CN113554616A - 基于数控机床的在线测量引导方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及基于数控机床的在线测量引导方法及系统，其包括模板配置，确定特征模板；图像采集，基于待测位置，获取原始图像；特征选取，基于基准特征集合，从原始图像中确定相似特征集合；特征测量，基于相似特征集合，确定在线测量信息；加工引导，基于在线测量信息，发送引导信息。对工件的实际特征进行隔空测量，而将测量各个相似特征点所得到的数据进行数据转换，可以得到工件的实际特征的测量数据，从而对后续数控机床的加工进行引导。在对工件的测量过程中，由于测量设备本身并不需要通过接触工件表面的实际特征的方式来获取测量数据，因此减少使用者对接触式测量设备进行更换的步骤，缩减测量周期。本申请具有提高工作效率的特点。
Description
技术领域
本申请涉及数控机床加工定位引导技术的领域，尤其是涉及基于数控机床的在线测量引导方法及系统。
背景技术
在工业机械加工领域和3C领域中，通常采用数控机床对机械结构进行加工，为了提高数控机床的加工精度和加工质量，在加工过程中，往往会采用数控机床专用的测量系统对机械结构的尺寸进行测量，或者对机械机构的形状进行测量，从而对数控机床进行精确定位引导。
在现代的数控机床中，往往会使用测头系统作为测量系统，现有技术中，如授权公告号为CN206925649U的中国实用新型公开的数控机床及其测量系统，该测量系统包括有：触发式测头、信号接收器和控制装置；控制装置包括控制器和控制面板；触发式测头包括测杆和用于引导测杆运动的导向机构，测杆顶部设有弹性复位机构，弹性复位机构内设有传感器；触发式测头与信号接收器无线连接；信号接收器和控制面板分别与控制器连接；触发式测头被触发后，将触发信号发送至信号接收器，信号接收器将触发信号发送至控制器，以使控制器计算测量点坐标。
针对上述技术方案，发明人认为，在对工件进行测量时，使用者需要将数控机床的加工刀具更换成触发式测头，然后使触发式测头对工件的表面的实际特征进行多次打点，基于触发式测头被接触时的坐标来确定实际特征的位置，测量完成后，则使用者需要将数控机床的触发式测头更换成加工刀具，才能正式进行加工。在连续对工件进行测量的过程中，使用者需要多次对触发式测头和加工刀具进行更换，因此存在测量周期较长、工作效率较低的问题。
发明内容
本申请目的一是提供一种基于数控机床的在线测量引导方法，具有提高工作效率的特点。
本申请的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：
基于数控机床的在线测量引导方法，包括：
模板配置，确定特征模板；其中，所述特征模板中包含有基准特征集合，所述基准特征集合包含有多个能够反映待测工件的几何特性的基准特征点；
图像采集，基于待测位置，获取原始图像；其中，所述待测位置对应于所述待测工件所在的位置；
特征选取，基于基准特征集合，从原始图像中确定相似特征集合；其中，所述相似特征集合能够反映几何特性，所述相似特征集合所对应的几何特性与所述基准特征集合所对应的几何特性相关联；
特征测量，基于相似特征集合，确定在线测量信息；
加工引导，基于在线测量信息，发送引导信息。
通过采用上述技术方案，利用特征模板可以从原始图像中提取出相似特征集合，相似特征集合中各个相似特征点形成的区域与基准特征集合中各个基准特征点形成的区域相关联。由于特征模板通过基准特征集合的各个基准特征点表示的区域形状与工件的实际特征区域相对应，因此，各个相似特征点形成之间形成的区域具有工件的实际特征的几何特性。对各个相似特征点进行测量，相当于是对工件的实际特征进行隔空测量，而将测量各个相似特征点所得到的数据进行数据转换，可以得到工件的实际特征的测量数据，基于这部分测量数据，可以对后续数控机床的加工进行引导。在对工件的测量过程中，由于测量设备本身并不需要通过接触工件表面的实际特征的方式来获取测量数据，因此减少使用者对接触式测量设备进行更换的步骤，缩减测量周期，尤其是在长时间的连续加工测量中，能够大幅提高工作效率。
可选的，在模板配置的具体方法中，包括：
确定基准图像；其中，所述基准图像基于标准工件进行获取，所述基准图像与所述原始图像相对应；
确定基准图像中的基准区域，并基于基准区域，确定基准特征集合；其中，所述基准区域对应于标准工件的实际特征；所述相似特征集合包含有多个相似特征点，各个所述相似特征点之间形成的区域相近似于所述基准区域；
基于基准特征集合，确定特征模板。
通过采用上述技术方案，基于工件获取基准图像之后，基准图像相当于是后续获取的各个原始图像的模板，通过基准图像上的基准区域，能够以区域的形式从原始图像中提取出各个相似特征点。由于基准图像和原始图像分别为基于工件进行采集的图像，因此，基准图像能够反映工件的实际特征的性能和原始图像能够反映工件的实际特征的性能相似，从而能够增加准确地提取出相似特征集合，提高测量精确性和计算效率。
可选的，在特征选取的具体方法中，包括：
基于基准特征点的位置，从原始图像中确定位置相似集合；
基于基准特征点的灰度值，从位置相似集合中确定对应于基准特征点的相似特征点；
基于所有相似特征点，确定相似特征集合。
通过采用上述技术方案，由于各个相似特征点围成的区域近似于基准区域，因此可以通过在基准特征点的邻近范围内寻找与基准特征点相似度较高的点，从而获取位置相似集合，从位置相似集合再提取出灰度值与基准特征点相对应的点，即可获得相似特征点。通过先确定位置相似集合再确定相似特征集合的方式，可以从位置相似和灰度值相似两个维度上找到相似特征点，使相似特征点的提取更加准确、快速。
可选的，所述待测工件和所述标准工件均为同一加工批次的待加工的工件；优选的，所述原始图像在采集时所对应的光亮环境对应于所述基准图像在采集时所对应的光亮环境。
通过采用上述技术方案，由于待测工件和标准工件均为同一加工批次，因此待测工件的实际特征和标准工件的实际特征一致，且两者形状更为相似。由于原始图像的亮度环境和基准图像的亮度环境相似，因此原始图像的曝光参数和基准图像的曝光参数也相似，原始图像中待测工件的轮廓形状和基准图像中标准工件的轮廓形状更加相似，因此原始图像中的各个相似特征点的提取可以更加准确。
可选的，所述基准特征集合内的各个所述基准特征点连线能够形成的几何形状包括有线段、三角形、四边形、圆形或椭圆形。
通过采用上述技术方案，线段、三角形、四边形、圆形或椭圆形等几何形状均具有端点和中心点，在特征测量的步骤中更易于计算出测量数据，提高计算效率。
可选的，在特征测量的具体方法中，包括：
基于相似特征集合对原始图像进行区域划分，确定相似特征区域；
确定加工模板；其中，所述加工模板对应于所述工件的加工流程；
基于加工模板对原始图像进行区域划分，确定加工模拟区域；其中，所述加工模拟区域能够模拟工件加工完成后的部分的边缘形状；
基于加工模拟区域和相似特征区域，确定加工引导区域；
基于加工引导区域，确定在线测量信息。
通过采用上述技术方案，加工模拟区域能够表示工件经过加工后形成的几何形状，相似特征区域能够表示工件在加工前的几何形状，加工引导区域则能够表示工件需要进行加工的部分的几何形状。加工引导区域能够引导数控机床对工件进行更加精准地加工，提高成品质量。
可选的，在基于加工模板对原始图像进行区域划分，确定加工模拟区域的具体方法中，包括：
基于加工模板，确定多个加工模拟点；
将各个加工模拟点对原始图像进行仿射，确定加工模拟区域。
通过采用上述技术方案，加工模拟点位于基于数控机床建立的坐标系上，将多个加工模拟点仿射于原始图像上后，相当于将加工模拟点进行坐标转换，以使加工模拟点和相似特征坐标点均位于基于原始图像建立的坐标系上。
可选的，在将各个加工模拟点对原始图像进行仿射，确定加工模拟区域的具体方法中，包括：
基于基准特征集合和相似特征集合进行坐标转换，确定中间矩阵；其中，所述中间矩阵为齐次矩阵；
基于中间矩阵对各个加工模拟点进行坐标转换，确定加工模拟区域。
通过采用上述技术方案，通过齐次矩阵进行坐标转换，可以将各个加工模拟点仿射于原始图像上，形成加工模拟区域。
本申请目的二是提供一种基于数控机床的在线测量引导系统，具有提高工作效率的特点。
本申请的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：
基于数控机床的在线测量引导系统，包括：
模板配置模块，用于确定特征模板；其中，所述特征模板中包含有基准特征集合，所述基准特征集合包含有多个能够反映待测工件的几何特性的基准特征点；
图像采集模块，用于基于待测位置，获取原始图像；其中，所述待测位置对应于所述待测工件所在的位置；
特征选取模块，用于基于基准特征集合，从原始图像中确定相似特征集合；其中，所述相似特征集合能够反映几何特性，所述相似特征集合所对应的几何特性与所述基准特征集合所对应的几何特性相关联；
特征测量模块，用于基于相似特征集合，确定在线测量信息；
加工引导模块，用于基于在线测量信息，发送引导信息。
本申请目的三是提供一种智能终端，具有提高工作效率的特点。
本申请的上述发明目的三是通过以下技术方案得以实现的：
智能终端，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行上述一种基于数控机床的在线测量引导方法的计算机程序。
附图说明
图1是本申请实施例一的基于数控机床的在线测量引导方法的流程示意图。
图2是本申请实施例一的基于数控机床的在线测量引导方法中模板配置步骤、特征选取步骤和特征测量步骤的子流程示意图。
图3是基准区域、相似特征区域、加工模拟区域和加工引导区域之间的关系示意图。
图4是本申请实施例一的基于数控机床的在线测量引导方法中特征测量步骤的子流程示意图。
图5是本申请实施例二中标定位置的的示意图。
图6是本申请实施例三的基于数控机床的在线测量引导系统的模块示意图。
图7是本申请实施例三的图像采集模块的结构示意图。
图8是数控机床的主轴的结构示意图。
图9是本申请实施例四的智能终端的示意图。
图中，1、模板配置模块；2、图像采集模块；21、工业相机；22、双侧远心镜头；23、照明光源；24、光路折镜；25、外壳；3、特征选取模块；4、特征测量模块；5、加工引导模块。
具体实施方式
在数控机床对工件进行正式加工之前，往往会采用测头对工件的实际特征进行测量。实际特征指的是工件表面的特征，数控机床在正式加工时会对实际特征进行加工，测头能够测量实际特征的尺寸、形状和位置，以引导数控机床进行加工。在对工件进行测量时，测头需要通过接触头去接触工件实际特征的边缘或特征点，来确定实际特征的位置和尺寸，因此，测头在测量工件时需要持续接触工件表面。
针对上述技术方案，存在以下几个问题：
（1）在对工件进行测量时，使用者需要将数控机床的加工刀具更换成触发式测头，而测量完成后，则使用者需要将数控机床的触发式测头重新换回加工刀具才能正式进行加工，在连续对工件进行测量的过程中，使用者需要多次对触发式测头进行更换，存在测量周期较长、工作效率较低的问题；
（2）测头对实际特征进行打点时，需要依次、单独地接触多个特征点，其中还可能需要重复接触个别的特征点，测量过程整体较慢，存在测量效率较低的问题；
（3）当实际特征的特征点的最大长度小于测头的接触头的直径时，测头难以对实际特征进行测量，存在测量范围有限的问题；
（4）测头在接触工件时可能会在工件的表面产生破损、脏污等缺陷，尤其是当测头连续接触材质较软的工件时，容易在工件的表面留下凹坑，存在影响成品质量的问题。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
另外，本实施例中各步骤的标号仅为方便说明，不代表对各步骤执行顺序的限定，在实际应用时，可以根据需要各步骤执行顺序进行调整，或同时进行，这些调整或者替换均属于本发明的保护范围。
下面结合说明书附图1-9对本申请实施例作进一步详细描述。
实施例一：
本申请实施例提供一种基于数控机床的在线测量引导方法，所述方法的主要流程描述如下：
参照图1，S01、模板配置，确定特征模板。
其中，特征模板指的是记录有若干个具有几何特性的几何特征的模板，待加工的工件的表面具有在视觉系统中能够提取出多个特征点，但在工件后续的加工过程中，只有特征模板内的几何特征能够为数控机床起到引导的作用，因此，在正式加工前需要从工件上识别出与特征模板相对应的表面区域。
特征模板中包含有基准特征集合，基准特征集合内包含有多个的基准特征点，各个基准特征点能够围成基准区域，基准区域的形状用于反映标准工件的几何特性。
参照图2和图3，在S01中，包括：
S011、基于基准位置，确定基准图像。
其中，基准图像指的是对标准工件进行拍摄获取的图像，基准图像为灰度图像；基准位置指的是数控机床的工作台上标准工件所在的位置。标准工件指的是待加工的此批次工件中挑选出的其中一个工件。在本实施例中，标准工件的挑选方式为随机抽取，以确保标准工件更加具有代表性和普遍性。
具体的，在对标准工件进行图像采集时，应对标准工件进行打光处理，令标准工件处于亮度较高的环境中，以使标准工件的实际特征能够更清晰地在基准图像中显示出来。在实际测量过程中，使用者可以调整标准工件的打光方向，以使标准工件的实际特征在基准图像中轮廓更加清晰、分明。在打光处理时，使用者应根据标准工件的颜色、形状、材质和待加工方式选择适合波长的光源。
为了提高实际特征在基准图像中的凸显程度，基准图像应进行像素分化处理，对基准图像进行灰度对比增强和灰度图像拉伸。
S012、确定基准图像中的基准区域，并基于基准区域，确定基准特征集合。
其中，基准区域指的是基准图像中对应于实际特征的区域，经过基准区域边缘出的各个像素点为基准特征点，各个基准特征点组成基准特征集合。
在本实施例中，基准区域由使用者从基准图像中选出，使用者能够根据工件需要加工的区域在基准图像中确定基准区域。
具体的，基准区域的几何形状可以为直线线段、弧形线段，也可以三角形，也可以矩形、平行四边形，也可以为圆形或椭圆形等，线段、三角形、四边形、圆形或椭圆形等几何形状均具有端点和中心点，在特征测量的步骤中更易于计算出测量数据，提高计算效率。
如本实施例中以一呈矩形的基准区域为例，在后续测量时可以计算得出基准区域各个边角的坐标、各个边的长度，以及基准区域的几何中线坐标等测量结果。
S013、基于基准特征集合，确定特征模板。
其中，特征模板内能够具有一个或多个基准特征集合，即包含有一种基准区域或者多个基准区域的组合，如直线线段与圆弧线段的结组合等，具体由使用者根据实际工况进行设置。
在本实施例中，当特征模板配置完成后，使用者需要从基准位置上取下标准工件，以便其他工件进行加工；在其他实施例中，使用者也可直接对标准工件执行加工。
S02、图像采集，基于待测位置，获取原始图像。
其中，待测位置为数控机床的工作台上待测工件所在的位置，在本实施例中，待测位置和基准位置一致；待测工件指的是从待加工的此批次工件中随机抽取出来的、需要进行测量然后进行加工的工件，因此，待测工件和标准工件在本实施例中为属于同一加工批次的两个工件，待测工件上实际特征的形状应和标准工件上实际特征的基本一致。
原始图像指的是对待测工件进行拍摄获取的图像，原始图像为灰度图像。为了使待测工件的实际特征能够更清晰地在原始图像中显示出来，在拍摄原始图像时应对待测工件进行打光处理。
同时，为了使原始图像中待测工件的轮廓形状和基准图像中标准工件的轮廓形状更加相似，应拍摄原始图像和拍摄基准图像时的光强度参数设置、打光方向应为一致，使原始图像的曝光参数和基准图像的曝光参数一致。优选的，打光模块、图像采集模块和待测工件之间相对位置，也应该和打光模块、图像采集模块和标准工件之间相对位置一致。另外的，在对待测工件进行打光处理时，使用光源的波长应与标准工件对应的光源的波长保持一致。
进一步的，为了提高实际特征在原始图像中的凸显程度，以便于后续特征点提取算法进行视觉特征提取，原始图像应进行像素分化处理，对原始图像进行灰度对比增强和灰度图像拉伸，再进入特征选取的步骤中。
在本实施例中，图像采集模块设置于数控机床的主轴，主轴通过数控工艺编程基于机床系统的世界坐标系β1进行运动以带动图像采集模块移动，使图像采集模块移动到对应于待测位置的位置上。
为了判断数控机床的主轴是否移动到位，需要实时读取数控机床的数据存储变量标志位，并判断数据存储变量标志位是否有赋值。具体的，当数控机床的主轴移动到位后，数控机床的控制系统会对机床公共宏变量进行赋值，即对数据存储变量标志位进行赋值，此外数控机床的主轴移动到位，图像采集模块随后可进行对焦和图像采集。
对应不同厂家的数控机床而言，数控机床的通讯协议可能不同，因此在读取数控机床的数据存储变量标志位之前，应选择适合的通讯格式。其中，选择通讯格式的具体方法为：在系统中预存多种通讯格式，并利用各个通讯格式逐一去测试数控机床的特殊位，选取能够正常返回数据的通讯格式执行后续的数据读取工作。
S03、特征选取，基于基准特征集合，从原始图像中确定相似特征集合。
其中，相似特征集合包含有多个相似特征点，相似特征点由原始图像基于特征模板提取得到，各个相似特征点能够围成相似特征区域，同理于基准区域，相似特征区域的形状能够反映待测工件的几何特性。
在本实施例中，利用基准图像中的各个基准特征点的位置和灰度值，能够从原始图像中提取出各个相似特征点，因此，相似特征区域的形状、位置均与基准区域的形状、位置之间的相似度极高。
相似特征区域的形状直接决定了相似特征集合所对应的几何特性，基准区域的形状直接决定了基准特征集合所对应的几何特性，因此，两者的几何特性具有基本等同的关联关系。
在步骤S03中，包括：
S031、基于基准特征点的位置，从原始图像中确定位置相似集合。
其中，位置相似集合内包含有多个位置相似点，各个位置相似点到基准区域的距离减小，即各个位置相似点均为基准区域的邻近范围内。各个位置相似点所围成的区域为相似特征区域的前身，因此该区域也应近似于基准区域，可以通过在各个基准特征点的邻近范围内寻找获取。
在本实施例中，获取位置相似集合的具体方法为：基于原始图像建立的图像坐标系β2，预设位置偏离阈值，然后基于各个基准特征点在的图像坐标系β2中的坐标，寻找到满足位置相似条件的坐标；其中，置相似条件为该坐标到各个基准特征点的距离小于等于位置偏离阈值。
S032、基于基准特征点的灰度值，从位置相似集合中确定对应于基准特征点的相似特征点。
其中，由于基准区域为标准工件的实际特征在基准图像中呈现的边缘轮廓，基准图像中急基准区域边缘处的对比度较大，相似特征区域为待测工件的实际特征在原始图像中呈现的边缘轮廓，原始图像中相似特征区域边缘处的对比度也较大，因此，相似特征点的灰度值大小应近似于邻近的基准特征点的灰度值大小。
在本实施例中，从位置相似集合中获取各个相似特征点的具体方法为：预设灰度偏差阈值和邻近范围值，然后在位置相似集合中寻找满足灰度相似条件的坐标；其中，灰度相似条件为在以该坐标为中心、以邻近范围值为半径的区域范围内的多个基准特征点中，存在至少一个灰度值与该坐标灰度值之差小于等于灰度偏差阈值的基准特征点。
S033、基于所有相似特征点，确定相似特征集合。
其中，各个相似特征点组成相似特征集合，通过步骤S031-步骤S032，可以从位置和灰度值两个维度上对相似特征点进行确定，从而更加准确地从原始图像中找到与基准区域相似的区域。
另外的，若原始图像中提取不出完成的相似特征集合，即相似特征点的数量较少或者分布过于集中，导致相似特征区域的形状与基准区域的形状相差较大，则会执行报错步骤。在报错步骤中，会向使用者反馈该待测工件触发报错步骤的原因，并停止对该待测工件进行加工。
S04、特征测量，基于相似特征集合，确定在线测量信息。
其中，在线测量信息指的是基于相似特征区域的几何特性获取的信息，用于反映待测工件的实际特征的位置或尺寸，以对数控机床进行加工引导。
在步骤S04中，包括：
S041、基于相似特征集合对原始图像进行区域划分，确定相似特征区域。
其中，相似特征区域为各个相似特征点围成的区域。
S042、确定加工模板。
其中，加工模板指的是基于待测工件的后续加工流程形成的模板，加工模板能够反映待测工件经过加工后具有的形状。
在本实施例中，当数控机床的主轴移动到位后，系统便开始读取分析数控机床的加工程序，从而确定待测工件的加工流程，并生成加工模板。
S043、基于加工模板对原始图像进行区域划分，确定加工模拟区域。
其中，相似特征区域用于在原始图像中指示实际特征加工前的边缘轮廓，而加工模拟区域则用于在原始图像中模拟实际特征完成加工后的边缘轮廓。
参照图4，在步骤S043中，包括：
S0431、基于加工模板，确定多个加工模拟点。
其中，通过解析加工模板中的加工程序能够得到实际特征在加工完成后的轮廓，而各个加工模拟点能够指示实际特征在加工完成后的轮廓边缘。在本实施中，加工模拟点的坐标所在的坐标系为世界坐标系β1。
S0432、将各个加工模拟点对原始图像进行仿射，确定加工模拟区域。
其中，将各个加工模拟点进行坐标转换，仿射于原始图像中，从而在原始图像中获取加工模拟区域。
在步骤S0432中，包括：
S04321、基于基准特征集合和相似特征集合进行坐标转换，确定中间矩阵。
其中，中间矩阵为齐次矩阵，将基准特征集合中的各个基准特征点和相似特征集合中的各个相似特征点分别代入齐次矩阵，可以获得中间矩阵。
在本实施例中，坐标转换的具体方法为：
将基准特征点（x，y）和相似特征点（x’，y’）分别代入公式（1）、（2）、（3），从而计算出a、a’、b、b’、c和c’。
S04322、基于中间矩阵对各个加工模拟点进行坐标转换，确定加工模拟区域。
其中，将各个加工模拟点代入中间矩阵进行坐标准换，相当于将各个加工模拟点的坐标所在的坐标系从世界坐标系β1转换到图像坐标系β2，从而得到多个模拟转换点，各个模拟转换点可以在原始图像中围成加工模拟区域。
参照图3和图4，S044、基于加工模拟区域和相似特征区域，确定加工引导区域。
其中，加工引导区域由相似特征区域以内、加工模拟区域以外的部分形成，由于相似特征区域能够表示实际特征加工前的边缘轮廓，而加工模拟区域能够表示实际特征完成加工后的边缘轮廓，因此，加工引导区域能够表示实际特征在后续加工过程中会经过加工的部分。
S045、基于加工引导区域和相似特征区域，确定在线测量信息。
其中，在线测量信息包括有加工定位信息和加工测量信息，其中，加工定位信息用于指示相似特征区域经过的点的坐标、几何中心的坐标，以及加工引导区域经过的点的坐标等坐标位置信息；加工测量信息用于指示相似特征区域的长度、宽度、角度，以及加工引导区域的长度、宽度、角度等信息。
S05、加工引导，基于在线测量信息，发送引导信息。
其中，引导信息指的是用于引导机床的主轴进行加工的宏变量数据，数控机床得到引导信息的宏变量数据后，会根据引导信息的内容，如相似特征区域的中心点、相似特征区域经过的各个点和加工引导区域经过的各个点等，执行下一步的加工并制作出工艺品。在本实施例中，系统会将在线测量信息中的坐标数据通过齐次矩阵，从图像坐标系β2转换到世界坐标系β1 。
具体的，待数控机床完成了一个待测工件的加工后，数控机床则对宏变量数据做数据清除，并返回步骤S02中，等待下一个待测工件的加工周期，并形成循环；当标准工件所对应的此加工批次的所有工件完成加工后，则停止循环。
本申请实施例一的实施原理为：利用标准工件采集图像并配置特征模板后，可以通过特征模板从原始图像中提取出相似特征区域，相似特征区域能够体现待测工件的实际特征的形状，因此系统可以基于相似特征区域进行分析测量，得到待测工件的实际特征的位置和边缘轮廓，从而可以引导数控机床在指定的位置进行加工。在数据测量的过程中，还可以将相似特征区域与加工模拟区域进行对比，得到原始图像中的加工引导区域，即得到实际特征中需要进行加工的部分，从而引导数控机床执行加工。
由于本实施例采用的方法是对实际特征进行图像采集，再对图像进行分析测量，使用者只需要将图像采集模块安装于数控机床的主轴上，对待测工件的放置造成的干涉较少，且在同一批次的正常加工中，使用者只对标准工件进行一次图像采集即可配置特征模板，该特征模板可以在本批次的加工中一直沿用，持续性地依次完成测量和引导，减少测量周期，提高工作效率。
另外的，本申请实施例摒弃了传统的接触式测量方式，取消了测头与工件之间的接触，因此不会因为待测工件的材质问题对待测工件表面造成凹坑、脏污等缺陷，提高成品质量，同时，也避免了由于测头的接触头直径较大导致较小的特征难以测量的问题。本申请中的非接触式测量引导方法，不仅提高测量效率、测量精度，还能对不同材质的产品能进行测量和引导加工，实现在线快速高精度加工。
实施例二：
本申请实施例与实施例二的不同之处在，基于数控机床的在线测量引导方法还包括：
参照图5，标定管理，基于标定位置获取标定图像，从标定图像中提取实际标定区域，基于实际标定区域和标准标定区域之间的比较，根据比较结果输出标定矫正信息。
其中，标定位置是数控机床的工作台上使用者预设的指定位置，标定位置处设置有特出的具有几何形状的标定标记。标定图像指的是当数控机床的主轴移动到标定位置所对应的位置时，图像采集模块所采集到的图像；在正常情况下，即数控机床的主轴的移动误差较小的情况下，标定图像应能够清晰地拍摄到标定标记。标定位置的数量由使用者根据实际情况设定，本实施例中，标定位置的数量为5。
实际标定区域指的是通过特征点提取算法从标定图像中提取出来的几何形状区域，能够指示标定标记在标定图像中的实际位置。
标准标定区域指的是标定图像中预设的几何形状区域，用于指示在正常情况下，标定标记在标定图像中的位置。当数控机床的主轴的移动误差较小时，标准标定区域与实际标定区域在标定图像中基本重合；反之，则标准标定区域的位置、角度与实际标定区域的位置、角度偏离较大，此时需要对数控机床进行调整。
基于标准标定区域与实际标定区域之间的比较，可以获知于标准标定区域与实际标定区域之间的偏离程度，从而判断数控机床的主轴的移动误差是否较大，若是则计算标准标定区域的偏离量，则向数控机床输出标定矫正信息，基于标准标定区域的偏离量引导数控机床进行矫正；反之则向数控机床输出标定正常信息，继续执行下一步的步骤。
使用者可以根据实际数控机床的实际加工时长设计标定管理步骤的触发时间和触发频率，标定管理步骤的触发时间可以设置于步骤S01之前，也可以设置于步骤S02之前，在本实施例中，标定管理步骤设置于步骤S01之后、步骤S02之前。
实施例三：
参照图6，在一个实施例中，提供一种基于数控机床的在线测量引导系统，与上述实施例一中的基于数控机床的在线测量引导方法一一对应，该系统包括模板配置模块1、图像采集模块2、特征选取模块3、特征测量模块4以及加工引导模块5。各功能模块详细说明如下：
模板配置模块1，用于确定特征模板，并向图像采集模块2输出模板配置信号；其中，特征模板中包含有基准特征集合，基准特征集合包含有多个能够反映待测工件的几何特性的基准特征点；
图像采集模块2，用于接收模板配置信号，基于待测位置，获取原始图像，并向图像采集模块2输出图像采集信号；其中，待测位置对应于待测工件所在的位置；
特征选取模块3，用于接收图像采集信号，基于基准特征集合，从原始图像中确定相似特征集合，向特征测量模块4输出特征选取信号；其中，相似特征集合能够反映几何特性，相似特征集合所对应的几何特性与基准特征集合所对应的几何特性相关联；
特征测量模块4，用于接收特征选取信号，基于相似特征集合，确定在线测量信息，并向加工引导模块5输出特征测量信号；
加工引导模块5，用于接收特征测量信号，基于在线测量信息，向数控机床发送引导信息。
参照图7和图8，具体的，图像采集模块2中还包括：
工业相机21，用于进行图形成像，相对于商业相机具有更好的稳定性和清晰度；
双侧远心镜头22，用于进行图像聚焦，相对于普通镜头具有景深内物体大小不变高精度的功能；
照明光源23，用于进行打光处理，优选为工业大角度环形冷光源；
光路折镜24，用于折射光路，以使入射光线能够进入双侧远心镜头22，并最终进入工业相机21；
外壳25，能够安装于数控机床的主轴；数控机床的主轴还设置有供外壳25安装的安装面
外壳25内设置有密封舱，工业相机21、双侧远心镜头22和光路折镜24均设置于密封舱内，以减少对光学设备能够提供保护作用，减少数控机床的腐蚀液体如机油对光学元器件的破坏。
具体的，使用者在外壳25安装的过程中，应使数控机床的主轴执行上下动作，并测试图像采集模块2是否能够准确真实地采集图像信息，以及测试外壳25是否会对工件的治具形成干涉，根据测试结果对外壳25的安装位置进行调整。
使用者在外壳25安装完成后，应对数控机床整体做检测，执行加工工艺的流程动作不应由于安装外壳25的原因导致加速度过快，或者和设备碰撞的情况发生。
实施例四：
参照图9，在一个实施例中，提供了一种智能终端，其包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中存储器存储训练模型中的训练数据、算法公式以及滤波机制等。处理器用于提供计算和控制能力，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
S01、模板配置，确定特征模板。
在S01中，包括：
S011、基于基准位置，确定基准图像。
S012、确定基准图像中的基准区域，并基于基准区域，确定基准特征集合。
S013、基于基准特征集合，确定特征模板。
S02、图像采集，基于待测位置，获取原始图像。
S03、特征选取，基于基准特征集合，从原始图像中确定相似特征集合。
在步骤S03中，包括：
S031、基于基准特征点的位置，从原始图像中确定位置相似集合。
S032、基于基准特征点的灰度值，从位置相似集合中确定对应于基准特征点的相似特征点。
S033、基于所有相似特征点，确定相似特征集合。
S04、特征测量，基于相似特征集合，确定在线测量信息。
在步骤S04中，包括：
S041、基于相似特征集合对原始图像进行区域划分，确定相似特征区域。
S042、确定加工模板。
S043、基于加工模板对原始图像进行区域划分，确定加工模拟区域。
在步骤S043中，包括：
S0431、基于加工模板，确定多个加工模拟点。
S0432、将各个加工模拟点对原始图像进行仿射，确定加工模拟区域。
在步骤S0432中，包括：
S04321、基于基准特征集合和相似特征集合进行坐标转换，确定中间矩阵。
S04322、基于中间矩阵对各个加工模拟点进行坐标转换，确定加工模拟区域。
S044、基于加工模拟区域和相似特征区域，确定加工引导区域。
S045、基于加工引导区域和相似特征区域，确定在线测量信息。
S05、加工引导，基于在线测量信息，发送引导信息。
实施例五：
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其存储有能够被处理器加载并执行上述基于数控机床的在线测量引导方法的计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
S01、模板配置，确定特征模板。
在S01中，包括：
S011、基于基准位置，确定基准图像。
S012、确定基准图像中的基准区域，并基于基准区域，确定基准特征集合。
S013、基于基准特征集合，确定特征模板。
S02、图像采集，基于待测位置，获取原始图像。
S03、特征选取，基于基准特征集合，从原始图像中确定相似特征集合。
在步骤S03中，包括：
S031、基于基准特征点的位置，从原始图像中确定位置相似集合。
S032、基于基准特征点的灰度值，从位置相似集合中确定对应于基准特征点的相似特征点。
S033、基于所有相似特征点，确定相似特征集合。
S04、特征测量，基于相似特征集合，确定在线测量信息。
在步骤S04中，包括：
S041、基于相似特征集合对原始图像进行区域划分，确定相似特征区域。
S042、确定加工模板。
S043、基于加工模板对原始图像进行区域划分，确定加工模拟区域。
在步骤S043中，包括：
S0431、基于加工模板，确定多个加工模拟点。
S0432、将各个加工模拟点对原始图像进行仿射，确定加工模拟区域。
在步骤S0432中，包括：
S04321、基于基准特征集合和相似特征集合进行坐标转换，确定中间矩阵。
S04322、基于中间矩阵对各个加工模拟点进行坐标转换，确定加工模拟区域。
S044、基于加工模拟区域和相似特征区域，确定加工引导区域。
S045、基于加工引导区域和相似特征区域，确定在线测量信息。
S05、加工引导，基于在线测量信息，发送引导信息。
所述计算机可读存储介质例如包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的方法、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于数控机床的在线测量引导方法，其特征在于，包括：
模板配置，确定特征模板；其中，所述特征模板中包含有基准特征集合，所述基准特征集合包含有多个能够反映待测工件的几何特性的基准特征点；
图像采集，基于待测位置，获取原始图像；其中，所述待测位置对应于所述待测工件所在的位置；
特征选取，基于基准特征集合，从原始图像中确定相似特征集合；其中，所述相似特征集合能够反映几何特性，所述相似特征集合所对应的几何特性与所述基准特征集合所对应的几何特性相关联；
特征测量，基于相似特征集合，确定在线测量信息；
加工引导，基于在线测量信息，发送引导信息。
2.根据权利要求1所述的基于数控机床的在线测量引导方法，其特征在于，在模板配置的具体方法中，包括：
确定基准图像；其中，所述基准图像基于标准工件进行获取，所述基准图像与所述原始图像相对应；
确定基准图像中的基准区域，并基于基准区域，确定基准特征集合；其中，所述基准区域对应于标准工件的实际特征；所述相似特征集合包含有多个相似特征点，各个所述相似特征点之间形成的区域相近似于所述基准区域；
基于基准特征集合，确定特征模板。
3.根据权利要求2所述的基于数控机床的在线测量引导方法，其特征在于，在特征选取的具体方法中，包括：
基于基准特征点的位置，从原始图像中确定位置相似集合；
基于基准特征点的灰度值，从位置相似集合中确定对应于基准特征点的相似特征点；
基于所有相似特征点，确定相似特征集合。
4.根据权利要求2所述的基于数控机床的在线测量引导方法，其特征在于：所述待测工件和所述标准工件均为同一加工批次的待加工的工件；优选的，所述原始图像在采集时所对应的光亮环境对应于所述基准图像在采集时所对应的光亮环境。
5.根据权利要求1所述的基于数控机床的在线测量引导方法，其特征在于：所述基准特征集合内的各个所述基准特征点连线能够形成的几何形状包括有线段、三角形、四边形、圆形或椭圆形。
6.根据权利要求1所述的基于数控机床的在线测量引导方法，其特征在于，在特征测量的具体方法中，包括：
基于相似特征集合对原始图像进行区域划分，确定相似特征区域；
确定加工模板；其中，所述加工模板对应于所述待测工件的加工流程；
基于加工模板对原始图像进行区域划分，确定加工模拟区域；其中，所述加工模拟区域能够模拟待测工件加工完成后的部分的边缘形状；
基于加工模拟区域和相似特征区域，确定加工引导区域；
基于加工引导区域，确定在线测量信息。
7.根据权利要求6所述的基于数控机床的在线测量引导方法，其特征在于，在基于加工模板对原始图像进行区域划分，确定加工模拟区域的具体方法中，包括：
基于加工模板，确定多个加工模拟点；
将各个加工模拟点对原始图像进行仿射，确定加工模拟区域。
8.根据权利要求7所述的基于数控机床的在线测量引导方法，其特征在于，在将各个加工模拟点对原始图像进行仿射，确定加工模拟区域的具体方法中，包括：
基于基准特征集合和相似特征集合进行坐标转换，确定中间矩阵；其中，所述中间矩阵为齐次矩阵；
基于中间矩阵对各个加工模拟点进行坐标转换，确定加工模拟区域。
9.基于数控机床的在线测量引导系统，其特征在于，包括：
模板配置模块（1），用于确定特征模板；其中，所述特征模板中包含有基准特征集合，所述基准特征集合包含有多个能够反映待测工件的几何特性的基准特征点；
图像采集模块（2），用于基于待测位置，获取原始图像；其中，所述待测位置对应于所述待测工件所在的位置；
特征选取模块（3），用于基于基准特征集合，从原始图像中确定相似特征集合；其中，所述相似特征集合能够反映几何特性，所述相似特征集合所对应的几何特性与所述基准特征集合所对应的几何特性相关联；
特征测量模块（4），用于基于相似特征集合，确定在线测量信息；
加工引导模块（5），用于基于在线测量信息，发送引导信息。
10.智能终端，其特征在于：包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行如权利要求1至8中任一种方法的计算机程序。
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