CN106767443A - 一种新型全自动二次元影像检测仪及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于全自动影像测量的技术领域，具体是一种新型全自动二次元影像检测仪及测量方法，解决了现有二次元测量设备无法应用于较大或大型工件的自动化测量生产的问题，其包括测量相机、大视野相机以及主机，大视野相机的数据输出端连接主机，测量相机的驱动端连接主机。测量方法为:首先粗略定标测量，后精确定标测量；通过大视野相机对任意摆放工件进行拍摄，粗略定标测量，规划测量路径，然后按照此测量路径驱动测量相机进行精确定标测量。本发明对工件的摆放位置没有特别要求，配合相关算法后，能够自动按照规划路径对待测工件进行自动测量，适应性强、工作效率高，智能化程度高，极大地提高产品测量的自动化程度。

Description

一种新型全自动二次元影像检测仪及测量方法

技术领域

本发明属于全自动影像测量的技术领域，具体涉及一种新型全自动二次元影像检测仪及测量方法。

背景技术

目前，市面上的全自动二次元测量设备，测量相机视野因为测量精度要求，视野较小；为了便于重复测量或批量测量，基本上都对产品的摆放位置有严格的要求，即必须依赖于定位基准或定位夹具来进行辅助定位，这样必然导致批量零件的测量效率低下，或无法真正实现自动化测量要求，更无法应用于自动化测量的生产线中。

因此，设计一种针对任意位置工件的全自动影像测量设备成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明专利内容

本发明是为了解决现有二次元测量设备无法应用于自动化测量生产的问题，提供了一种新型全自动二次元影像测量方法及系统，可以快速寻找待检工件轮廓系统，实现了二次元影像测量设备对测量区域任意位置待检工件特征基准点和摆放方位角的计算，以及在人机交互的情况下能够自动规划出测量路径。

本发明采用如下的技术方案实现：

一种新型全自动二次元影像检测仪，包括测量相机、大视野相机以及主机，大视野相机的数据输出端连接主机，测量相机的驱动端连接主机。还包括机座、立柱以及测量平台，所述的测量平台具有两套相互垂直的水平运动驱动机构，实现测量平台在水平面内平动，所述的立柱上有竖直运动驱动机构，测量相机和大视野相机固定在竖直运动驱动机构上，用于采集工件图像，两套相互垂直的水平运动驱动机构和竖直运动驱动机构与主机连接由主机控制，主机还连接有位置检测机构。

所述的新型全自动二次元影像检测仪完成的测量方法为：工件任意摆放在测量区域，大视野相机通过粗略定标测量，初步确定出工件的特征基准点坐标及摆放方位角数值，获得工件的测量路径，所述的测量路径通过驱动测量平台完成精确定标测量，由此计算出精确的坐标变换关系，并修改测量程序的坐标，由此驱动整个测量过程。工件，包括标准工件或者待测工件。

所述的粗略定标测量的过程是：通过大视野相机对任意摆放的工件进行拍摄，获得标准工件的影像图片，主机对工件的图片进行处理，获得工件的图像较精确零件轮廓图形，通过识别零件影像特征点圆弧或圆轮廓的圆心或轮廓角点及长边方向等特征来确定出标准工件的特征基准点和摆放方向位置信息，并由此求出其影像特征基准点的坐标值及零件摆放方位角，依据零件的分类特征及需要测量的部位，经人机交互后，按最快测量方式或最优测量方式，自动规划出所述标准工件的测量路径，粗略定标测量完成；

精确定标测量的过程是：按照粗略定标测量确定的基准点及测量路径，驱动测量相机（4），在完成精确特征基准点的定标测量后，修正并随时修正粗略定标测量的误差，最终确定出测量基准点坐标和测量路径中基点及节点的精确坐标。

所述的测量方法用于工件批量测量时，具体步骤为：

1）、粗略定标测量标准工件（6），

2）、精确定标测量标准工件（6），并将相应信息存储到主机中；

3）、待检工件位置信息检测，主机控制大视野相机拍摄任意摆放的待检工件的图形，并根据测量相机与大视野相机之间的精准位置关系，通过主机计算出待检工件与标准工件的特征基准点粗略坐标增量及粗略摆放角度偏差；通过主机驱动测量平台及测量相机，对特征基准坐标增量及摆放方位角偏差进行精准的计算；

4）、待检工件测量路径计算，根据步骤3），对标准工件的测量路径进行坐标变换，计算出待检工件的测量路径；

5）、待检工件测量，主机根据待检工件的测量路径，控制测量平台的驱动装置和测量相机的驱动装置，完成待检工件的轮廓尺寸测量。

进一步的，所述的步骤3中的轮廓影像由特征基准决定，即步骤2还包括测量相机标取并存储标准工件的标准特征基准的位置信息，步骤3还包括识别待检工件的特征基准，并根据大视野相机与测量相机之间的位置关系，确定待检工件的特征基准的位置；并在步骤4中将特征基准与标准特征基准进行对比，计算出待检工件与标准工件的摆放角度差。步骤4和步骤5中包括根据待检工件与标准工件的位置关系来确定待检工件的坐标变换后的测量路径。

与现有技术相比：本技术方案首先通过大视野相机对标准工件进行粗略定位，然后根据使用测量相机并利用该定位数值形成特征基准坐标及摆放方位角数值及相应的测量程序；然后运用大视野相机的宽视野，对测量区域内的待检工件实现与标准工件测量基准的相对位置（包括特征基准坐标增量与摆放偏差角）信息的快速提取；依此相对位置关系，对标准工件的测量程序实行坐标转换，进而实现测量平台内任意摆放的待检工件的检测，摆脱了目前全自动二次元测量系统在批量检测时对定位夹具的依赖，大大提高了批量测量的效率与设备的自动化程度；同时，这种用标准工件作为参考来进行测量路径选择依据的方式，不仅能够适应测量室或实验室环境，也能使用在工厂级环境中，这种方法相比用CAD图形驱动来说，能够避免工件由于温度差造成的热胀冷缩误差，在工厂级自动化流程的检测中具有更大的适应性。

本发明增加了一个大视野相机，以此来辅助测量工件的相对位置和角度差，无需定位夹具，对工件的摆放位置没有特别要求，配合相关算法后，能够自动按照规划路径对待测工件进行自动测量，具有适应性强、工作效率高，智能化程度高的优点，且可极大地提高产品测量的自动化程度。

另外本发明利用大视野相机配合相应的算法，解决了以往二次元影像测量仪在批检工件的测量过程中对工件定位要求过严的问题，因此大大了提高测量效率及自动化程度；而且，这种用标准工件作为参考来进行测量路径选择依据的方式，在工厂级环境中相比用CAD图形驱动来说，能够避免工件由于温度差造成的热胀冷缩误差，在工厂级自动化流程的检测中具有更大的适应性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，

图2为实施例测量的标准工件，

图3为实施例测量的待检工件，

图中：1-机座，2-立柱，3-测量平台，4-测量相机，5-大视野相机，6-标准工件，7-待检工件，8-主机。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

一种新型全自动二次元影像检测仪，是在目前全自动二次元影像测量仪的基础上，在其测量相机旁加装一个大视野相机（与测量相机共用一个竖直运动机构）。具体包括机座1、立柱2、测量平台3、测量相机4、大视野相机5、和主机8，用于标准工件6、待检工件7测量。所述的立柱2固定在机座1上，安放在工件测量区域上方，被测工件放置在测量平台3上，测量平台3具有两套相互垂直的运动驱动机构，可以实现测量平台水平面内两个方向的平动，从而能够使被测工件测量位置处于测量相机4正下方；所述的测量相机4和大视野相机5固定与立柱连接的竖直运动驱动机构上，大视野相机与测量相机共用一套驱动机构，驱动机构可以驱动两个相机竖直移动，用于采集工件图像；所述的主机8与测量相机4、大视野相机5控制连接，并与三路驱动机构及对应的位置检测机构相连接；所述的测量平台3由主机8控制，通过驱动装置实现水平移动，能够使待检工件7根据标准工件6的测量路径及坐标变换关系实现自动测量。

新型全自动二次元影像检测仪完成的测量方法为：工件任意摆放在测量区域，大视野相机通过粗略定标测量，初步确定出工件的特征基准点坐标及摆放方位角数值，获得工件的测量路径，所述的测量路径通过驱动测量平台完成精确定标测量，由此计算出精确的坐标变换关系，并修改测量程序的坐标，由此驱动整个测量过程。

所述的粗略定标测量的过程是：通过大视野相机5对任意摆放的工件（进行拍摄，获得标准工件的影像图片，主机8对工件的图片进行处理，获得工件的图像较精确零件轮廓图形，通过识别零件影像特征点圆弧或圆轮廓的圆心或轮廓角点及长边方向等特征来确定出标准工件的特征基准点和摆放方向位置信息，并由此求出其影像特征基准点的坐标值及零件摆放方位角，依据零件的分类特征及需要测量的部位，经人机交互后，按最快测量方式或最优测量方式，自动规划出所述标准工件的测量路径，粗略定标测量完成；

精确定标测量的过程是：按照粗略定标测量确定的基准点及测量路径，驱动测量相机4，在完成精确特征基准点的定标测量后，修正并随时修正粗略定标测量的误差，最终确定出测量基准点坐标和测量路径中基点及节点的精确坐标。

上述的测量方法用于工件批量测量时，具体步骤为：：

步骤1:粗略定标测量。通过大视野相机5对任意摆放标准工件6进行拍摄，主机8对标准工件6的图片进行处理，获得标准工件6的图像较精确零件轮廓图形，确定出基准点的大致位置、求取出相应坐标及摆放方位角，规划出所述标准工件6的测量路径；

步骤2:精确定标测量。通过主机8按所述步骤1规划好的测量路径驱动测量相机4，对标准工件6的测量轮廓进行拍摄，并获得零件的精确轮廓图形，基准点坐标及摆放方位角数值，并将相应信息存储到主机8中；

步骤3:待检工件位置信息检测。通过主机8程序，通过大视野相机5拍摄任意摆放的待检工件7的图形，并根据测量相机4与大视野相机5之间的精准位置关系，通过主机8计算出待检工件7与标准工件6的特征基准点坐标增量（粗略）及摆放角度偏差（粗略）；通过主机8驱动测量平台3及测量相机4，对特征基准及摆放方位角进行精准的计算；

步骤4:待检工件测量路径计算。根据待检工件7准确的特征基准与标准工件6的特征基准的位置增量以及待检工件7相对于标准工件6的摆放角度偏差，对标准工件6的测量路径进行坐标变换，计算出待检工件7的测量路径；

步骤5:待检工件测量。主机8根据待检工件7的测量路径，控制测量平台3的驱动装置和测量相机4的驱动装置，完成待检工件7的轮廓尺寸测量。

所述的步骤3中的轮廓影像由特征基准决定，即步骤2还包括测量相机标取并存储标准工件6的标准特征基准的位置信息，步骤3还包括识别待检工件7的特征基准，并根据大视野相机与测量相机之间的精确位置关系，确定待检工件7的特征基准的位置；并在步骤4中将特征基准与标准特征基准进行对比，计算出待检工件7与标准工件6的摆放角度差。步骤4和步骤5中包括根据待检工件7与标准工件6的位置关系来确定待检工件7的坐标变换后的测量路径。

实施例：对于一个直角三角形工件，需要精确测量尺寸（基点坐标和边长，各夹角值）。

对于如图2所示标准工件：

第一步：利用大视野相机对其进行粗定标，找到特征基准点A（对于此三角形工件来说就是其长边与短边的交点），并粗略确定特征基准点A的坐标及摆放方位角。

第二步：利用大视野相机拍摄的图像，规划出测量各个尺寸所执行的测量路径（对于此三角形工件来说就是从特征基准点A开始，沿着AB→BC→CA依次进行检测，即按图2中的箭头方向）。

第三步：由于大视野相机精度相对较差，特征基准点的定位误差和路径偏差都较大，因此需要利用测量相机和测量平台按照初步测量路径对特征基准点A和测量路径进行精确校准，由此获得特征基准点的精确坐标（）、摆放方位角及工件的精确测量路径。

对于如图3所示待检工件：

第一步：利用大视野相机获得整个工作台面图像（包含零件轮廓图形），由此确定出待检工件特征基准点与标准工件图像特征基准点之间的坐标增量（）及摆放角度偏差量。

第二步：在计算机中将已经获得的标准工件的特征基准点坐标（）加上此平移量作为待测工件的基准点（）。

第三步：在计算机中将已经获得的标准工件的精确测量路径AB→BC→CA加上特征基准点平移量及摆放角度偏差，通过矩阵运算法来求出NC驱动程序的所有基点坐标，由此获得待检工件的测量路径A’B’→B’C’→C’A’。

第四步：利用测量相机和测量平台按照第三步获得的测量路径A’B’→B’C’→C’A’对各个尺寸参数进行精确测量。

Claims (6)

1.一种新型全自动二次元影像检测仪，其特征在于：包括测量相机（4）、大视野相机（5）以及主机（8），大视野相机（5）的数据输出端连接主机（8），测量相机（4）的驱动端连接主机（8）。

2.根据权利要求1所述的一种新型全自动二次元影像检测仪，其特征在于：还包括机座（1）、立柱（2）以及测量平台（3），所述的测量平台（3）具有两套相互垂直的水平运动驱动机构，实现测量平台（3）在水平面内平动，所述的立柱上有竖直运动驱动机构，测量相机（4）和大视野相机（5）固定在竖直运动驱动机构上，用于采集工件图像，两套相互垂直的水平运动驱动机构和竖直运动驱动机构与主机连接由主机控制，主机还连接有位置检测机构。

3.根据权利要求2所述的一种新型全自动二次元影像检测仪，其特征在于：其完成的测量方法为：工件任意摆放在测量区域，大视野相机（5）通过粗略定标测量，初步确定出工件的特征基准点坐标及摆放方位角数值，获得工件的测量路径，所述的测量路径通过驱动测量平台（3）完成精确定标测量，由此计算出精确的坐标变换关系，并修改测量程序的坐标，由此驱动整个测量过程。

4.根据权利要求3所述的一种新型全自动二次元影像检测仪，其特征在于：粗略定标测量的过程是：通过大视野相机（5）对任意摆放的工件进行拍摄，获得标准工件的影像图片，主机（8）对工件的图片进行处理，获得工件的图像较精确零件轮廓图形，通过识别零件影像特征点圆弧或圆轮廓的圆心或轮廓角点及长边方向等特征来确定出标准工件的特征基准点和摆放方向位置信息，并由此求出其影像特征基准点的坐标值及零件摆放方位角，依据零件的分类特征及需要测量的部位，经人机交互后，按最快测量方式或最优测量方式，自动规划出所述标准工件的测量路径，粗略定标测量完成；

精确定标测量的过程是：按照粗略定标测量确定的基准点及测量路径，驱动测量相机（4），在完成精确特征基准点的定标测量后，修正并随时修正粗略定标测量的误差，最终确定出测量基准点坐标和测量路径中基点及节点的精确坐标。

5.根据权利要求3或4所述的一种新型全自动二次元影像检测仪，其特征在于：测量方法用于工件批量测量时，具体步骤为：

1）、粗略定标测量标准工件（6），

2）、精确定标测量标准工件（6），并将相应信息存储到主机中；

3）、待检工件位置信息检测，主机（8）控制大视野相机（5）拍摄任意摆放的待检工件（7）的图形，并根据测量相机（4）与大视野相机（5）之间的精准位置关系，通过主机（8）计算出待检工件（7）与标准工件（6）的特征基准点粗略坐标增量及粗略摆放角度偏差；通过主机（8）驱动测量平台（3）及测量相机（4），对特征基准坐标增量及摆放方位角偏差进行精准的计算；

4）、待检工件测量路径计算，根据步骤3），对标准工件（6）的测量路径进行坐标变换，计算出待检工件（7）的测量路径；

5）、待检工件测量，主机（8）根据待检工件（7）的测量路径，控制测量平台（3）的驱动装置和测量相机（4）的驱动装置，完成待检工件（7）的轮廓尺寸测量。

6.根据权利要求5所述的一种新型全自动二次元影像检测仪，其特征在于：所述的步骤3中的轮廓影像由特征基准决定，即：

步骤2还包括测量相机标取并存储标准工件（6）的标准特征基准的位置信息；

步骤3还包括识别待检工件（7）的特征基准，并根据大视野相机与测量相机之间的位置关系，确定待检工件（7）的特征基准的位置；

并在步骤4中将特征基准与标准特征基准进行对比，计算出待检工件（7）与标准工件（6）的摆放角度差；

步骤4和步骤5中包括根据待检工件（7）与标准工件（6）的位置关系来确定待检工件（7）的坐标变换后的测量路径。