CN104020781A - 量测控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种量测控制系统，应用于与影像量测机台及控制器电连接的计算装置。控制器与安装在影像量测机台Z轴上的传感器电连接。控制器发射出一束多色光并传输至传感器。传感器对多色光进行光谱色散后形成不同波长的光谱信号发射至待测产品上的测量点。传感器接收待测产品反射回来的光谱信号并传输给控制器进行光谱分析，得到光谱信号数据并传输给量测控制系统。量测控制系统对光谱信号数据进行分析、计算，产生光谱信号强度分布图，根据该光谱信号强度分布图中的波形峰值的大小、变化发送控制指令至影像量测机台调整传感器在Z轴上的位置，以将测量点调整到传感器的有效量测范围之内。本发明还提供一种量测控制方法。

Description

量测控制系统及方法
技术领域
本发明涉及一种计算机辅助控制系统及方法，尤其是一种量测系统及方法。
背景技术
激光传感器常用于影像量测机台进行对产品高度的量测，在量测高度尺寸时既快又准。但是，激光传感器在量测不同材料的产品时，对量测结果影响较大，特别是量测镜面产品（如玻璃）等特殊产品时，量测值很难达到稳定。为了解决激光传感器量测的局限性，光谱共焦传感器被用于对特殊产品进行量测。但是由于光谱共焦传感器投影的光点非常小，而且光源为普通可见光，散射角较大，不像激光那样散射角非常小，能照射得非常远。在进行量测作业时，使用者只能靠眼睛来观察、调整光谱共焦传感器与投影到产品测量点上的光点的相对位置，以对产品上的测量点进行准确定位。但由于光点非常小，通过人眼视力对产品上的测量点进行准确定位需要很长时间。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种量测控制系统及方法，可以自动、准确地控制影像量测机台上的光谱共焦传感器与待测产品上的测量点之间的相对位置。
本发明提供一种量测控制系统，应用于与影像量测机台及控制器电连接的计算装置。该控制器与安装在影像量测机台Z轴上的传感器电连接，待测产品放置于量测平台。该系统接收用户输入的待测产品上的测量点在机械坐标系中的坐标信息，设置传感器量测光谱信号的强度阀值，并根据测量点在机械坐标系中的坐标信息发送驱动指令至影像量测机台，以驱动传感器移动至测量点上方。所述控制器发射一束多色光并传输至传感器，传感器进行光谱色散后产生不同波长的光谱信号并发射至待测产品，传感器接收待测产品反射回来的光谱信号，并将光谱信号传输给控制器进行光谱分析，得到光谱信号数据。该系统根据光谱信号数据计算传感器的有效量测范围、实时绘制光谱信号强度分布图，并根据光谱信号强度分布图中的波形峰值是否低于所述阀值判断所述测量点是否位于传感器的有效量测范围之内。当光谱信号强度分布图中的波形峰值低于所述阀值时，该系统发送控制指令至影像量测机台以调整传感器在Z轴的位置，直至光谱信号强度分布图中的波形峰值等于或高于所述阀值。
本发明提供一种量测控制方法，应用于计算装置，该计算装置与影像量测机台及控制器电连接，控制器与安装在影像量测机台Z轴上的传感器电连接，待测产品放置于量测平台。该方法包括：（A）接收用户输入的待测产品上的测量点在机械坐标系中的坐标信息，并设置传感器量测光谱信号的强度阀值；（B）根据测量点在机械坐标系中的坐标信息发送驱动指令至影像量测机台，以驱动传感器移动至测量点上方；（C）控制器发射一束多色光并传输至传感器，传感器进行光谱色散后产生不同波长的光谱信号并发射至待测产品，传感器接收待测产品反射回来的光谱信号，并将光谱信号传输给控制器进行光谱分析，得到光谱信号数据；（D）根据光谱信号数据计算传感器的有效量测范围；（E）根据接收到的光谱信号数据实时绘制光谱信号强度分布图；（F）根据光谱信号强度分布图中的波形峰值是否低于所述阀值判断所述测量点是否位于传感器的有效量测范围之内；及（G）若光谱信号强度分布图中的波形峰值低于所述阀值，则发送控制指令至影像量测机台以调整传感器在Z轴的位置，直至光谱信号强度分布图中的波形峰值等于或高于所述阀值。
相较于现有技术，本发明提供的量测控制系统及方法，可以自动、准确地控制影像量测机台上的光谱共焦传感器与待测产品上的测量点之间的相对位置。
附图说明
图1是本发明量测控制系统较佳实施例的硬件架构图。
图2是本发明量测控制系统较佳实施例的工作原理示意图。
图3是本发明量测控制系统较佳实施例的功能模块图。
图4A、图4B、图4C是光谱共焦传感器在量测机台Z轴上移动过程中本发明量测控制系统输出的光谱信号强度分布图。
图5是本发明量测控制方法较佳实施例的流程图。
主要元件符号说明
影像量测机台 10
量测平台 20
待测产品 30
测量点 31
传感器 40
控制器 50
计算装置 60
量测控制系统 70
显示装置 80
设置模块 71
驱动模块 72
计算模块 73
绘制模块 74
判断模块 75
控制模块 76
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
如图1所示，是本发明量测控制系统70较佳实施例的硬件架构图。该量测控制系统70应用于计算装置60。该计算装置60与影像量测机台10及控制器50电连接。控制器50与安装于影像量测机台10Z轴上的光谱共焦传感器（以下简称传感器）40通过光缆进行连接。待测产品30放置于量测平台20。
以下结合图1及图2说明本发明量测控制系统70较佳实施例的工作原理图。
控制器50包括光源、光谱分析电路、光源控制电路和输入输出接口。控制器的光源发射出一束多色光（一般呈白色）、通过光缆传输至传感器40。传感器40包括一系列光学镜片，多色光通过该一系列镜片进行光谱色散后形成不同波长的单色光，并将该不同波长的单色光发射至待测产品30上的测量点31。通过人眼观察，该不同波长的单色光呈现为一个光点。之后，传感器40接收待测产品30反射回来的光谱信号，并将光谱信号通过电缆传输给控制器50进行光谱分析，得到光谱信号数据。控制器50将光谱信号数据传输给计算装置60，计算装置60利用量测控制系统70对光谱信号数据进行分析、计算，产生光谱信号强度分布图（参阅图4(A)-图4(C)所示），根据该光谱信号强度分布图的中波形峰值的大小、变化发送控制指令至影像量测机台10调整传感器40在Z轴上的位置，以将待测产品30上的测量点31调整到传感器40的有效量测范围之内。量测控制系统70还将该光谱信号强度分布图显示于与计算装置相连接的显示装置80。
参阅图3所示，是本发明量测控制系统70较佳实施例的功能模块图。该量测控制系统70包括设置模块71、驱动模块72、计算模块73、绘制模块74、判断模块75及控制模块76。模块71-76包括计算机程序化指令，计算装置60的处理器执行这些计算机程序化指令，提供量测控制系统70的上述功能。以下结合图5具体说明模块71-76的功能。
参阅图5所示，是本发明量测控制方法较佳实施例的流程图。
步骤S10，设置模块71在待测产品30上指定测量点31，例如设置模块71接收用户输入的测量点31在机械坐标系中的坐标信息。设置模块71还设置安装在影像量测机台10Z轴上的传感器40量测光谱信号的强度阀值。例如，图4(A)-图4(C)中的水平直线L代表设置模块71设置的强度阀值为40（光强度的单位可以为坎德拉，代号为cd）。
步骤S20，驱动模块72发送驱动指令至影像量测机台10，影像量测机台10驱动传感器40移动至测量点31上方。例如影像量测机台10根据测量点31在机械坐标系中的坐标信息传感器40移动至测量点31上方。
步骤S30，控制器50发射一束多色光并通过光缆传输至传感器40，传感器40进行光谱色散后产生不同波长的光谱信号（例如红光、绿光、蓝光）并发射至待测产品30。传感器40接收待测产品30反射回来的光谱信号，并将光谱信号通过电缆传输给控制器50进行光谱分析，得到光谱信号数据。控制器50将光谱信号数据传输至计算装置60。所述光谱信号数据包括光谱信号的波长及每种光谱信号的信号强度值。
步骤S40，计算模块73根据光谱信号数据计算传感器40的有效量测范围。在本实施例中，传感器40的有效量测范围=光谱信号的最大波长-光谱信号的最小波长所构成的波长范围。
步骤S50，绘制模块74根据接收到的光谱信号数据实时绘制光谱信号强度分布图。例如，图4(A)是传感器40位于影像量测机台10Z轴上的初始位置，绘制模块74根据控制器50分析得到光谱信号数据绘制得到的一张光谱信号强度分布图。在图4(A)中，X轴代表不同光谱信号的波长（波长单位可以为米或纳米），Y轴代表不同光谱信号的强度值（光强度的单位可以为坎德拉，代号为cd）。图4(A)中的水平直线L代表传感器40量测光谱信号的强度阀值。
步骤S60，判断模块75光谱信号强度分布图中的波形峰值是否低于所述阀值。当待测产品30上的测量点31发射的光谱信号的强度等于或超过该阀值，表明测量点31位于传感器40的有效量测范围之内，传感器40可以对测量点31进行有效量测。当待测产品30上的测量点31发射的光谱信号的强度低于该阀值，表明测量点31位于传感器40的有效量测范围之外，传感器40不能对测量点31进行有效量测。
如图4(A)中的波形峰值低于所述阀值，则表明测量点31位于传感器40的有效量测范围之外。流程进入步骤S70，控制模块76发送控制指令调整传感器40在影像量测机台10Z轴上的位置，也就是将传感器40向影像量测机台10Z轴下方适当移动。之后流程返回步骤S60。
若在步骤S60，判断模块75判断信号强度分布图中的波形峰值等于或高于所述阀值，则流程进入步骤S80。
步骤S80，判断模块75判断测量点31在传感器40的有效测量范围之内。例如，控制模块76发送控制指令将传感器40向影像量测机台10Z轴下方适当移动后，绘制模块74根据接收到的光谱信号数据实时绘制得到如图4(B)所示的光谱信号强度分布图。在图4(B)中，波形峰值略高于直线L所代表的阀值，表明测量点31已经进入传感器40的有效测量范围之内。
至此步骤S80，传感器40已经可以对测量点31进行有效量测了。但是为了确定传感器40对测量点31进行有效量测的最佳位置，本量测控制方法还可以包括步骤S90，通过控制模块76继续控制影像量测机台10调整传感器40在Z轴上下移动，判断模块75根据传感器40在影像量测机台10Z轴上下移动过程中信号强度分布图中的波形峰值的变化确定传感器40在Z轴上的最佳位置。
例如，当传感器40在影像量测机台10Z轴上继续向下移动，波形峰值超出直线L代表的所述阀值的部分越来越多直到达到一个最大值，信号强度分布图由图4(B)变化为图4(C)。此时，若传感器40在影像量测机台10Z轴上继续向下移动，波形峰值可能又从最大值开始逐渐降低，则判断模块75可以确定波形峰值为变化过程中的最大值时、传感器40在Z轴上的位置为量测测量点31的最佳位置。
本量测控制方法还可以包括量测数据输出步骤：将量测数据，例如传感器40在Z轴上的位置坐标及波形峰值等信息输出至显示装置80显示。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上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)

1.一种量测控制方法，应用于计算装置，该计算装置与影像量测机台及控制器电连接，控制器与安装在影像量测机台Z轴上的传感器电连接，待测产品放置于量测平台，其特征在于，该方法包括：
参数设置步骤：接收用户输入的待测产品上的测量点在机械坐标系中的坐标信息，并设置传感器量测光谱信号的强度阀值；
驱动步骤：根据测量点在机械坐标系中的坐标信息发送驱动指令至影像量测机台，以驱动传感器移动至测量点上方；
接收步骤：接收控制器分析待测产品反射回的光谱信号得到的光谱信号数据；
计算步骤：根据光谱信号数据计算传感器的有效量测范围；
绘制步骤：根据接收到的光谱信号数据实时绘制光谱信号强度分布图；
判断步骤：根据光谱信号强度分布图中的波形峰值是否低于所述阀值判断所述测量点是否位于传感器的有效量测范围之内；及
控制步骤：若光谱信号强度分布图中的波形峰值低于所述阀值，则发送控制指令至影像量测机台以调整传感器在Z轴的位置，直至光谱信号强度分布图中的波形峰值等于或高于所述阀值。
2.如权利要求1所述的量测控制方法，其特征在于，该方法还包括步骤：根据传感器在影像量测机台Z轴上移动过程中信号强度分布图中的波形峰值的变化确定传感器在Z轴上的最佳位置。
3.如权利要求2所述的量测控制方法，其特征在于，当传感器在影像量测机台Z轴上移动到该最佳位置时，波形峰值超出所述阀值且达到一个最大值，当传感器在影像量测机台Z轴上继续向下移动，波形峰值又从最大值开始逐渐减小。
4.如权利要求1所述的量测控制方法，其特征在于，所述光谱信号数据包括光谱信号的波长及每种光谱信号的信号强度值，所述传感器的有效量测范围=光谱信号的最大波长-光谱信号的最小波长所构成的波长范围。
5.如权利要求1所述的量测控制方法，其特征在于，该方法在接收步骤前还包括步骤：所述控制器发射一束多色光并传输至传感器，传感器进行光谱色散后产生不同波长的光谱信号并发射至待测产品，待测产品反射回光谱信号至传感器，传感器将反射回的光谱信号传输至控制器。
6.一种量测控制系统，应用于计算装置，该计算装置与影像量测机台及控制器电连接，控制器与安装在影像量测机台Z轴上的传感器电连接，待测产品放置于量测平台，其特征在于，该系统包括：
设置模块，用于接收用户输入的待测产品上的测量点在机械坐标系中的坐标信息，并设置传感器量测光谱信号的强度阀值；
驱动模块，用于根据测量点在机械坐标系中的坐标信息发送驱动指令至影像量测机台，以驱动传感器移动至测量点上方；
计算模块，用于根据控制器传输的光谱信号数据计算传感器的有效量测范围，该光谱信号数据是由控制器分析传感器传输的从待测产品发射回的光谱信号后得到的；
绘制模块，用于根据接收到的光谱信号数据实时绘制光谱信号强度分布图；
判断模块，用于根据光谱信号强度分布图中的波形峰值是否低于所述阀值判断所述测量点是否位于传感器的有效量测范围之内；及
控制模块，用于当光谱信号强度分布图中的波形峰值低于所述阀值时，发送控制指令至影像量测机台以调整传感器在Z轴的位置，直至光谱信号强度分布图中的波形峰值等于或高于所述阀值。
7.如权利要求6所述的量测控制系统，其特征在于，所述判断模块，还用于根据传感器在影像量测机台Z轴上移动过程中信号强度分布图中的波形峰值的变化确定传感器在Z轴上的最佳位置。
8.如权利要求7所述的量测控制系统，其特征在于，当传感器在影像量测机台Z轴上移动到该最佳位置时，波形峰值超出所述阀值且达到一个最大值，当传感器在影像量测机台Z轴上继续向下移动，波形峰值又从最大值开始逐渐减小。
9.如权利要求6所述的量测控制系统，其特征在于，所述光谱信号数据包括光谱信号的波长及每种光谱信号的信号强度值。
10.如权利要求6所述的量测控制系统，其特征在于，所述传感器的有效量测范围=光谱信号的最大波长-光谱信号的最小波长所构成的波长范围。
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