CN110702029A - 一种基于qt图形界面的三维形貌测量机控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于QT图形界面的三维形貌测量机控制方法，包括如下步骤：设定轴序数；设置电机旋转的速度和加速度；设置电机旋转方向和角度，使被测工件能在电机上进行特定的旋转，方便相机收集数据；初始化相机系统；从相机系统中获取已连接的所有相机的相机列表，并获取相机列表中的编号；根据需要修改指定相机内部参数；开启连续存储多张模式，开始进行相机的数据采集；图像数据转换完成后，点击界面按钮保存图像数据，图片则以JPG格式保存在特定的数据库中；数据采集完毕后，关闭当前所用相机，注销三维形貌测量机控制系统。本方案与现有技术相比具有很强的适应性，根据不同环境与工件，能通过实时调参来获得最好的数据采集效果。
Description
技术领域
本发明涉及产品检测和视觉监控技术领域，尤其涉及一种基于QT图形界面的三维形貌测量机控制方法。
背景技术
如今，由于计算机图像技术的持续提升与进步，在科学技术、航天航空、医疗设备等领域，机器视觉技术将得到越来越广泛地应用。特别是面向工业领域的在线检测和图像识别技术的发展，低成本及高精度的需求促使工业机器视觉系统飞速发展。
在工业生产中，三维形貌测量系统技术具有重要作用。而机器视觉的非接触性和高效性，更促进了机器视觉在三维形貌机中的应用，而相机作为机器视觉的重要组成部分，其控制系统的性能的优劣会影响到整个三维形貌测量系统的稳定性与可靠性，通过数据采集的准确控制与误差控制，再将检测得到的形貌信息反馈到加工控制系统中，用于指导修正下一个加工工序。因此，对于相机软件的设计实现方面而言，相机的控制、图像采集、图像处理等问题是相机软件设计的重点关注对象。现在，相机在三维检测领域中的使用越来越多广，但其操作的不便性是当前急需解决的问题，目前市面上的大多数相机控制系统功能还不够完善，且普遍存在数据采集耗时间长、卡顿、实时预览延迟等问题。
因此，现有技术需要进一步改进和完善。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于QT图形界面的三维形貌测量机控制方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种基于QT图形界面的三维形貌测量机控制方法，该控制方法主要包括如下具体步骤：
步骤S1：设定轴序数；本系统采用的是4轴平台控制器，对步进电机进行行为控制之前，首先需要确定电机的轴序数，才能对各轴发送命令精确地控制电动机。
步骤S2：设置电机旋转的速度和加速度；
具体的，所述步骤S2还包括：确定轴序数后，通过命令设置电机速度参数，其中字符串格式为：“D：**S**F**R**”；第一位为控制的轴序号，S字符为最小速度，在字符后的数字代表其速度值，F为最大速度，在字符后的数字代表其速度值R为加速时间/减速时间。
步骤S3：设置电机旋转方向和角度，使被测工件能在电机上进行特定的旋转，方便相机收集数据；
具体的，所述步骤S3还包括：其字符串格式为：“M：*±P**”；第一位为控制的轴序号，然后为旋转方向，“+”代表顺时针方向，“-”代表逆时针方向，P字符为脉冲数，输入一定数量的脉冲数可精确控制步进电机旋转至特定的角度，进行旋转平台的精准定位。
步骤S4：初始化相机系统：创建一个相机全局控制系统(计算机系统中可能有数个相机，全局控制系统用于统一管理所有被纳入本程序创建的系统内部的相机)。
步骤S5：从相机系统中获取已连接的所有相机的相机列表，并获取相机列表中的编号；如果此时需要对指定的相机进行控制，便需要根据相机的编号来创建相机对象。
步骤S6：根据需要修改指定相机内部的颜色模式、采集速率、图像大小参数；
步骤S7：开启连续存储多张模式，开始进行相机的数据采集；
所述步骤S7还包括：将采集到的数据按预定的处理流程进行处理，传递到主线程后，预处理完的数据结果在UI界面上实现可视化。
步骤S8：图像数据转换完成后，点击界面按钮保存图像数据，图片则以JPG格式保存在特定的数据库中；
具体的，所述步骤S8还包括：如果对数据不满意，可重新采集和转换。
步骤S9：数据采集完毕后，关闭当前所用相机，注销三维形貌测量机控制系统。
与现有技术相比，本发明还具有以下优点：
(1)本发明所提供的基于QT图形界面的三维形貌测量机控制方法采用多线程数据采集的模式。将数据采集流程放置到一个单独的线程中进行处理，从而提高系统的处理效率。
(2)本发明所提供的基于QT图形界面的三维形貌测量机控制方法采用采取了“丢帧”处理操作，即从相机的缓存中间隔一定的数据量采集并保留一张图像，其他的图像数据一经采集便丢弃，通过“延时同步”的方式优化整个数据采集流程。
(3)本发明所提供的基于QT图形界面的三维形貌测量机控制方法通过系统优化、实时监控、相机控制及数据解调的方式不断地改进和提高形貌光学测量系统的可靠性与质量。
(4)本发明所提供的基于QT图形界面的三维形貌测量机控制方法及其控制系统具有功能丰富，具有初始化相机系；创建相机对象；修改图像采集模式、采集速率、图像大小；控制电机启停、正反转、速度、位置；UI界面可视化以及数据预处理的功能。
(5)本发明所提供的基于QT图形界面的三维形貌测量机控制方法及其控制系统的预处理部分采用OpenCV视觉库，通过自定义函数，对相机收集的图像进行预处理。相比于一般的图像处理而言，本系统的图像处理更具有针对性，更能应对三维形貌测量的特殊环境。
附图说明
图1是本发明所提供的复光束角度传感器的结构示意图。
图2是本发明所提供的基于QT图形界面的三维形貌测量机控制系统的结构示意图。
图3是本发明所提供的基于QT图形界面的三维形貌测量机控制系统界面的示意图。
图4是本发明所提供的丢帧操作示意图。
图5是本发明所提供的数据预处理的示意图。
图6是本发明所提供的基于QT图形界面的三维形貌测量机控制方法的流程图示意图。
上述附图中的标号说明：
1-复光束角度传感器，2-接口转换器，3-计算机，4-半导体激光器，5-第一滤光板，6-准直透镜，7-第二滤光板，8-分束器，9-柱透镜，10-工件，11-微透镜阵列，12-CMOS相机，13-步进电机驱动器，14-旋转平台，15-夹具。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1至图6所示，本实施例公开了一种基于QT图形界面的三维形貌测量机控制方法，具体操作步骤如下：
1)设定轴序数。本系统采用的是4轴平台控制器，对步进电机进行行为控制之前，首先需要确定电机的轴序数，才能对各轴发送命令精确地控制电动机。
2)设置电机旋转的速度和加速度。确定轴序数后，可以通过命令(字符串)设置电机速度参数，其字符串格式为：“D：**S**F**R**”。第一位为控制的轴序号，S字符为最小速度(PPS)，在字符后的数字代表其速度值，F为最大速度(PPS)，在字符后的数字代表其速度值R为加速时间/减速时间(ms)。
3)设置电机旋转方向和角度。使被测物体能在电机上进行特定的旋转，方便相机收集数据。其字符串格式为：“M：*±P**”。第一位为控制的轴序号，然后为旋转方向，“+”代表顺时针方向，“-”代表逆时针方向，P字符为脉冲数，输入一定数量的脉冲数可精确控制步进电机旋转至特定的角度，进行旋转平台的精准定位。
4)初始化相机系统。创建一个相机全局控制系统(计算机系统中可能有数个相机，全局控制系统用于统一管理所有被纳入本程序创建的系统内部的相机)。
5)完成步骤4)后，可以从相机系统中获取系统中已连接的所有相机的相机列表，以此便可获取相机在相机列表中的编号。如果此时需要对指定的相机进行控制，便需要根据相机的编号来创建相机对象。
6)完成步骤5)后，便可以用于修改指定相机内部颜色模式、采集速率、图像大小等参数。
7)完成步骤6)后，开启“连续存储多张”模式，开始进行相机的数据采集。采集到的数据按预定的处理流程进行处理，传递到主线程后，预处理完的数据结果在UI界面上实现可视化。
8)图像数据转换完成后，点击界面按钮保存图像数据，图片则以JPG格式保存在特定的数据库中。如果对数据不满意，也可重新采集。
9)数据采集完毕后，关闭当前所用相机；注销三维形貌测量机控制系统。
实施例2：
如图2所示，本实施例公开了一种基于QT图形界面的三维形貌测量机控制系统，该控制系统主要包括：承重台、支架、复光束角度传感器1、接口转换器2、计算机3、步进电机驱动器13、旋转平台14、以及将工件10夹紧的夹具15。所述承重台水平设置。所述支架的底部固定安装在承重台上。所述复光束角度传感器1安装在支架上，其检测端朝向工件10。所述旋转平台14固定安装在承重台上。所述夹具15固定设置在旋转平台14的旋转端，由旋转平台14驱动其转动。工件10设置在夹具15上，通过夹具15将其夹紧。所述接口转换器2的一端与复光束角度传感器1连接，另一端与计算机3连接，将复光束角度传感器1检测的数据传输到计算机3上。所述步进电机驱动器13的一端与计算机3连接，另一端与旋转平台14中的步进电机连接，通过接收计算机3的命令去控制步进电机的转动。
作为本发明的优选方案，所述接口转换器2采用USB转RS-232型接口转换器。
实施例3：
如图1所示，本实施例公开了一种复光束角度传感器，该传感器主要包括半导体激光器4、将激光聚焦到第一滤光板5的凸透镜、第一滤光板5、准直透镜6、第二滤光板7、分束器8、柱透镜9、微透镜阵列11、以及CMOS相机12。所述第一滤光板5上设有用于滤光的第一滤光孔，所述第二滤光板7上设有用于滤光的第二滤光孔。
具体的，所述半导体激光器4、凸透镜、第一滤光板5、准直透镜6、第二滤光板7和分束器8自上而下依次同轴设置。激光从半导体激光器4射出并依次经过凸透镜、第一滤光板5、准直透镜6、第二滤光板7后从分束器8的入射端射入，激光在分束器8发生反射并从反射端射出。所述柱透镜9设置在分束器8前方，与分束器8的反射端相对并将反射光线聚焦成光斑投射到圆柱体工件10上。所述微透镜阵列22和CMOS相机23依次设置在分束器8后方，且所述微透镜阵列11与分束器8的透射端相对并将从圆柱体工件10反射回来的光线聚焦照射在CMOS相机12上。
作为本发明的优选方案，所述第一滤光孔的孔径设为400微米。
作为本发明的优选方案，所述第二滤光孔的孔径设为4毫米。
实施例4：
如图1和图2所示，本实施例公开了一种基于复光束角度传感器的三维形貌测量控制系统，首先，所述复光束角度传感器1通过USB转RS-232转换器2与所述PC计算机3相连，所述夹具15固定安装在旋转平台14的旋转端上，与旋转平台14的旋转中心同轴设置，并由旋转平台14驱动其转动，所述旋转平台14的步进电机由所述步进电机驱动器13驱动，所述夹具夹紧工件10并在旋转平台14的驱动下自转以此测得工件10一个圆周范围内的全部实验数据。而其中本三维形貌测量机控制系统的作用是控制CMOS相机12完成整个实验的光强数据采集处理工作和旋转平台14的旋转。
其次，介绍三维形貌测量机控制系统，包括硬件部分和软件部分。硬件部分主要包括步进电机驱动器13、相机控制器、通信模块和采集模块；控制器是PC计算机3，用于对CMOS相机12和旋转平台14进行控制；通信模块用RS-232通信协议实现终端和PC端之间的通信；采集模块由CMOS相机12和点光源组成，实时采集光强数据。软件部分主要包括数据预处理系统、数据采集系统、相机控制系统，步进电机控制系统；数据预处理系统用于对数据进行初步的处理；数据采集系统接收相机传来的数据，存储进特定的数据库中；相机控制系统控制CMOS相机12收集光强数据，步进电机控制系统由步进电机驱动器13控制旋转平台14的旋转。
具体地，数据预处理系统是用来对相机获取的图像进行初步的处理。由于系统、环境、人为等干扰因素，相机拍摄的光强图像并不是所有都是清晰、明亮，可读性高的，一般都是模糊，降质，有噪声的，这样会增大后续测量的难度和误差。因此，对于相机得到的图像，使用OpenCV对其进行增强操作，使图像对比度和亮度得到加强。使用拉普拉斯算子，采用filter2D()函数自定义滤波核kernel进行锐化。效果如图6所示。
具体地，步进电机控制系统采用Qt平台和C++语言编写的图形界面作为上位机，通过PC计算机3发送指令(字符串)至步进电机驱动器13以配置电机参数，具有控制旋转平台的启停、正反转和转速，以此来配合相机获取光强图像；
具体地，相机控制系统是控制相机收集光强数据的系统，其用户界面是采用Qt平台和C++语言编写的图形界面作为上位机，通过USB转RS232转换器和通讯线缆发送指令至相机。具有修改图像采集模式、采集速率、修改图像大小，UI界面可视化，数据预处理的功能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于QT图形界面的三维形貌测量机控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：设定轴序数；
步骤S2：设置电机旋转的速度和加速度；
步骤S3：设置电机旋转方向和角度，使被测工件能在电机上进行特定的旋转，方便相机收集数据；
步骤S4：初始化相机系统：创建一个相机全局控制系统；
步骤S5：从相机系统中获取已连接的所有相机的相机列表，并获取相机列表中的编号；
步骤S6：根据需要修改指定相机内部的颜色模式、采集速率、图像大小参数；
步骤S7：开启连续存储多张模式，开始进行相机的数据采集；
步骤S8：图像数据转换完成后，点击界面按钮保存图像数据，图片则以JPG格式保存在特定的数据库中；
步骤S9：数据采集完毕后，关闭当前所用相机，注销三维形貌测量机控制系统。
2.根据权利要求1所述的基于QT图形界面的三维形貌测量机控制方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：确定轴序数后，通过命令设置电机速度参数，其中字符串格式为：“D：**S**F**R**”；第一位为控制的轴序号，S字符为最小速度，在字符后的数字代表其速度值，F为最大速度，在字符后的数字代表其速度值R为加速时间/减速时间。
3.根据权利要求1所述的基于QT图形界面的三维形貌测量机控制方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：其字符串格式为：“M：*±P**”；第一位为控制的轴序号，然后为旋转方向，“+”代表顺时针方向，“-”代表逆时针方向，P字符为脉冲数，输入一定数量的脉冲数可精确控制步进电机旋转至特定的角度，进行旋转平台的精准定位。
4.根据权利要求1所述的基于QT图形界面的三维形貌测量机控制方法，其特征在于，所述步骤S7还包括：将采集到的数据按预定的处理流程进行处理，传递到主线程后，预处理完的数据结果在UI界面上实现可视化。
5.根据权利要求1所述的基于QT图形界面的三维形貌测量机控制方法，其特征在于，所述步骤S8还包括：如果对数据不满意，可重新采集和转换。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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