CN1112794A - 一种测量物件尺寸的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是为提高物件表面和/或外形测量的准确度提供一种解决方案，使得在测量台上安放在定位物件无需耗时的操作。另外，本装置目的在于克服已知设计中的一些缺点。本装置由以下几个部件组成：一台用来承载待测量的物件的静止、水平透明的测量台(1)，至少一台视频摄象机(2)和一个光源(3)，摄象机和光源中的一个安装在测量台上方，另一个在下方，它们安装在可在两块导板(5)上移动的桥形支架(4)上，用以移动视频摄象机和光源。
Description
本发明涉及一种测量物件尺寸的方法。本发明还涉及使用此方法的测量装置。
在传统的光学测量机上，摄象机上所装镜头和电荷耦合器件(CCD)传感器可对物件的外形进行电子分析，因而要求物件在摄象机镜头下移动，由于支座运动机构引起的振动而使物件在支座上移动有危险。另外，众所周知，摄象机镜头会给出畸变的图象，由此原因，测量机工作时准确度不足。所有光学镜头都有象差，这会随光波波长的变化而导致焦距平面和图象尺寸的改变。直到现在，一直采用校准镜头的方法以试图使这些改变减少到最小。尽管如此，即使使用已经校准的镜头，仍有可能发现残余象差，这对图象质量有不良影响，并降低了测量的准确度。
本发明的目的是为提高测量准确度以及克服已知的缺点而提供一种解决的方法。
根据本发明的方法可以达到这个目的，此方法的特征如下：
a)将一个或多个待测量的物件安放在一静止的测量台上；
b)将物件暴露在光照射下；
c)利用视频摄象机对物件拍摄电子快照来识别物件的形状，以便将已获得的形状与已存储在计算机中的其它形状进行比较，并选择具有相同形状的存储的图象；
d)然后对物件的主轴及其方向进行计算，以确定与物件的位置有关的座标系统；
e)然后利用一个探头对物件的外形和/或表面进行检查，探头的位移由所述存储的图象驱动，此前，探头已根据测量台上物件的主轴方向转动其主轴；
f)然后即可确定所述存储的图象与由探头探测点所组成的图象间的差别。
利用此方法的装置的特征是包括一个用于承载待测量的物件的静止、水平透明的测量台，至少一台视频摄象机和一光源，摄象机和光源中的一个置于测量台的上方，另一个置于测量台下方，摄象机和光源安装在可在两个导板上移动的桥形支架上，该支架用来移动摄象机和光源。
作为一个示例，附图表明所建议的装置：
图1为本发明的总图，只表示出其具有特点的各个部件；
图2为支承两个摄象机的桥形支架的俯视图；
图3与图2的视图相同，但采用一个摄象机和两个镜头；
图4为本装置的局部视图，表示出光源的另一位置。
图1表明装有透明测量台1的装置，测量台装在支承臂11上，台上放有几个待测量的物件，其中一个物件能在图上见到。视频摄象机2和光源3固定在桥形支架4上，摄象机2位于测量台1上方，而光源3则位于测量台1下方。当然，也可交换摄象机2和光源3间的位置。桥形支架4安装在两个导板5X和Y上，可以移动，其控制轴在图上未予标明。
摄象机2装有镜头和窄视角电荷耦合器件(CCD)传感器6，可相对于测量台1上下自由移动。在测量台上待定的位置上可安放一个或多个待测量的物件7。
为便于测量数据的整理，如图2所示，桥形支架4上装有两个摄象机2A和2B。第一个摄象在2A视界大，便于用电子方法存储待测量物件的位置及其角位移，第二个摄象机2B视界窄，能自动从一个物件移向另一个物件，并进行所需的测量分析。
单个的摄象机2装有两个镜头6，其中一个镜头视界大，另一个镜头视界小，如图3所示。两个镜头安装在桥形支架4上横向滑板8上，根据不同测量工作的需要，使用两种不同视界镜头中的一个。
图4表示光源9的另一种布置方式，光源可水平或倾斜安装，但应位于摄象机2A和2B光轴的侧面。反射镜10用于使光束落入摄象机的光轴中。
可采用光源滤波方法以消除象差问题，这样滤波后可获得一窄波段光，其结果几乎与单色光一样。根据镜头的特性，当然可选择所需的中央频率。实际上，光谱要在频率落在镜头具有象差最大值附近的范围内选择。另外，镜头装有与光源光学特性相同的滤光片。
选择上述频率的理由如下：
减少象差绝对值这一点并不重要，但有必要使其在整个使用的光谱范围保持一定。这个条件最好是接近镜头具有象差最大值左右的频率，在此处，描述象差曲线的一阶导数接近于零。残余象差可很容易的利用对系统的校准加以补偿。这样可使其在整个使用的光源频谱上的误差值达到最小。
由于所引起的振动，当测量机使用移动的手段探测待测量物件的各个部分时，还出现其他的问题。这个问题在使用大倍率的光学系统以达到较好的分辨率时尤为重要。
因为最大的振动是发生在加速和减速期间，所以这个问题总是发生在这个阶段中。需要加速和减速来自这个事实，即：恒定辐射的光源是与整套的摄象机一起使用的，因而当摄象机到达所需的位置以获得一清晰的图象时，必须停止摄象机的运动。
为避免这些问题，本发明建议摄象机以恒速运动并采用脉冲光源。采用这个办法，与加速有关的一些缺点即可消除。
通常，必需“告诉”测量机需测量的物件的种类，这是利用一单个识别码来完成的，以使测量机输入与所存储的物件有关的程序。尽管如此，这种方法仍有两个缺点：首先是需要手工干预，结果是减慢了操作过程，其次是它必须使具有相同形状的不同的物件总是安放在同一位置并采取同一取向，因为该机总是以一绝对的座标系统来编排程序，而不是以与每个物件相关的座标系统来编排程序。另外，对用于保持物件就位的部件的固定操作也使操作过程减慢。
相反，本发明建议一种与待测量物件相关的计算机程序和一与物件相关的座标系统。这样，操作员或机械手可不管物件的位置而将其置于测量台1上。大视界摄象机拍摄物件的电子快照，计算机选择相应的程序并计算物件的位置及其方向。然后计算机输入相关的测量程序，并自动计算与物件的位置和取向有关的座标。
在识别物件、它的位置及其方向后，计算机开始测量，按照已编程的外形图，根据物件的位置及其方向重新计算，计算机指令光源在正确的测量位置处给出光脉冲。
采用此法，很明显有可能识别一个以上的物件形状，而每一次测量中，其测量并不限于仅仅一种型式的物件，因此，随着该自动测量机输送物件，物件即能到达所需的位置。另外，测量工作可以高速进行，因为会减慢操作过程的手工干预已不再需要。
Claims (10)
1.一种测量物件尺寸的方法，其特征是：
a)将一个或多个待测量的物件安放在一个静止的测量台(1)上；
b)将物件(7)暴露在光照射下；
c)利用视频摄象机(2)对物件拍摄电子快照来识别物件的形状，以便与已存储在计算机中的其它物件的形状进行比较，以选择具有相同形状的存储的图象；
d)然后计算物件的主轴及其方向，以确定与物件位置相关的座标系统；
e)然后利用探头对物件的外形和/或表面进行检查，该探头的位移是由所述存储的图象驱动的，此前，探头已根据测量台(1)上物件的主轴方向转动了它的主轴；
f)然后确定所述存储图象与由探头的探测点所组成的图象间的差别。
2.根据权利要求1的方法，其特征是，探头是一视频摄象机(2)。
3.根据权利要求2的方法，其特征是，视频摄象机(2)能不停地跟踪物件(7)的外形。
4.根据权利要求2的方法，其特征是，视频摄象机(2)仅根据所述存储图象中标记的一些点来驱动。
5.根据权利要求4的方法，其特征是，光源(3)仅由所述这些点驱动，以给出持续时间短的光脉冲。
6.根据权利要求1到5中任意一项的方法，其特征是，光源(3)给出一单色光光束。
7.一种使用根据权利要求1的方法的测量装置，其特征是包括一个用以承载待测量的物件的静止、水平、透明的测量台(1)，至少一台视频摄象机(2)和一个光源(3)，所述摄象机和光源中的一个安放在测量台(1)上方，另一个安放在下方，所述摄象机和光源安装在可在两块导板(5)上移动的桥形支架(4)上，桥形支架(4)用手移动摄象机(2)和光源(3)。
8.根据权利要求7的测量装置，其特征是包括两台装有镜头和电荷耦合装置(CCD)传感器(6)的视频摄象机(2A，2B)，其中一台具有大的视界，另一台视界窄，便于高分辨率测量。
9.根据权利要求7或8的测量装置，其特征是，光源(3)垂直安装在测量台(1)下，其光轴垂直于测量台(1)。
10.根据权利要求7或8的测量装置，其特征是，光源(3)配合一反射镜(10)安装在一倾斜的位置(9)上，使其光轴垂直于测量台(1)。
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