CN110726379A - 非规则产品轮廓高精度成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非规则产品轮廓高精度成像方法，包括如下步骤：在检测非规则轮廓的产品前，成像机构对产品拍摄得到的图像进行处理得到与产品的实际尺寸相同后输入运动控制卡，运动控制卡控制XYR三轴＋虚轴在每个点位的运动；再将产品置于运动平台的旋转中心上，通过面阵相机对产品成像，获取旋转中心及产品的轮廓数据；然后提取轮廓点位，对多段拟合轮廓及点位的优化，重新按分辨力生成点位和角度，针对点位及角度变化值进行平滑性修改，最后，以旋转中心为准提取点位及角度，计算旋转中心轨迹。本发明能提取非规则产品外观轮廓点位数据(包括各点的相对切线角度)，且能利用运动控制卡通过四轴插补控制（XYR三轴＋虚轴）实现高精度的非规则产品的成像。
Description
技术领域
本发明涉及非规则产品轮廓成像和图像处理技术领域，尤其是一种非规则产品轮廓高精度成像方法。
背景技术
专利申请号201721228973.6公开了一种曲面高精度成像系统，该系统是PLC通过控制模块控制XYR轴运行，触发线扫进行采集图像实现曲面成像，需要导入CAD图纸。该成像系统在操作时，R轴旋转中心与产品中心有偏差，则会造成产品中心与R轴旋转中心有偏差，通过产品旋转一圈来获取当前旋转中心与R轴旋转中心的偏差，即可获取产品在固定旋转时产生的偏差，将此偏差加入旋转中心的轨迹中，使成像更精确，但并不能保证实时检测时产品与旋转中心一致，故不适用非规则产品轮廓的成像，且非规则轮廓产品的点位切线角度变化剧烈。目前，市场上暂没有完全由控制卡控制方式实现获取任意非规则产品轮廓成像的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种非规则产品轮廓高精度成像方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种非规则产品轮廓高精度成像方法，包括如下步骤：
一、输入：在检测非规则轮廓的产品前，成像机构对产品进行拍摄，对得到的图像进行处理，使其与产品的实际尺寸相同，将处理后的实际尺寸图像输入运动控制卡，运动控制卡控制XYR三轴＋虚轴在每个点位的运动；
二、轮廓提取：将产品置于运动平台的旋转中心上，通过面阵相机对产品成像，获取旋转中心及产品的轮廓数据；
三、提取轮廓点位：
（1）采集图像的行分辨力：按分辨力进行点位设计，选择像素单元分辨力在0.005mm～0.01mm范围内的所有轮廓点位；
（2）删除部分干扰点：通过对步骤（1）中轮廓点位进行高斯平滑，滤除部分不平滑变化的点位，然后通过角度变化，优化部分点位，使R轴运动时角度变化平滑稳定；
（3）优化轮廓曲线点：在圆弧型轮廓点中，角度变化趋势大体一致的某一段，如果这段中出现了角度变化大的点，则优化至前后一致的角度变化；
（4）选择固定轮廓点起始及扫描方向，选择直线段起始点为固定轮廓点，扫描方向按设计的轨迹路径选择进行扫描；
四、多段拟合轮廓及点位的优化：在分圆弧段时，按样条区域合成，进行多段圆弧段的拟合，拟合后以适应产品外轮廓圆弧曲线；部分点位进行手动优化；
五、重新按分辨力生成点位和角度；
六、针对点位及角度变化值进行平滑性修改；
七、以旋转中心为准提取点位及角度，计算旋转中心轨迹，若旋转中心点有偏差，加上相应偏差；若产品有角度旋转，加上相应偏差的角度偏差。
进一步地限定，所述步骤（一）中XYR三轴＋虚轴的点位具体为将产品的运行轨迹离散成多组等间距的点，第i个点坐标为（xi，yi，ri，deta*i），每当i递增时产品刚好运动至预期拍照位，同时高速脉冲触发线阵相机拍照，如此循环扫描出产品的完整图像；其中，deta为虚轴坐标等间距常数根据距离情况设定。其中，虚轴主要是用来高速触发相机拍照，即XYR移动一个点位，同虚轴发出一个脉冲，触发相机采集一帧图像。
进一步地限定，所述步骤（七）的具体步骤为：
选取产品上某一个点，保证光源与产品及相机角度不变，此时该点具有切线角度，以旋转中心旋转与切线角度相同的角度后形成一点位；然后旋转后的该点通过平移方式回到与相机光源相对于起始点相对同样的位置，同时可以看出旋转中心位置点的变化，其旋转中心点位置与角度的变化实为控制轴XYR点位的变化。
进一步地限定，所述步骤（二）中的运动平台包括两个相互垂直的、可在水平方向上位移的直线电机组件，分别用作X轴和Y轴；以及，一个旋转的DD马达，用作R轴；所述两个直线电机组件与DD马达由运动控制卡控制。
进一步地限定，所述步骤（一）中的成像机构包括线阵相机、远心镜头以及成像光源，所述线阵相机设置在远心镜头的上方，作为拍摄工具；所述远心镜头和线阵相机是一个成固定角度的结构；成像光源设置在远心镜头的下方。
本发明的有益效果是：本发明能提取非规则产品外观轮廓点位数据(包括各点的相对切线角度)，且能利用运动控制卡通过四轴插补控制（XYR三轴＋虚轴）实现高精度的非规则产品的成像。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的流程图。
图2是本发明中运动平台的结构示意图。
图3是本发明中产品某一个点位优化提取过程图。
图中：1.X轴，2.Y轴，3.R轴，4.产品。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
本实施例的设备包括运动平台和成像机构，成像机构包括线阵相机、远心镜头以及成像光源，线阵相机设置在远心镜头的上方，作为拍摄工具；远心镜头和线阵相机是一个成固定角度的结构；成像光源设置在远心镜头的下方；如图2所示，运动平台采用直线电机和DD马达实现高精度的三轴联动，其中X，Y轴1,2为直线电机，R轴3为DD马达，产品4装配在DD马达上。
如图1所示，一种非规则产品轮廓高精度成像方法，包括如下步骤：在检测非规则轮廓的产品4前，成像机构对产品进行拍摄，对得到的图像进行处理，使其与产品4的实际尺寸相同，将处理后的实际尺寸图像输入运动控制卡，运动控制卡控制XYR三轴＋虚轴在每个点位的运动，XYR三轴＋虚轴的点位具体为将产品的运行轨迹离散成多组等间距的点，第i个点坐标为（xi，yi，ri，deta*i），每当i递增时产品刚好运动至预期拍照位，同时高速脉冲触发线阵相机拍照，如此循环扫描出产品的完整图像；其中，deta为虚轴坐标等间距常数根据距离情况设定。其中，虚轴主要是用来高速触发相机拍照，即XYR移动一个点位，同虚轴发出一个脉冲，触发相机采集一帧图像；将产品置于运动平台的旋转中心上，通过面阵相机对产品4成像，获取旋转中心及产品4的轮廓数据；按分辨力进行点位设计，选择像素单元分辨力0.01mm的所有轮廓点位；通过上述轮廓点位进行高斯平滑，滤除部分不平滑变化的点位，然后通过角度变化，优化部分点位，使R轴3运动时角度变化平滑稳定；在圆弧型轮廓点中，角度变化趋势大体一致的某一段，如果这段中出现了角度变化大的点，则优化至前后一致的角度变化；选择固定轮廓点起始及扫描方向，选择直线段起始点为固定轮廓点，扫描方向按设计的轨迹路径选择进行扫描；多段拟合轮廓及点位的优化：在分圆弧段时，按样条区域合成，进行多段圆弧段的拟合，拟合后以适应产品4外轮廓圆弧曲线；部分点位进行手动优化；重新按分辨力生成点位和角度；针对点位及角度变化值进行平滑性修改；以旋转中心为准提取点位及角度，计算旋转中心轨迹，若旋转中心点有偏差，加上相应偏差；若产品4有角度旋转，加上相应偏差的角度偏差。
如图3所示，产品某一个点位优化提取过程：A为光源方向，B为相机采集方向，先选取C为产品上某一个点，D为旋转中心，o为产品4中心，选择C点，保证光源与产品4及相机角度不变，此时该点C具有切线角度30°，以旋转中心D旋转30°后形成一点位C′；然后旋转后的该点C′通过平移方式回到与相机光源相对于起始点相对同样的位置，同时可以看出旋转中心D位置点的变化，其旋转中心D点位置与角度的变化实为控制轴XYR点位的变化，此时，旋转中心D点有偏差，控制轴XYR应加上相应偏差；若产品4有角度旋转，应加上相应的角度偏差。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种非规则产品轮廓高精度成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
一、输入：在检测非规则轮廓的产品前，成像机构对产品进行拍摄，对得到的图像进行处理，使其与产品的实际尺寸相同，将处理后的实际尺寸图像输入运动控制卡，运动控制卡控制XYR三轴＋虚轴在每个点位的运动；
二、轮廓提取：将产品置于运动平台的旋转中心上，通过面阵相机对产品成像，获取旋转中心及产品的轮廓数据；
三、提取轮廓点位：
（1）采集图像的行分辨力：按分辨力进行点位设计，选择像素单元分辨力在0.005mm～0.01mm范围内的所有轮廓点位；
（2）删除部分干扰点：通过对步骤（1）中轮廓点位进行高斯平滑，滤除部分不平滑变化的点位，然后通过角度变化，优化部分点位，使R轴运动时角度变化平滑稳定；
（3）优化轮廓曲线点：在圆弧型轮廓点中，角度变化趋势大体一致的某一段，如果这段中出现了角度变化大的点，则优化至前后一致的角度变化；
（4）选择固定轮廓点起始及扫描方向：选择直线段起始点为固定轮廓点，扫描方向按设计的轨迹路径选择进行扫描；
四、多段拟合轮廓及点位的优化：在分圆弧段时，按样条区域合成，进行多段圆弧段的拟合，拟合后以适应产品外轮廓圆弧曲线；部分点位进行手动优化；
五、重新按分辨力生成点位和角度；
六、针对点位及角度变化值进行平滑性修改；
七、以旋转中心为准提取点位及角度，计算旋转中心轨迹，若旋转中心点有偏差，加上相应偏差；若产品有角度旋转，加上相应偏差的角度偏差。
2.根据权利要求1所述的非规则产品轮廓成像方法，其特征在于：所述步骤（一）中XYR三轴＋虚轴的点位具体为将产品的运行轨迹离散成多组等间距的点，第i个点坐标为（xi，yi，ri，deta*i），每当i递增时产品刚好运动至预期拍照位，同时高速脉冲触发线阵相机拍照，如此循环扫描出产品的完整图像；其中，deta为虚轴坐标等间距常数根据距离情况设定。
3.根据权利要求1所述的非规则产品轮廓高精度成像方法，其特征在于：所述步骤（七）的具体步骤为：
选取产品上某一个点，保证光源与产品及相机角度不变，此时该点具有切线角度，以旋转中心旋转与切线角度相同的角度后形成一点位；然后旋转后的该点通过平移方式回到与相机光源相对于起始点相对同样的位置，同时可以看出旋转中心位置点的变化，其旋转中心点位置与角度的变化实为控制轴XYR点位的变化。
4.根据权利要求1所述的非规则产品轮廓高精度成像方法，其特征在于：所述步骤（二）中的运动平台包括两个相互垂直的、可在水平方向上位移的直线电机组件，分别用作X轴和Y轴；以及，一个旋转的DD马达，用作R轴；所述两个直线电机组件与DD马达由运动控制卡控制。
5.根据权利要求1所述的非规则产品轮廓高精度成像方法，其特征在于：所述步骤（一）中的成像机构包括线阵相机、远心镜头以及成像光源，所述线阵相机设置在远心镜头的上方，作为拍摄工具；所述远心镜头和线阵相机是一个成固定角度的结构；成像光源设置在远心镜头的下方。
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