CN102901473B - 量测坐标校正系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种量测坐标校正系统及方法，该系统用于：接收探针量测系统的探针上的探头在校正物体上选择的一个参考点；根据探头侦测到的该参考点的坐标，计算该校正物体的第一标准中心坐标；当影像量测系统的镜头移动到该校正物体的上方位置时，利用影像边界扫描方法获取该校正物体的第二标准中心坐标；计算该第一标准中心坐标与第二标准中心坐标之间的差值，作为探针量测系统与影像量测系统之间的校正值；存储该校正值至该电子设备的存储器中。利用本发明可以自动对探针量测系统获取的坐标进行校正。

Description

量测坐标校正系统及方法

技术领域

本发明涉及一种影像量测系统及方法，尤其涉及一种量测坐标校正系统及方法。

背景技术

目前对待测物体的量测主要有两种方式，一种是利用探针直接接触待测物体进行量测(称为“探针量测系统”或“接触式量测系统”)，另外一种是利用CCD镜头获取待测物体的影像进行量测(称为“影像量测系统”或“非接触式量测系统”)。

影像量测系统具有速度快的优点，但量测精度不如探针量测系统，探针量测系统虽然量测精度高于影像量测系统，但量测速度比较慢。如果待测物体既有需要探针量测系统量测的点，又有需要影像量测系统量测的点，则只能单独使用探针量测系统或影像量测系统进行测量，导致量测效率降低。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种量测坐标校正系统，其可对探针量测系统获取的坐标进行校正，使得探针量测系统可以与影像量测系统一起对待测物体进行量测。

鉴于以上内容，还有必要提供一种量测坐标校正方法，其可对探针量测系统获取的坐标进行校正，使得探针量测系统可以与影像量测系统一起对待测物体进行量测。

一种量测坐标校正系统，该系统包括：

数据接收模块，用于接收探针量测系统的探针上的探头在校正物体上选择的一个参考点，该探针量测系统安装于量测机台，该量测机台与电子设备相连；

第一获取模块，用于根据探头侦测到的该参考点的坐标(x，y，z)，计算该校正物体的第一标准中心坐标(x2，y2，z2)；

第二获取模块，用于当影像量测系统的镜头移动到该校正物体的上方位置时，利用影像边界扫描方法获取该校正物体的第二标准中心坐标(x3，y3，z3)，该影像量测系统安装于该量测机台；

计算模块，用于计算该第一标准中心坐标与第二标准中心坐标之间的差值，该计算出的差值作为探针量测系统与影像量测系统之间的校正值；及

存储模块，用于存储该校正值至该电子设备的存储器中。

一种量测坐标校正方法，该方法包括如下步骤：

数据接收步骤，接收探针量测系统的探针上的探头在校正物体上选择的一个参考点，该探针量测系统安装于量测机台，该量测机台与电子设备相连；

第一获取步骤，根据探头侦测到的该参考点的坐标(x，y，z)，计算该校正物体的第一标准中心坐标(x2，y2，z2)；

第二获取步骤，当影像量测系统的镜头移动到该校正物体的上方位置时，利用影像边界扫描方法获取该校正物体的第二标准中心坐标(x3，y3，z3)，该影像量测系统安装于该量测机台；

计算步骤，计算该第一标准中心坐标与第二标准中心坐标之间的差值，该计算出的差值作为探针量测系统与影像量测系统之间的校正值；及

存储步骤，存储该校正值至该电子设备的存储器中。

前述方法可以由电子设备(如电脑)执行，其中该电子设备具有附带了图形用户界面(GUI)的显示屏幕、一个或多个处理器、存储器以及保存在存储器中用于执行这些方法的一个或多个模块、程序或指令集。在某些实施例中，该电子设备提供了包括无线通信在内的多种功能。

用于执行前述方法的指令可以包含在被配置成由一个或多个处理器执行的计算机程序产品中。

相较于现有技术，所述的量测坐标校正系统及方法，其可对探针量测系统获取的坐标进行校正，使得探针量测系统可以与影像量测系统一起对待测物体进行量测，提高了量测效率。

附图说明

图1是本发明电子设备与量测机台的架构图。

图2是量测坐标校正系统的功能模块图。

图3A与图3B是本发明量测坐标校正方法的较佳实施例的流程图。

图4是图1中所示量测机台的结构示意图。

图5是通过量测机台的探针量测系统在标准球顶端选取一个参考点的示意图。

图6是将量测机台的影像量测系统的镜头移动到标准球上方的示意图。

图7是镜头的十字线中心与标准球影像的示意图。

图8是对探针量测系统侦测到的坐标值进行校正的示意图。

主要元件符号说明

电子设备	2
		量测机台	3
校正物体	4
		待测物体	5
参考点	40
		显示设备	20
存储器	26
		输入设备	28
量测坐标校正系统	24

处理器	25
		数据接收模块	201
第一获取模块	202
		第二获取模块	203
计算模块	204
		存储模块	205

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

参阅图1所示，是本发明电子设备与量测机台的架构图。在本实施例中，该电子设备2通过数据线与量测机台3相连。其中，该电子设备2包括通过数据总线相连的显示设备20、存储器26、输入设备28、量测坐标校正系统24和处理器25。在本实施例中，所述电子设备2可以是电脑或服务器等。

所述量测机台3的结构参阅图4所示。在本实施例中，所述量测机台3包括，但不限于，探针量测系统21和影像量测系统31。其中，该探针量测系统21上安装有探针22，该探针22末端安装有探头23。该探头23为球形，用于接触待测物体5的不同位置，并获取不同位置的坐标。该影像量测系统31上安装有镜头32，用于获取待测物体5的影像，并将该影像传送给电子设备2。在本实施例中，所述镜头32采用CCD(ChargeCoupledDevice，电荷耦合装置)镜头或其它适合的镜头。

所述量测坐标校正系统24用于对探针量测系统21和影像量测系统31的坐标进行校正，以获取探针量测系统21与影像量测系统31之间的校正值，使得探针量测系统可以与影像量测系统同时对待测物体进行量测，具体过程参见图3的描述。

所述存储器26用于存储所述量测坐标校正系统24的程序代码，及探针量测系统21与影像量测系统31之间的校正值等资料。所述显示设备20用于显示量测结果，所述输入设备28用于输入测试人员设置的校正参数等。

在本实施例中，所述量测坐标校正系统24可以被分割成一个或多个模块，所述一个或多个模块被存储在所述存储器26中并被配置成由一个或多个处理器(本实施例为一个处理器25)执行，以完成本发明。例如，参阅图2所示，所述量测坐标校正系统24被分割成数据接收模块201、第一获取模块202、第二获取模块203、计算模块204和存储模块205。本发明所称的模块是完成一特定功能的程序段，比程序更适合于描述软件在电子设备2中的执行过程。

如图3A和图3B所示，是本发明量测坐标校正方法的较佳实施例的流程图。

步骤S10，当需要校正探针量测系统21与影像量测系统31之间的量测坐标时，数据接收模块201接收用户通过探针22上的探头23在校正物体4上选择的一个参考点40。在本实施例中，所述校正物体4采用标准球(以下描述以“标准球4”为例进行说明)。参阅图5所示，该参考点40可以是标准球4顶端的中心位置。

在本实施例中，当存储器26中存储有探针量测系统21与影像量测系统31之间的校正值时，则不需要进行坐标校正操作，当存储器26中没有存储探针量测系统21与影像量测系统31之间的校正值时，则需要进行坐标校正操作。

步骤S11，第一获取模块202根据探头23侦测到的该参考点的坐标，获取该标准球4的初始球心坐标(x0，y0，z0)。例如，假设该参考点40的坐标为(x，y，z)，标准球4的半径为r，则该初始球心坐标为(x0，y0，z0)＝(x，y，z-r)。

步骤S12，第一获取模块202利用该初始球心坐标，计算该标准球4球面上第一数量点的坐标。在本实施例中，所述第一数量m等于3，计算公式如下。

第i个点X轴坐标＝x0+r×Cos(α)×Cos((2*PI/3)×i)；

第i个点Y轴坐标＝y0+r×Cos(α)×Sin((2*PI/3)×i)；

第i个点Z轴坐标＝z0-(r0+r)+r×Sin(α)；

其中，r代表标准球4的半径，r0代表探头23的半径，i为取点序号，从0开始计数，则i＝{0，1，...，m}，PI代表圆周率(CircumferenceRatio)，例如PI＝3.1415926。角度α为第i个点到标准球4的球心的连线与水平面的夹角。在其它实施例中，角度α也可以是一个预设值，如60度。

步骤S13，第一获取模块202控制探针22的探头23移动到该第一数量点，并获取探头23侦测到的每个点的坐标。

步骤S14，第一获取模块202根据探头23侦测到的每个点的坐标及该参考点40的坐标拟合出第一个球，并获取第一拟合球的球心坐标(x1，y1，z1)。

步骤S15，第一获取模块202利用该第一拟合球的球心坐标，计算该第一拟合球球面上第二数量点的坐标。在本实施例中，所述第二数量n等于5，前(n-1)个点的坐标计算公式如下：

第i个点X轴坐标＝x1+r1×Cos(β)×Cos(2*PI/(n-1))；

第i个点Y轴坐标＝y1+r1×Cos(β)×Sin(2*PI/(n-1))；

第i个点Z轴坐标＝z1+r1×Sin(β)；

其中，r1代表该第一拟合球的半径，i为取点序号，从0开始计数，则i＝{0，1，...，n-1}，PI代表圆周率(CircumferenceRatio)，例如PI＝3.1415926。角度β为第i个点到该第一拟合球的球心的连线与水平面的夹角。在其它实施例中，角度β也可以是一个预设值，如60度。

第n个点的坐标计算公式如下：

第n个点的X轴坐标＝x1；

第n个点的Y轴坐标＝y1；

第n个点的Z轴坐标＝z1+r1

步骤S16，第一获取模块202控制探针22的探头23移动到该第二数量点，并获取探头23侦测到的每个点的坐标。

步骤S17，第一获取模块202根据探头23侦测到的每个点的坐标拟合出第二个球，并获取第二拟合球的球心坐标(x2，y2，z2)。将该第二拟合球的球心坐标(x2，y2，z2)作为该标准球4的第一标准球心坐标。

在其它实施例中，也可以将该初始球心坐标(x0，y0，z0)或该第一拟合球的球心坐标(x1，y1，z1)作为该第一标准球心坐标。

步骤S18，第二获取模块203根据该参考点40的坐标，控制镜头32移动到该标准球4的上方位置(参阅图6所示)，获取该标准球4的影像，然后调整镜头32的焦距，使得镜头32的十字线中心移动到该标准球4影像的边缘(参阅图7所示)。在图7中，A代表该标准球4的影像，B代表该镜头32的十字线中心。在其它实施例中，该步骤S18也可以由用户手动操作完成。

步骤S19，第二获取模块203利用影像边界扫描方法(BoundaryScanMethod)，获取该标准球4的第二标准球心坐标(x3，y3，z3)。在其它实施例中，该第二标准球心坐标也可以根据其他方法获得。

步骤S20，计算模块204计算该第一标准球心坐标(x2，y2，z2)与第二标准球心坐标(x3，y3，z3)之间的差值D(dx，dy，dz)，其中，dx＝x3-x2，dy＝y3-y2，dz＝z3-z2。该计算出的差值D(dx，dy，dz)作为探针量测系统21与影像量测系统31之间的校正值。可以理解，在其他实施例中，该校正值D(dx，dy，dz)也可以是：dx＝x2-x3，dy＝y2-y3，dz＝z2-z3。

步骤S21，存储模块205存储该校正值D(dx，dy，dz)至存储器26中，并将该校正值发送给主程序。当探针量测系统21被使用时，主程序可以利用该校正值对探头23侦测到的坐标值进行校正，实现探针量测系统21与影像量测系统31一起对待测物体5上不同的点进行测量。

举例而言，参阅图8所示，假设探针量测系统21的探头23在待测物体5上取一点PT1(X1，Y1，Z1)，由于探头23与镜头32存在位置偏差，且量测机台3是以影像量测系统31的镜头32的坐标系统作为参考坐标系，故探头23所取点PT1的坐标实际上是镜头32所取点PT2的坐标值(X2，Y2，Z2)。主程序根据探针量测系统21与影像量测系统31之间的校正值D(dx，dy，dz)，可以计算得出PT1校正后的坐标为：X1＝X2+dx；Y1＝Y2+dy；Z1＝Z2+dz。

在其他实施例中，如果该校正值D(dx，dy，dz)为：dx＝x2-x3，dy＝y2-y3，dz＝z2-z3，则PT1校正后的坐标为：X1＝X2-dx；Y1＝Y2-dy；Z1＝Z2-dz。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种量测坐标校正系统，其特征在于，该系统包括：

数据接收模块，用于接收探针量测系统的探针上的探头在校正物体上选择的一个参考点，该探针量测系统安装于量测机台，该量测机台与电子设备相连，其中，所述校正物体为标准球；

第一获取模块，用于根据探头侦测到的该参考点的坐标(x，y，z)，计算该校正物体的第一标准中心坐标(x2，y2，z2)；

第二获取模块，用于当影像量测系统的镜头移动到该校正物体的上方位置时，利用影像边界扫描方法获取该校正物体的第二标准中心坐标(x3，y3，z3)，该影像量测系统安装于该量测机台；

计算模块，用于计算该第一标准中心坐标与第二标准中心坐标之间的差值，该计算出的差值作为探针量测系统与影像量测系统之间的校正值，其中，所述第一标准中心坐标为所述标准球的第一标准球心坐标，所述第二标准中心坐标为该标准球的第二标准球心坐标；及

存储模块，用于存储该校正值至该电子设备的存储器中。

2.如权利要求1所述的量测坐标校正系统，其特征在于，所述第一标准球心坐标(x2，y2，z2)＝(x，y，z-r)，其中，r为该标准球的半径。

3.如权利要求1所述的量测坐标校正系统，其特征在于，所述第一获取模块计算该校正物体的第一标准中心坐标包括：

根据探头侦测到的该参考点的坐标(x，y，z)，获取该标准球的初始球心坐标(x0，y0，z0)，其中，(x0，y0，z0)＝(x，y，z-r)，r为该标准球的半径；

利用该初始球心坐标(x0，y0，z0)，计算该标准球球面上第一数量点的坐标；

控制该探头移动到该第一数量点，并获取探头侦测到的每个点的坐标；

根据该探头侦测到的每个点的坐标及该参考点的坐标拟合出第一个球，并获取该第一拟合球的球心坐标(x1，y1，z1)，将该第一拟合球的球心坐标作为该标准球的第一标准球心坐标。

4.如权利要求3所述的量测坐标校正系统，其特征在于，所述第一获取模块根据如下公式计算该标准球球面上第一数量点的坐标：

第i个点X轴坐标＝x0+r×Cos(α)×Cos((2*PI/3)×i)；

第i个点Y轴坐标＝y0+r×Cos(α)×Sin((2*PI/3)×i)；

第i个点Z轴坐标＝z0–(r0+r)+r×Sin(α)；

其中，r0代表探头的半径，i为取点序号，从0开始计数，i＝{0，1，…，m}，m代表第一数量，PI代表圆周率，角度α为第i个点到标准球的球心的连线与水平面的夹角或者等于一个预设值。

5.如权利要求1所述的量测坐标校正系统，其特征在于，所述第一获取模块计算该校正物体的第一标准中心坐标包括：

根据探头侦测到的该参考点的坐标(x，y，z)，获取该标准球的初始球心坐标(x0，y0，z0)，其中，(x0，y0，z0)＝(x，y，z-r)，r为该标准球的半径；

利用该初始球心坐标(x0，y0，z0)，计算该标准球球面上第一数量点的坐标；

控制该探头移动到该第一数量点，并获取探头侦测到的每个点的坐标；

根据该探头侦测到的每个点的坐标及该参考点的坐标拟合出第一个球，并获取该第一拟合球的球心坐标(x1，y1，z1)；

利用该第一拟合球的球心坐标，计算该第一拟合球球面上第二数量点的坐标；

控制探头移动到该第二数量点，并获取探头侦测到的每个点的坐标；

根据探头侦测到的每个点的坐标拟合出第二个球，并获取该第二拟合球的球心坐标(x2，y2，z2)，将该第二拟合球的球心坐标作为该标准球的第一标准球心坐标。

6.如权利要求5所述的量测坐标校正系统，其特征在于，所述第一获取模块根据如下公式计算该第一拟合球球面上第二数量点的坐标：

前(n-1)个点的坐标(X_i，Y_i，Z_i)计算公式为：

X_i＝x1+r1×Cos(β)×Cos(2*PI/(n-1))；

Y_i＝y1+r1×Cos(β)×Sin(2*PI/(n-1))；

Z_i＝z1+r1×Sin(β)；

其中，r1代表该第一拟合球的半径，i为取点序号，从0开始计数，i＝{0，1，…，n-1}，n代表第二数量，PI代表圆周率，角度β为第i个点到该第一拟合球的球心的连线与水平面的夹角或者等于一个预设值；

第n个点的坐标(X_n，Y_n，Z_n)计算公式为：X_n＝x1，Y_n＝y1，Z_n＝z1+r1。

7.一种量测坐标校正方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

数据接收步骤，接收探针量测系统的探针上的探头在校正物体上选择的一个参考点，该探针量测系统安装于量测机台，该量测机台与电子设备相连，其中，所述校正物体为标准球；

第一获取步骤，根据探头侦测到的该参考点的坐标(x，y，z)，计算该校正物体的第一标准中心坐标(x2，y2，z2)；

第二获取步骤，当影像量测系统的镜头移动到该校正物体的上方位置时，利用影像边界扫描方法获取该校正物体的第二标准中心坐标(x3，y3，z3)，该影像量测系统安装于该量测机台；

计算步骤，计算该第一标准中心坐标与第二标准中心坐标之间的差值，该计算出的差值作为探针量测系统与影像量测系统之间的校正值，其中，所述第一标准中心坐标为所述标准球的第一标准球心坐标，所述第二标准中心坐标为该标准球的第二标准球心坐标；及

存储步骤，存储该校正值至该电子设备的存储器中。

8.如权利要求7所述的量测坐标校正方法，其特征在于，所述第一获取步骤包括：

根据探头侦测到的该参考点的坐标(x，y，z)，获取该标准球的初始球心坐标(x0，y0，z0)，其中，(x0，y0，z0)＝(x，y，z-r)，r为该标准球的半径；

利用该初始球心坐标(x0，y0，z0)，计算该标准球球面上第一数量点的坐标；

控制该探头移动到该第一数量点，并获取探头侦测到的每个点的坐标；

根据该探头侦测到的每个点的坐标及该参考点的坐标拟合出第一个球，并获取该第一拟合球的球心坐标(x1，y1，z1)；

利用该第一拟合球的球心坐标，计算该第一拟合球球面上第二数量点的坐标；

控制探头移动到该第二数量点，并获取探头侦测到的每个点的坐标；

根据探头侦测到的每个点的坐标拟合出第二个球，并获取该第二拟合球的球心坐标(x2，y2，z2)，将该第二拟合球的球心坐标作为该标准球的第一标准球心坐标。

9.如权利要求8所述的量测坐标校正方法，其特征在于，所述第一数量点的坐标的计算公式为：

第i个点X轴坐标＝x0+r×Cos(α)×Cos((2*PI/3)×i)；

第i个点Y轴坐标＝y0+r×Cos(α)×Sin((2*PI/3)×i)；

第i个点Z轴坐标＝z0–(r0+r)+r×Sin(α)；

其中，r0代表探头的半径，i为取点序号，从0开始计数，i＝{0，1，…，m}，m代表第一数量，PI代表圆周率，角度α为第i个点到标准球的球心的连线与水平面的夹角或者等于一个预设值。

10.如权利要求8所述的量测坐标校正方法，其特征在于，所述第二数量点的坐标的计算公式为：

前(n-1)个点的坐标(X_i，Y_i，Z_i)计算公式为：

X_i＝x1+r1×Cos(β)×Cos(2*PI/(n-1))；

Y_i＝y1+r1×Cos(β)×Sin(2*PI/(n-1))；

Z_i＝z1+r1×Sin(β)；

其中，r1代表该第一拟合球的半径，i为取点序号，从0开始计数，i＝{0，1，…，n-1}，n代表第二数量，PI代表圆周率，角度β为第i个点到该第一拟合球的球心的连线与水平面的夹角或者等于一个预设值；

第n个点的坐标(X_n，Y_n，Z_n)计算公式为：X_n＝x1，Y_n＝y1，Z_n＝z1+r1。