，然后移动探针，在内侧的另一边测量一个点，即可获得该工件的内侧距离。

外侧圆工具，该工具常应用在测量空间空心球的外侧圆。主要是利用探针在空心球的外侧依次测量三个不在同一位置的点，来获得空心球的外侧圆。

内侧圆工具，该工具常应用在测量空间空心球的内侧圆。主要是利用探针在空心球的内侧依次测量三个不在同一位置的点，来获得空心球的内侧圆。

外侧弧工具，该工具常应用在测量空间工件弧形面或空间球体上。主要是利用探针，在工件弧形面或球的外侧依次测量三个不在同一位置的点，来获得相应的外侧弧。

内侧弧工具，该工具与外侧弧工具用法相同，只是该工具测量的是工件弧形面内侧或球的内侧的圆弧。

平面工具，该工具依据不在同一直线的三点确定一个面的原理，通过移动探针依次测量任意三个点，即可得到空间中的某一平面。

二面角工具，二面角定义为空间中两个平面的夹角的锐角。主要是利用探针依次测量某一平面上不在同一直线上的三个点，以便确定该平面，然后在另一平面任意测量一点即可获得这两个平面的二面角。

同向平行距工具，用于测量空间中同向且相互平行的两平面之间的距离。同向平行距是指在同一个方向上两个平行面的距离，与同向距离不同，同向距离即可以指两个平行平面的距离，也可以指非平行的两个面上点与点之间的距离等。

外侧平行距工具，用于测量两个平行平面之间外侧的距离，该距离包含两个平面的厚度。

内侧平行距工具，用于测量两个平行平面之间内侧的距离，该距离不包含任一平面的厚度。

圆锥工具，用于生成空间圆锥。主要是利用探针在圆锥工件的某一高度测量三个点，然后移动探针到该圆锥体的另一高度，测量三个点，来生成圆锥。

记录模块30，记录测量模块所测得的结果，以图形和数据的形式显示出来，并以DXF文件格式记录测量程序，可实现自动测量。其包括图元显示子模块301、数据显示子模块302和保存测量程序子模块303。

图元显示子模块301用于将测量结果以图形方式直观的显示出来，包括图元状态、图元平移、图元旋转、图元镜像和图元标注。其中，

图元状态，包括图元的选中、拾取、测量完成、测量失败、测量超出区域以及图元超出公差等几种状态。将光标移至任何一个量测单元上时，测量单元颜色由黑色变粉红色，而单击鼠标左键后该测量单元显示深蓝色，表示被选中。按鼠标右键可呼出测量单元列菜单并可选取所有测量单元。也可以利用鼠标拖拉视窗功能或是Ctrl配合键，在测量图形窗口中选取一个或多个测量单元。系统利用不同的颜色区分测量单元的状态。正常状况下，所有测量单元均以黑色细线描绘；蓝色粗线代表该测量单元被选取；粉红色代表鼠标光标正停留在该测量单元上；红色则表示该测量单元未完成或超出公差。

图元平移，能实现多个相同图元的测量，在某一方向上，可以复制多个与基准图元相同的图元，还可以移动基准图元到固定位置。

图元旋转，能实现对图元进行任意角度的旋转，还可以在任意角度上复制多个相同的图元，也可以一定角度旋转图元到某一位置。

图元镜像，实现对图元的映射功能，针对任意镜像轴可以获得该图元的映射图元。

图元标注包括卷标和标注两部分。卷标可以在测量图像窗口上标示选取的测量单元。在选取一个或多个测量单元后，选择卷标，则会在选取的测量单元旁边显示该单元的名称与标号，使得特定测量单元的定位更加简单。标注包括距离标注、角度标注、半径标注、直径标注以及线性标注。距离标注：可对线与线的距离(两线的中点距离)，点到线的垂直距离，圆心之间的距离等进行标注；具体实现过程为，先选择距离标注，然后在两侧图形窗口分别点选将要进行标注的两个图形单元，则会出现一条绿色的标注线，并显示有“L＝*****”的字样，随着光标移动，拖动光标到合适位置后单击鼠标左键即完成距离的标注过程。角度标注：可实现不同图形单元之间角度大小的标注；具体实现过程为，先选择角度标注，然后分别点选形成角度的两个图形单元，则会出现一条绿色弧线，并显示有“A＝*****”的字样，随着光标移动，拖动光标到合适位置后单击鼠标左键即完成角度的标注过程。半径标注：可实现圆或圆弧半径大小的标注；具体实现过程为，先选择半径标注，然后点选要标注的圆或圆弧，则会出现一条绿色标注线，并显示有“R＝*****”的字样，随着光标移动，拖动光标到合适位置后单击鼠标左键即完成半径的标注过程。直径标注：可实现圆或圆弧直径大小的标注；具体实现过程为，先选择直径标注，然后点选要标注的圆或圆弧，则会出现一条绿色标注线，并显示有“D＝*****”的字样，随着光标移动，拖动光标到合适位置后，单击鼠标左键即完成直径的标注过程。线性标注：可实现水平方向和垂直方向上X、Y距离的线性标注。

数据显示子模块302用于显示图元几何属性和图元公差状态。其中，图元几何属性包括图元参数和测量统计两部分。图元参数部分显示了被选取的量测单元名称、使用坐标系、测量值及公差状态。绿色对号表示正常测量单元，红色叉号表示该测量单元超出公差，带黄色矩形条的红色叉号表示量测单元测量失败或超出测量区域。测量统计部分依据前述分类记录了所有已测量单元，当鼠标光标移到某一测量单元上时，会显示该图元相应的参数名称和公差状态值。这些信息是与被选取的测量单元实时关联的，当一个新的测量单元被选取时，信息会立即更新。此外，数据的字体颜色代表了图元的公差状态。字体为红色表示图元超出公差，反之，图元没有超公差。

保存测量程序子模块303以DXF文档格式保存一个工件的测量的全部过程，以实现测量过程的自动执行。

数据分析模块40，对记录模块30中所记录的测量数据进行分析，包括图元公差判断401以及SPC数据图402。

图元公差判断401是对工件的尺寸、位置度、拟合位置度、表面轮廓度、真直度、垂直度、平行度、倾斜度、线轮廓度、最大最小实际尺寸、真圆度、平面度和同心度的公差进行判断。其中，

尺寸公差判断的具体步骤如下：先对工件影像采用轮廓圆取点方式生成一个圆；然后在量测图形窗口用鼠标左键选中该量测单元，点击鼠标右键，出现图元下拉选单；接着选择图元公差选项，其内容有该圆的坐标值、半/直径、周长、面积及真圆度等预设参数；最后，可点击公差上下限或标准值栏位，针对某一参数值来进行设定，假如设定该圆的半径的公差上下限分别为0.002和0.001(上限一定时大于等于下限)且量测值等于标准值，接着点选关闭并保存按钮，该圆呈现红色，表示其超出公差。

位置度，主要用于描述图元中心点或顶点的位置情况，定义以标准中心点为圆心、公差值为直径的圆内为公差允许范围。如果测量中心点到标准中心点的距离大于公差的1/2时，则表示超出公差。其设置过程为：系统默认标准值和测量值一致，可以在标准值一列中输入测量工件的标准值。当输入公差值后，会自动显示是否超公差，如果超出公差，超出公差项显示超出公差值，否则显示0。输入完毕后，点确定，若图元超出公差，此图元显示为红色，图元参数列表中将该项显示为红色。

拟合位置度，当图元为多点拟合时，以测量中心点为圆心，公差值为直径的圆内表示公差允许范围。如果出现某一拟合点到测量中心点的距离大于公差的1/2时，则表示超出公差。其设置过程为：当图元为多点拟合模式时，真值栏显示该图元的拟合位置度，可在公差一栏中输入测量工件的公差。当输入公差后，自动显示是否超公差，如果超出公差，超出公差项显示超出公差值，否则显示为负数，表示还差多少即将超公差。输入完毕后，点确定，若图元超出公差，此图元显示为红色，图元参数列表中将该项显示为红色。

表面轮廓度，指被测图元与理想图元之间的表面轮廓偏差范围。其公差带表示包络一系列直径为公差值的球的两包络面之间的区域，该圆的圆心位于标准图元的轮廓面上。如果被测图元轮廓上的点超出公差带，则表示超公差。其设置过程为：打开图元公差对话框，如果选中图元有表面轮廓度一项的话(即点单元和平面单元)，点击表面轮廓度标签。在列表中的标准值一列，可以输入该图元的标准值。在公差项中设定公差，超出公差项将显示是否超出公差，如果超出公差，将显示超出公差值，否则显示0，点击确定后，保存设置。在图元参数中将显示公差情况。

真直度，指所测直线单元逼近标准直线的程度，其数值(最小为0)越小，测量直线的真直度越高。真直度公差则表示测量直线中的构成点偏离测量直线的距离。其设置过程为：打开图元公差对话框，如果选中图元有真直度(即直线)，选择真直度选项。在公差项中设定公差，超出公差项将显示是否超出公差，如果超出公差，将显示超出公差值，否则显示0。点击确定后，保存设置。在图元参数中将显示公差情况。

垂直度，指被测图元与参考图元的垂直情况。在给定方向时，其公差带表示距离为公差值，且垂直于参考图元的两平行平面之间的区域。当被测图元上的点超出给定公差带，则表示超出公差。其设置过程为：打开图元公差对话框，如果选中图元有垂直度(即直线和平面)，点击垂直度选项。首先，在参考单元下拉列表框中，选择参考图元。真值项中将自动显示被测图元相对与参考图元的垂直度，在公差项中设定公差，超出公差项将显示是否超出公差，如果超出公差，将显示超出公差值，否则显示0。点击确定后，保存设置。

平行度，指被测图元与参考图元的平行情况。在给定方向时，其公差带表示距离为公差值，且平行于参考图元的两平行平面之间的区域。当被测图元上的点超出给定公差带，则表示超出公差。其设置过程为：打开图元公差对话框，如果选中图元有平行度(即直线和平面)，点击平行度选项。首先，在参考单元下拉列表框中，选择参考图元。真值项中将自动显示被测图元相对与参考图元的平行度，在公差项中设定公差，超出公差项将显示是否超出公差，如果超出公差，将显示超出公差值，否则显示0。点击确定后，保存设置。

倾斜度，指在给定角度下，被测图元相对于参考图元的误差。被测图元与参考图元要在同一平面内。其公差带表示距离为公差值，且与参考图元成一给定角度的两平行平面之间的区域。当被测图元上的点超出此区域，则表示被测图元超出公差。其设置过程为：打开图元公差对话框，如果选中图元有倾斜度(即直线)，点击倾斜度选项。首先，在参考单元下拉列表框中，选择参考图元，在角度一项中，设定倾斜的角度。真值项中将自动显示被测图元相对与参考图元的倾斜度，在公差项中设定公差，超出公差项将显示是否超出公差，如果超出公差，将显示超出公差值，否则显示0。点击确定后，保存设置。

线轮廓度，指被测图元的与理想图元之间的轮廓偏差范围。其公差带表示包络一系列直径为公差值的圆的两包络线之间的区域，诸圆的圆心位于标准图元的轮廓线上。如果被测图元轮廓上的点超出公差带，则表示超公差。其设置过程为：打开图元公差对话框，如果选中图元有线轮廓度一项的话，点击线轮廓度选项。在列表中的标准值一列，可以输入该图元的标准值。在公差项中设定公差，超出公差项将显示是否超出公差，如果超出公差，将显示超出公差值，否则显示0。点击确定后，保存设置。

最大最小实际尺寸公差设置过程如下：通过打开图元公差对话框，如果选中图元有“LMC”一项的话，点击线“LMC”选项，即显示类似上图的界面。此处用图元的直径来判断最小实际尺寸状态的公差。首先，在列表中的标准值一列，可以输入该图元的标准值，然后，在直径上、小限中设定其上、下限，此时额差一项将显示该被测图元的额差，若被测图元直径测量值在公差上、下限之内(大于直径标准值+下限且小于直径标准值+上限)，则额差＝直径标准值+上限-直径测量值，若被测图元直径测量值小于直径标准值+下限，则额差＝上限-下限，若被测图元直径测量值大于直径标准值+上限，则额差为零，最后，在公差项中设定公差，实际差一项将显示是否超出公差，如果超出公差，将显示超出公差值，否则显示负数。点击确定后，保存设置。

真圆度公差，以半径之差为公差值的两个同心圆的圆环区域内，其中两个圆的圆心与被测图元的圆心重合。被测图元上的够成点处于此圆环外，则表示被测图元超出公差。其设置过程为：打开图元公差对话框，如果选中图元有真圆度的话(即圆和弧)，点击真圆度标签。在公差项中设定公差，超出公差项将显示是否超出公差，如果超出公差，将显示超出公差值，否则显示0。点击确定后，保存设置。在图元参数中以及图形窗口中将根据真圆度是否超公差做出相应的显示。

同心度，是指被测图元圆心与参考图元圆心重合的情况，若同心度越小(最小为0)，则两图元圆心重合程度越高。同心度公差带表示以直径为公差值，参考图元圆心作为圆心的圆区域内，若被测图元的圆心此区域外，则同心度超出公差。其设置过程为：打开图元公差对话框，如果选中图元有同心度的话(即圆和弧)，点击同心度标签。在公差项中设定公差，超出公差项将显示是否超出公差，如果超出公差，将显示超出公差值，否则显示0。点击确定后，保存设置。在图元参数中以及图形窗口中将根据真圆度是否超公差做出相应的显示。

平面度，是描述被测平面的平整程度，平面度越小(最小为0)，被测平面的平面度越高。平面度的公差带表示距离为公差值，且平形于被测平面的两个平行平面之间的区域。若被测平面是的点在此区域以外，则表示超公差。其设置过程为：打开图元公差对话框，如果选中图元有平面度的话(即平面)，点击平面度标签。在公差项中设定公差，超出公差项将显示是否超出公差，如果超出公差，将显示超出公差值，否则显示0。点击确定后，保存设置。在图元参数中以及图形窗口中将根据真圆度是否超公差做出相应的显示，即超公差就显示为红色。

SPC数据图402，用于给出判定产品生产合格与否的Ca、Cp、Cpk值以及变化曲线图。系统具备SPC统计分析功能，能方便品保或其他部门直接获得截取数据及报表。本系统能自动识别指定的测量数据并计算其最大值、最小值、平均值、标准差、Ca、Cp、Cpk.运算。SPC能区分生产过程中的正常变化与异常变化，及时地发现异常状况，以便采取措施消除异常，恢复制程的稳定，达到降低品质成本，提高产品品质的目的，它强调全部过程的预防与管制。SPC使用的具体步骤为：编辑程序或导入已经编写完成的程序，在开始运行程序之前，打开“工具”菜单里的“自动测量参数设置”对话框，确定“保存为TXT格式”单选按钮被选中，以便在CNC测量的同时保存测量数据为TXT文件，此文件即为SPC的数据来源。然后，在程序执行完成后(程序至少重复测量2遍)，在系统“工具”菜单中选中“SPC功能”命令项。接着，点击对话框中的“打开数据文件”选项，找到上面所保存的TXT文件后打开，TXT文件中保存的工件或图元信息列表已经出现在“控制对象列表_双击添加控制项目”一栏中。紧接着，双击图元的某一项，则其相应的名称及数据信息就分别出现在对话框右边的控制项目和对应的“标准值”、“上限”、“下限”编辑框中。在该对话框中，可以手动设定或修改给定的控制项目的标准值、上限以及下限的数据。在“SPC功能对话框”的右上角有一个下拉列表框，里面列出了已经手动添加的对应图元的各个控制项目，选中某一项，则在“SPC控制”对话框中就可以查看相应的SPC控制图和SPC数据分析。

报表输出模块50，用于导出数据分析模块40中的数据及分析结果，包括Excel文档输出501、TXT文档输出502、Word文档输出503、数据及图形打印504。

输出Excel文档时，系统可以自动将测量数据及图元保存在Excel表单中。用户可以对表中存储的数据进行修改和运算操作。具体的实现步骤为：首先，在影像摄取窗口对工件进行量测，以获取需要的数据和图元，然后点选文件下拉选单中的“保存报告(EXCEl)(E)”选项，则系统会自动弹出保存数据和图元的Excel表单。

输出TXT文档时，系统除了将量测数据值及图形显示在屏幕上外，还提供了报告输出的功能来存储和处理这些数据及图形。具体的步骤为：首先，在影像摄取窗口进行工件量测获得数据及图元。然后，在文件的下拉选单中，点选“保存报告(TXT)(T)”选项即可。

输出Word文档时，系统提供了自动将图元信息以Word形式输出并保存，方便用户对图元信息进行各种操作。具体实现步骤如下：首先，完成对工件所需图元的测量；然后，点选“文件”菜单命令，选择“保存报告(word)”命令项，则系统会自动将数据写入word文档。

此外，该系统还提供了打印测量数据和图形的功能。在文件的下拉选单中点选“打印报告”选项，然后根据需要选择打印“所有单元”、“公差内单元”或“超出公差的单元”。如果选择“打印所有单元”，打印报表内会包含所有已量测单元的预设输出参数。在文件下拉选单中选择“图形预览”选项，则实现图形的打印预览功能。

如图2所示的本发明的主要流程图，其工作的主要流程为：先进行系统初始化，然后通过影像显示模块10对工件进行影像显示，同时检测是否有调节光源命令，如果有，就进行相应的光源调节，没有就进入下一步。检测测量的操作命令，根据检测到的测量操作命令执行相应的测量操作，在记录模块30中保存测量得到的数据，并通过图元显示子模块301和数据显示子模块302显示出来。由数据分析模块40对记录模块30中的数据进行相应的分析处理，然后根据输出的方式，进行相应的文档输出或打印。

总体说来，影像显示模块10是基础，测量模块20是主体，分析模块是手段。它们与记录模块30以及报表输出模块50构成了该系统的整体框架。与其他类似的系统相比，该系统为模块化设计，具有很高的移植性以及更新效率。并且该系统还具有自动对焦、SPC数据分析、自动光源控制等功能，测量精度在5u范围内。

当然，以上的实施例只是在于说明而不是限制本发明，以上所述仅是本发明的较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的方法所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (1)

1.一种自动影像测量系统，用于观察、测量和分析工件产品，包括：

影像显示模块，用于捕捉工件影像，显示工件各个部分的结构；

测量模块，利用几何图形测量工具对影像显示模块中显示的工件影像进行形位测量；

记录模块，记录测量模块所测得的结果，以图形和数据的形式显示出来，并以DXF文件格式记录测量程序，能实现自动测量；

数据分析模块，对记录模块中所记录的测量数据进行分析，包括图元公差判断以及SPC数据图；

报表输出模块，用于导出数据分析模块中的数据及分析结果，包括Excel文档输出、TXT文档输出、Word文档输出、数据及图形打印；

其特征在于：影像显示模块包括光源控制子模块、图像标定子模块、自动区域对焦子模块、自动拍照子模块和自动变倍子模块，其中，光源控制子模块包括表面光源控制、轮廓光源控制和同轴光源控制；图像标定子模块用于确定像素与数据单位之间的比例关系；自动区域对焦子模块用于获得工件影像的最佳对焦点；自动拍照子模块包括地图拍照、地图导航和导入导出图片。

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