CN109855531B - 用于大幅面板型材料的尺寸测量系统及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大幅面板型材料的尺寸测量系统，主要包括立体支架、牵引移动装置、样品扫描系统、标定系统、主控系统，所述牵引移动装置安装在所述立体支架上，牵引移动所述样品扫描系统，所述标定系统作为大幅面尺寸测量系统的标定物，由两组棋盘格标定尺组成，位于立体支架底面的四周；所述主控系统接收所述样品扫描系统输出的信号，分析并识别图像中的特征信息，根据图像像素与实际尺寸的比例关系计算样品尺寸并将其输出。还公开了一种用于大幅面板型材料的尺寸测量方法，测量与标定同时进行，并能有效解决因多个线阵相机安装的角度误差、相机运动误差、拍摄图像交叉重合引起的图像误差问题，测量精度高，应用范围广。

Description

用于大幅面板型材料的尺寸测量系统及其测量方法

技术领域

本发明涉及工业生产中大幅面板型材料的尺寸测量领域，特别是涉及一种用于大幅面板型材料的尺寸测量系统及其测量方法。

背景技术

目前工业生产中大幅面板型材料的尺寸测量仍然采用传统的人工测量方法，企业雇佣大量的工人使用卡尺等工具对板型材料进行尺寸测量。这种测量方式导致工人每天的工作量过大，甚至可能会产生一系列问题，如读数错误、测量不规范、材料损坏等问题，进而影响了测量精度和产品质量。

行业内，也有一部分企业采用机械测量，通过相机拍摄辅助测量尺寸，该方法存在以下技术问题：

(1)由于板型材料尺寸大，单个相机拍摄视野不够，需要多台相机同时扫描以覆盖待测量物体；

(2)将多台相机安装在相机测量平台时，由于安装工艺，多个相机之间存在一定的角度偏差，导致多台相机并不在一条直线上，造成拍摄图像具有一定的角度误差；

(3)相机测量平台移动对待测物体进行扫描时，运动的速度由于电机及机械误差，速度并不完全均匀，也会造成拍摄图像的变形；

(4)在相机测量平台使用过程中，难以保证各个相机间位置关系不会产生微小变化。

因此亟需提供一种新型的用于大幅面板型材料的尺寸测量系统及其测量方法来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于大幅面板型材料的尺寸测量系统及其测量方法，能够在标定的同时准确完成大幅面板型材料的尺寸测量。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种用于大幅面板型材料的尺寸测量系统，主要包括：

立体支架，作为大幅面尺寸测量系统的运行框架；

牵引移动装置，安装在所述立体支架上，作为大幅面尺寸测量系统的驱动装置；

样品扫描系统，包括支杆、安装在支杆上的线阵相机阵列，支杆由所述牵引移动装置牵引移动；

标定系统，作为大幅面尺寸测量系统的标定物，由两组棋盘格标定尺组成，位于立体支架底面的四周；

主控系统，用于接收所述样品扫描系统输出的信号，分析并识别图像中的特征信息，根据图像像素与实际尺寸的比例关系计算样品尺寸并将其输出。

在本发明一个较佳实施例中，所述立体支架包括上部支架、第一侧面支架、第二侧面支架，第一侧面支架与第二侧面支架平行排列，并分别位于上部支架的下部两侧面。

在本发明一个较佳实施例中，所述牵引移动装置包括第一传动机构、第二传动机构、第一直线导杆、第二直线导杆，第一直线导杆、第二直线导杆分别固定安装在所述立体支架的上部两侧面；

所述第一传动机构包括第一伺服电机、第一传动带、第一固定支架、第一轴承座，第一伺服电机与第一固定支架分别安装在立体支架的同侧长边的两端，第一传动带安装在第一伺服电机的输出轴与第一固定支架之间，第一轴承座的上部与第一传动带传动连接、下部与第一直线导杆滑动配合；

所述第二传动机构包括第二伺服电机、第二传动带、第二固定支架、第二轴承座，第二伺服电机与第二固定支架分别安装在立体支架的同侧长边的两端，第二传动带安装在第二伺服电机的输出轴与第二固定支架之间，第二轴承座的上部与第二传动带传动连接、下部与第二直线导杆滑动配合。

进一步的，所述支杆的两端分别固定安装在第一轴承座与第二轴承座的顶面。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种用于大幅面板型材料的尺寸测量方法，应用于所述尺寸测量系统，包括以下步骤：

S1：所述样品扫描系统在牵引移动装置的驱动下沿轨道近似匀速移动，在运动过程中由支架上的N台线阵相机分别实时扫描各自视野内的待检样品以及标定尺，得到分别拍摄的包含标定尺及待检样品区域的N张图片；

S2：对得到的N张图片提取各自的横向标定尺的横线、竖线及角点信息，所述横向标定尺为与所述支杆平行的标定尺组，通过提取的横线信息分别计算各张图片中横向标定尺相对图像的旋角，对线阵相机的安装位姿进行矫正；

S3：在矫正角度误差后的N张图片的交叉视野处利用提取的横向标定尺的竖线及角点信息对N张图片进行匹配以及精细拼接，得到包含完整的待测物及标定尺的整幅图像；

S4：提取拼接后的整幅图像上标定尺的横线、竖线及角点信息，间隔若干个棋盘格建立标准正交坐标系，得到每个角点在此坐标系中的坐标(x，y)，结合每个角点在标定尺上的位置得到实际坐标(a，b)，建立位置特征关系对[(x，y)，(a，b)]，利用仿射变换将变形的图像矫正到标准正交坐标系下，对因线阵相机的运动造成的图像误差进行矫正；

S5：根据测量需求提取待检样品的特征信息，计算待测两点在坐标系上的距离，利用标定尺的实际尺寸与标准正交坐标系的单位长度的比例关系换算出待测样品的实际尺寸并输出。

在本发明一个较佳实施例中，步骤S2的具体步骤包括：

S2.1：通过提取的横线信息分别计算各张图片中横标定尺相对图像的旋角，记为(α₁～α_N)；

S2.2：以α₁为基准，令α₁＝β₁，分别计算其余(N-1)张图片与α₁的旋角差值，得到α₂-α₁，α₃-α₁，···，α_N-α₁，记作(β₂～β_N)；

S2.3：根据(β₂～β_N)旋转其余(N-1)张图片，将N张图片矫正到同一旋角下。

在本发明一个较佳实施例中，在步骤S5中，所述特征信息包括待检样品的顶点、边缘、弧线。

在本发明一个较佳实施例中，在步骤S5中，标定尺的实际尺寸是标准正交坐标系单位长度的整数倍。

本发明的有益效果是：

(1)本发明所述大幅面板型材料的尺寸测量系统结构设计合理简单，可根据测量需求选择需要安装的线阵相机数量，使线阵相机测量视野充分覆盖待测物体及标定系统，有效满足大尺寸的测量场景需要；

(2)所述大幅面板型材料尺寸测量方法中测量与标定同时进行，省去标定过程，速度快，更方便操作人员使用；所有的标定与图像矫正过程都在线完成，利用棋盘格标定尺，有效解决因多个线阵相机安装的角度误差、相机运动误差、拍摄图像交叉重合引起的图像误差问题，因而对线阵相机的安装工艺要求不高，不要求线阵相机完全在一条直线上，且不要求牵引装置完全匀速，通用性高；

(3)本发明测量精度高，应用范围广，有效促进生产自动化，适宜于在大幅面板型材料的工业生产中广泛应用推广。

附图说明

图1是本发明所述大幅面板型材料的尺寸测量系统一较佳实施例的立体结构示意图；

图2是所述棋盘格标定尺的结构示意图；

图3是所述大幅面板型材料的尺寸测量方法的流程图；

图4是利用本发明对大幅面玻璃样品检测时拍摄的实例图。

附图中各部件的标记如下：11、上部支架，12、第一侧面支架，13、第二侧面支架，14、支撑支架，211、第一伺服电机，212、第一传动带，213、第一固定支架，214、第一轴承座，215、第一直线导杆，221、第二伺服电机，222、第二传动带，223、第二固定支架，224、第二轴承座，225、第二直线导杆，31、支杆，32、线阵相机，41、横向标定尺，42、纵向标定尺，5、玻璃样品。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本发明实施例包括：

一种用于大幅面板型材料的尺寸测量系统，主要包括立体支架、牵引移动装置、样品扫描系统、标定系统、主控系统。所述立体支架，作为大幅面尺寸测量系统的运行框架；所述牵引移动装置，安装在所述立体支架上，作为大幅面尺寸测量系统的驱动装置；所述样品扫描系统，作为大幅面尺寸测量系统的扫描拍摄系统，由所述牵引移动装置牵引移动；所述标定系统，作为大幅面尺寸测量系统的标定物，由两组棋盘格标定尺组成，位于立体支架底面的四周；所述主控系统，用于接收所述样品扫描系统输出的信号，分析并识别图像中的特征信息，根据图像像素与实际尺寸的比例关系计算样品尺寸并将其输出。

具体的，所述立体支架包括上部支架11、第一侧面支架12、第二侧面支架13。第一侧面支架12与第二侧面支架13平行排列，并分别位于上部支架11的下部两侧面。为增加侧面支架的支撑强度，第一侧面支架12与第二侧面支架13中部还设置有支撑支架14。所述立体支架对所述牵引移动装置、样品扫描系统起支撑作用。

所述牵引移动装置包括第一传动机构、第二传动机构、第一直线导杆215、第二直线导杆225。第一直线导杆215、第二直线导杆225分别固定安装在所述立体支架的上部两侧面，起直线导向作用。

所述第一传动机构包括第一伺服电机211、第一传动带212、第一固定支架213、第一轴承座214。第一伺服电机211与第一固定支架213分别安装在上部支架11的同侧长边的两端，第一传动带212安装在第一伺服电机211的输出轴与第一固定支架213之间，第一轴承座214的上部与第一传动带212传动连接、下部与第一直线导杆215滑动配合。

所述第二传动机构包括第二伺服电机221、第二传动带222、第二固定支架223、第二轴承座224，第二伺服电机221与第二固定支架223分别安装在上部支架11的同侧长边的两端，第二传动带222安装在第二伺服电机221的输出轴与第二固定支架223之间，第二轴承座224的上部与第二传动带222传动连接、下部与第二直线导杆225滑动配合。

优选的，所述第一伺服电机211与第二伺服电机221的规格为220V、20A。

当样品进入测量系统后，第一伺服电机211与第二伺服电机221同时启动，第一伺服电机211牵引第一轴承座214随着第一传动带212的传动，沿第一直线导杆215做直线运动。第二伺服电机221牵引第二轴承座224随着第二传动带222的传动，沿第二直线导杆225做直线运动。

所述样品扫描系统包括支杆31、安装在支杆31上的线阵相机阵列。线阵相机阵列由多台高像素线阵相机32组成，支杆31作为线阵相机阵列的安装载体，所述支杆31的两端分别固定安装在第一轴承座214与第二轴承座224的顶面，由所述牵引移动装置牵引移动。样品扫描系统随轴承座的运动沿直线导杆行进过程中触发相机扫描N行，扫描完毕后将图像输出至所述主控系统。优选的，线阵相机阵列的最高扫描速度为800mm/s，最大扫描尺寸为4200mm*2400mm。

所述标定系统由横向标定尺41、纵向标定尺42组成，均为棋盘格标定尺，如图2所示，棋盘格标定尺方格尺寸为10mm*10mm。横向标定尺41为与所述支杆31平行的标定尺组，纵向标定尺42为与支杆31垂直的标定尺组。棋盘格标定尺作为标定物与待检样品一起被线阵相机阵列采集，与第一侧面支架12、第二侧面支架13的底边的最小距离为10cm。

优选的，所述主控系统可采用高性能计算平台，接收样品扫描系统的信号后，通过以下步骤对玻璃样品进行尺寸识别，请参阅图3，具体包括：

S1：所述样品扫描系统在牵引移动装置的驱动下沿轨道近似匀速移动，在运动过程中由支架上的N台线阵相机32分别实时扫描各自视野内的待检样品以及标定尺，得到分别拍摄的包含标定尺及待检样品区域的N张图片；

S2：对得到的N张图片提取各自的横向标定尺41的横线、竖线及角点信息，通过提取的横线信息分别计算各张图片中横向标定尺相对图像的旋角，对线阵相机的安装位置与待检样品的实际摆放位置之间的偏差进行矫正，具体矫正过程为：

S2.1：通过提取的横线信息分别计算各张图片中横向标定尺41相对图像的旋角，记为(α₁～α_N)；

S2.2：以α₁为基准，令α₁＝β₁，分别计算其余(N-1)张图片与α₁的旋角差值，得到α₂-α₁，α₃-α₁，···，α_N-α₁，记作(β₂～β_N)；

S2.3：根据(β₂～β_N)旋转其余(N-1)张图片，将N张图片矫正到同一旋角下，通过横向标定尺41使N张图片的旋角保持一致，矫正因线阵相机32安装造成的转动误差。

S3：N台线阵相机32存在重复拍摄的区域，重复拍摄的区域即为交叉视野，在矫正角度误差后的N张图片的交叉视野处利用提取的横向标定尺41的竖线及角点信息对N张图片进行再定位，通过竖线和竖线、角点和角点重合的方式分别调整N张图片的横向位置，至于哪条竖线和哪个角点重合是线阵相机安装时即标定好的，裁剪重复拍摄区域，精细拼接裁剪后的N张图片，得到包含完整的待测物及标定尺的整幅图像；

S4：提取拼接后的整幅图像上标定尺的横线、竖线及角点信息，间隔若干个棋盘格建立标准正交坐标系：选择间隔若干个棋盘格的横线与竖线在图像上建立正交直角坐标系，若棋盘格实际边长为l，则该坐标系的单位长度设为N*l(N＝1,2,3,····)，选择间隔若干个棋盘格的横线与竖线的任一交点为坐标原点O，根据棋盘格上其余角点、以及间隔若干个棋盘格的横线与竖线的交点与所选坐标原点的位置关系，确定其余角点与交点在此坐标关系中的坐标，得到每个角点与交点在此坐标系中的坐标(x，y)；

对于每个角点在标定尺上的位置即为在图像上所占像素的列数和行数，得到实际坐标(a，b)，a为像素列数，b为像素行数，建立位置特征关系对[(x，y)，(a，b)]，通过建立的位置特征关系对利用仿射变换将变形的图像矫正到标准正交坐标系下，对因线阵相机32的运动造成的图像误差进行矫正；

S5：根据测量需求提取待检样品的顶点、边缘、弧线等特征信息，根据L＝[(x₁-x₂)²+(y₁-y₂)²]^1/2计算待测两点在坐标系上的距离，(x₁，y₁)、(x₂，y₂)分别为其中一条边的两端点在标准正交坐标系中的坐标；

利用标定尺的实际尺寸与标准正交坐标系的单位长度的比例关系换算出待测样品的实际尺寸并输出。结合图4，若棋盘格实际边长为l，则该坐标系的单位长度设为N*l(N＝2)，则该比例关系为N，根据该比例关系换算出待检样品的实际尺寸。

本发明所述大幅面板型材料的尺寸测量系统结构设计合理简单，可根据测量需求选择需要安装的线阵相机数量，使线阵相机测量视野充分覆盖待测物体及标定系统，有效满足大尺寸的测量场景需要。所述大幅面板型材料尺寸测量方法中测量与标定同时进行，省去标定过程，速度快，更方便操作人员使用；所有的标定与图像矫正过程都在线完成，利用棋盘格标定尺，有效解决因多个线阵相机安装的角度误差、相机运动误差、拍摄图像交叉重合引起的图像误差问题，因而对线阵相机的安装工艺要求不高，不要求线阵相机完全在一条直线上，且不要求牵引装置完全匀速，通用性高。

本发明测量精度高，应用范围广，有效促进生产自动化，适宜于在大幅面板型材料的工业生产中广泛应用推广。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于大幅面板型材料的尺寸测量方法，采用一种用于大幅面板型材料的尺寸测量系统，该系统主要包括：

立体支架，作为大幅面尺寸测量系统的运行框架；

牵引移动装置，安装在所述立体支架上，作为大幅面尺寸测量系统的驱动装置；

样品扫描系统，包括支杆、安装在支杆上的线阵相机阵列，支杆由所述牵引移动装置牵引移动；

标定系统，作为大幅面尺寸测量系统的标定物，由两组棋盘格标定尺组成，位于立体支架底面的四周；

主控系统，用于接收所述样品扫描系统输出的信号，分析并识别图像中的特征信息，根据图像像素与实际尺寸的比例关系计算样品尺寸并将其输出；

该方法包括以下步骤：

S1：所述样品扫描系统在牵引移动装置的驱动下沿轨道近似匀速移动，在运动过程中由支架上的N台线阵相机分别实时扫描各自视野内的待检样品以及标定尺，得到分别拍摄的包含标定尺及待检样品区域的N张图片；

S2：对得到的N张图片提取各自的横向标定尺的横线、竖线及角点信息，所述横向标定尺为与所述支杆平行的标定尺组，通过提取的横线信息分别计算各张图片中横向标定尺相对图像的旋角，对线阵相机的安装位姿进行矫正；

S3：在矫正角度误差后的N张图片的交叉视野处利用提取的横向标定尺的竖线及角点信息对N张图片进行匹配以及精细拼接，得到包含完整的待测物及标定尺的整幅图像；

S4：提取拼接后的整幅图像上标定尺的横线、竖线及角点信息，间隔若干个棋盘格建立标准正交坐标系，得到每个角点在此坐标系中的坐标(x，y)，结合每个角点在标定尺上的位置得到实际坐标(a，b)，建立位置特征关系对[(x，y)，(a，b)]，利用仿射变换将变形的图像矫正到标准正交坐标系下，对因线阵相机的运动造成的图像误差进行矫正；

S5：根据测量需求提取待检样品的特征信息，计算待测两点在坐标系上的距离，利用标定尺的实际尺寸与标准正交坐标系的单位长度的比例关系换算出待测样品的实际尺寸并输出。

2.根据权利要求1所述的用于大幅面板型材料的尺寸测量方法，其特征在于，步骤S2的具体步骤包括：

S2.1：通过提取的横线信息分别计算各张图片中横标定尺相对图像的旋角，记为(α₁～α_N)；

S2.2：以α₁为基准，令α₁＝β₁，分别计算其余(N-1)张图片与α₁的旋角差值，得到α₂-α₁，α₃-α₁，…，α_N-α₁，记作(β₂～β_N)；

S2.3：根据(β₂～β_N)旋转其余(N-1)张图片，将N张图片矫正到同一旋角下。

3.根据权利要求1所述的用于大幅面板型材料的尺寸测量方法，其特征在于，在步骤S5中，所述特征信息包括待检样品的顶点、边缘、弧线。

4.根据权利要求1所述的用于大幅面板型材料的尺寸测量方法，其特征在于，在步骤S5中，标定尺的实际尺寸是标准正交坐标系单位长度的整数倍。

5.根据权利要求1所述的用于大幅面板型材料的尺寸测量方法，其特征在于，所述立体支架包括上部支架、第一侧面支架、第二侧面支架，第一侧面支架与第二侧面支架平行排列，并分别位于上部支架的下部两侧面。

6.根据权利要求1所述的用于大幅面板型材料的尺寸测量方法，其特征在于，所述牵引移动装置包括第一传动机构、第二传动机构、第一直线导杆、第二直线导杆，第一直线导杆、第二直线导杆分别固定安装在所述立体支架的上部两侧面；

所述第一传动机构包括第一伺服电机、第一传动带、第一固定支架、第一轴承座，第一伺服电机与第一固定支架分别安装在立体支架的同侧长边的两端，第一传动带安装在第一伺服电机的输出轴与第一固定支架之间，第一轴承座的上部与第一传动带传动连接、下部与第一直线导杆滑动配合；

所述第二传动机构包括第二伺服电机、第二传动带、第二固定支架、第二轴承座，第二伺服电机与第二固定支架分别安装在立体支架的同侧长边的两端，第二传动带安装在第二伺服电机的输出轴与第二固定支架之间，第二轴承座的上部与第二传动带传动连接、下部与第二直线导杆滑动配合。

7.根据权利要求6所述的用于大幅面板型材料的尺寸测量方法，其特征在于，所述支杆的两端分别固定安装在第一轴承座与第二轴承座的顶面。

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