專利名稱：影像測量儀的測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測量方法，具體涉及一種影像測量儀的測量方法。 技術背景隨著工業(yè)上加工水平的不斷提高，被監(jiān)測的產品的尺寸和形狀變換 多樣，因此對監(jiān)測的手段提出了新的要求，以往的監(jiān)測方法如人工監(jiān)測 已不能適應新的監(jiān)測要求，計算機視覺監(jiān)測技術因具有柔性好，非接觸， 快速高效等特點，在工業(yè)監(jiān)測中得到了廣泛應用。在現(xiàn)有的計算機視覺 監(jiān)測中，需要額外的準備工作，即需要事先制作專用夾具，并且需要設 置攝像系統(tǒng)移動路徑，對整個圖形是對點取像，保存測量過程中所有取 得的"點的坐標"數據，所以得出的是點的坐標位置，測量結果是兩個 坐標點之間的相對位置，通過對各個點的坐標值進行計算得出整個測量范圍內被測件的外形尺寸，如對于橢圓形工件的測量，見圖2， 一般來 說我們認為橢圓是由四條半徑兩兩相同的圓弧組成，各條弧線之間相 切，目前采用的測量方法是將攝像頭移動至每段弧線處，在弧線邊緣處 取若干點(不少于三點)在取點完成后根據點的坐標位置并通過計算來 得出工件的外形數據。采用這個方法，既使是很小的工件也必須將攝像 頭沿著工件外型移動若干點，移動次數與工件大小、形狀復雜程度都有 關。如對于多個形狀相同的工件的測量，見圖3，采用目前的測量方法 是必須事先進行編程，確定多個被測件之件的相對距離及測量時的移動 路徑，測量時根據程序按照用戶要求的測量路徑進行移動并且取像，最 終將所有獲得的點的坐標位置進行計算。采用這個方法，所有工件需要 按相同的間隔間距和同樣的角度擺放，所以要靠特制的工夾模具來實 現(xiàn)，測量前還需要事先編程確定攝像頭每次移動距離和移動路徑，因此
降低了檢測效率且工件變化適應能力差。 發(fā)明內容本發(fā)明要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術存在的缺陷提供一 種能對整個圖形取像以獲得被測件各邊緣的相對位置關系且可以自動 復合比較的影像測量儀的測量方法。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用一種影像測量儀的測量方法，該影像測量儀包括機座、底座、工作臺、由龍門架、X、 Y、 Z向傳動軸系、 聯(lián)結在Z向傳動軸系上的Z向滑塊組成的運動系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、攝像系 統(tǒng)及軟件控制系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包括上光源及底光源，所述攝像系統(tǒng) 包括攝像鏡頭及攝像機，所述上光源、攝像鏡頭同軸設置在一固定在Z向滑塊上的上光源燈罩內，所述z向傳動軸系固定在龍門架上，所述x向傳動軸系設在龍門架上部的水平梁上，所述Y向傳動軸系設在所述工 作臺兩側龍門架的縱梁上，后者與龍門架的兩立柱底部聯(lián)結，所述X、 Y、 Z向傳動軸系上均設有光柵用以將其各自移動的位置信號傳輸給軟 件控制系統(tǒng)，還包括一用以限制攝像鏡頭和上光源與被測工件之間的距 離的傳感結構，該傳感結構包括一發(fā)射傳感器、 一接受傳感器以及一Z 向傳動裝置，該影像測量儀的測量過程分對焦階段、拍攝階段、拼接階段及計算階段，具體步驟是 1. 1、對焦階段1. 1. 1、在計算機上選定一個測量范圍，它為一個將被測件在工作 臺面上的最大投影面包含在內的二維平面；1. 1. 2、計算機先將信號傳送給Z向傳動軸系，啟動Z軸步進電 機并帶動固定在Z向滑塊上的燈罩內的攝像鏡頭上下移動以便對焦，同 時由傳感結構中的區(qū)域傳感器將探得的被測件最高點的高度反饋給計 算機以確定攝像鏡頭與被測件最高點的距離，該距離也稱為攝像機完成 對焦的有效焦距，Z向傳動軸系中的光柵將此時攝像鏡頭位置信號傳送 回計算機保存；1. 2、拍攝階段
1. 2. 1、由計算機將信號傳送給X、 Y向傳動軸系，啟動X、 Y軸 步進電機并帶動攝像鏡頭在一個水平面上移動到測量范圍的起始位置， 此后根據計算機生成的移動路徑，攝像鏡頭在測量范圍內移動到下一位 置；1. 2. 2、每移動一個確定位置，攝像系統(tǒng)都要根據設定的取像數 拍攝圖像，攝像系統(tǒng)提取的是在該點64X48誦范圍內的圖像并保存到 計算機內；1. 3、拼接階段計算機根據每次取像時攝像鏡頭的位置對所有的圖像按照移動路徑進行拼接生成一個封閉的整體圖形；1. 4、計算階段在已生成的整體圖形中對圖像邊緣進行取點和計算得出被測件的 外形尺寸并對該封閉的圖形上的相應點的相對位置關系進行計算，所有 計算結果按照要求儲存為當前名義值或者與事先輸入的名義值作對比 并且以數字和圖形方式輸出。上述的影像測量儀的測量方法，其中，所述步驟l. 2. l中，還包 括X、 Y向傳動軸系中的光柵不斷將位置信號反饋給計算機，由計算機 根據該信號控制X、 Y軸步進電機帶動攝像鏡頭微量移動直至攝像鏡頭 到達準確的位置。上述的影像測量儀的測量方法，其中，所述拼接階段中，計算機是 按照拍攝時X、 Y向傳動軸系中的光柵反饋的位置信號進行補償后將所 有相鄰圖片進行拼接。上述的影像測量儀的測量方法，其中，所述計算階段中，對于多個 被測件，計算機可以將之前定義的名義值與當前圖形重合作對比得出誤差并生成報表輸出。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的影像測量儀的測量方法的技術方案是對 較大的一個范圍取像，保存整個圖像信息，將測量時取得的所有圖像信 息進行處理，如果進行批量檢測可對多個工件的外形和相對位置關系做 比較，從而可以任意擺放工件。同時在取點上現(xiàn)有技術方案如取多個點 將對檢測時間產生影響，本發(fā)明的技術方案是在生成圖形后對圖形取 點，可以任意設置取點數無需顧及機械定位精度和檢測時間。
圖1是現(xiàn)有技術的影像測量儀測量方法的一種實例示意圖； 圖2是現(xiàn)有技術的影像測量儀測量方法的另一種實例示意圖； 圖3是本發(fā)明的影像測量儀的測量方法中使用的影像測量儀的結 構示意圖；圖4是本發(fā)明的影像測量儀的測量方法的流程圖；圖5是本發(fā)明的影像測量儀的測量方法的一種實施例示意圖；圖6是本發(fā)明的影像測量儀的測量方法的另一種實施例示意圖。
具體實施方式
請參閱圖3，本發(fā)明的影像測量儀的測量方法中使用的影像測量儀 包括機座l、底座2、工作臺3、由龍門架4、 X、 Y、 Z向傳動軸系、聯(lián) 結在Z向傳動軸系上的Z向滑塊5組成的運動系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、攝像系 統(tǒng)及軟件控制系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包括上光源及底光源，所述攝像系統(tǒng) 包括攝像鏡頭及攝像機，所述上光源、攝像鏡頭同軸設置在一固定在Z 向滑塊上的上光源燈罩7內，所述Z向傳動軸系固定在龍門架4上，所 述X向傳動軸系8設在龍門架4上部的水平梁40上，所述Y向傳動軸 系設在所述工作臺3兩側龍門架4的縱梁上，后者與龍門架4的兩立柱 41底部聯(lián)結，所述X、 Y、 Z向傳動軸系上均設有光柵用以將其各自移 動的位置信號傳輸給軟件控制系統(tǒng)，還包括一用以限制攝像鏡頭和上光 源與被測工件之間的距離的傳感結構6，該傳感結構6包括一發(fā)射傳感 器60、 一接受傳感器60'以及一Z向傳動裝置。再請參閱圖4，本發(fā)明的該影像測量儀的測量過程分對焦階段、拍 攝階段、拼接階段及計算階段，具體步驟是 然后在計算機上選定一個測量范圍，該測量范圍為一個將被測件在工作臺 面上的最大投影面包含在內的二維平面；1. 1. 2、計算機先將被測件的信號傳送給Z向傳動軸系，啟動Z 軸步進電機并帶動固定在Z向滑塊上的燈罩內的攝像鏡頭下移以便對 焦，同時由傳感結構中的區(qū)域傳感器將探得的被測件最高點的高度反饋 給計算機以確定攝像鏡頭與被測件最高點的距離，完成自動對焦，攝像 鏡頭表面至兩區(qū)域傳感器連線的直線距離為180mm左右，該距離也即攝 像機完成對焦的有效焦距.Z向傳動軸系中的光柵將此時攝像鏡頭位置 信號傳送回計算機保存；1. 2、拍攝階段1. 2. 1、對焦完成后，由計算機將信號傳送給X、 Y向傳動軸系， 開始X、 Y軸步進電機帶動攝像鏡頭在一個水平面上移動到測量范圍的 起始位置，在這期間，X、 Y向傳動軸系中的光柵不斷將位置信號反饋 給計算機，由計算機根據該信號控制X、 Y軸步進電機帶動攝像鏡頭微 量移動直至攝像鏡頭到達準確的位置，取獲到該點在64X48mm范圍內 的被測物體的影像并保存，此后根據計算機生成的先上移后右移的移動 路徑，攝像鏡頭在測量范圍內移動到下一位置；1. 2. 2、每移動一個確定位置，攝像系統(tǒng)都要根據設定的取像數 拍攝圖像， 一般取像數為3張，攝像系統(tǒng)提取的是在該點64X48mm范 圍內的圖像并保存到計算機內；1. 3、拼接階段計算機根據每次取像時攝像鏡頭的位置對所有的圖像按照移動路徑 進行拼接生成一個整體圖形，即計算機是按照拍攝時X、 Y向傳動軸系中 的光柵反饋的位置信號進行補償后將所有相鄰圖片進行拼接；1. 4、計算階段在已生成的整體圖形中對圖像邊緣進行取點和計算得出被測件的 外形尺寸并對該封閉的圖形上的相應點的相對位置關系進行計算，所有 計算結果按照要求儲存為當前名義值或者與事先輸入的名義值作對比 并且以數字和圖形方式輸出；
對于多個被測件，計算機可以將之前定義的名義值與當前圖形重合 作對比得出誤差并生成報表輸出。影像測量儀的測量原理是按照設定參數對圖形進行處理。軟件在 處理圖形時按照拍攝時光柵反饋的位置信號進行補償后將所有相鄰圖 片進行拼接。根據取點間距將整副圖像上所有的點進行數字化處理。連 接所有的點形成一個封閉圖形，整個封閉圖形作為被測件外形儲存在系 統(tǒng)中。根據測量要求對該封閉圖形上的相應點的相對位置關系進行計 算。將所有計算結果按照要求儲存為當前名義值或者與事先輸入的名義 值作對比并且以數字和圖形方式輸出。當對于多個形狀相同的工件的測量自動比較時將多個封閉圖形進 行重合，重合時以這些圖形中最為近似的邊緣為基準。在重合后按照事 先定義的形位公差數據對相應邊緣上的點進行相對位置關系計算并且 將該計算結果與名義值作對比并且以數字和圖形方式輸出。請參閱圖5示出了本發(fā)明實施例之一的影像測量儀的測量方法，對 于橢圓形工件的測量先選定一個大于橢圓形工件邊緣的測量范圍，若 該范圍為128X48ram即能將被測橢圓形工件包納在內，攝像頭先在測量 范圍的左下角的起始點攝取64X48mm范圍的圖像，然后根據所選擇的 測量范圍按照固定的先上移，再右移，再下移，再右移的移動路徑進行 移動，若上移時已超過測量范圍，則右移到下一點攝取64X48mm范圍 的圖像，每移動一段距離后取像的同時還對先前點攝取的圖像進行拼 接，這樣，只要移動一點便將測量范圍的圖像都攝入完畢并拼接成整體 圖形。在取像完成后再對整體圖形按照設定的取點數進行取點計算(可 以設置很多取點數且對整體測量時間影響很小)，最終通過對取得點的 相對位置關系計算出工件外形。采用此方法的測量時間只與測量范圍有 關系，而與工件形狀復雜程度都無關。請參閱圖6，示出了本發(fā)明實施例之二的影像測量儀的測量方法， 對于多個形狀相同的工件的測量將多個被測工件放置在工作臺上，各 工件之間可隨意間隔，角度也可隨意擺放，攝像頭根據用戶選擇的包納 所有被測工件的測量范圍按照固定的先上移，再右移，再下移，再右移
的移動路徑進行移動，每到一點攝取64X48ram范圍的圖像，每移動一 段距離后取像的同時還對先前點攝取的圖像進行拼接，在取像完成后根 據標準件的輪廓外形自動將本次測量所獲得的各個工件的封閉圖形自 動重合，重合時以最近似的邊緣為基準，在重合后按照事先定義的形位 公差數據對相應邊緣上的點進行相對位置關系計算并且將該計算結果 與名義值作對比得出測量結果。以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關技術 領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出 各種變換或變型，因此所有等同的技術方案也應該屬于本發(fā)明的范疇， 應由各權利要求所限定。
權利要求
1.一種影像測量儀的測量方法，該影像測量儀包括機座、底座、工作臺、由龍門架、X、Y、Z向傳動軸系、聯(lián)結在Z向傳動軸系上的Z向滑塊組成的運動系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)及軟件控制系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包括上光源及底光源，所述攝像系統(tǒng)包括攝像鏡頭及攝像機，所述上光源、攝像鏡頭同軸設置在一固定在Z向滑塊上的上光源燈罩內，所述Z向傳動軸系固定在龍門架上，所述X向傳動軸系設在龍門架上部的水平梁上，所述Y向傳動軸系設在所述工作臺兩側龍門架的縱梁上，后者與龍門架的兩立柱底部聯(lián)結，所述X、Y、Z向傳動軸系上均設有光柵用以將其各自移動的位置信號傳輸給軟件控制系統(tǒng)，還包括一用以限制攝像鏡頭和上光源與被測工件之間的距離的傳感結構，該傳感結構包括一發(fā)射傳感器、一接受傳感器以及一Z向傳動裝置，該影像測量儀的測量過程分對焦階段、拍攝階段、拼接階段及計算階段，具體步驟是1.1、對焦階段1.1.1、在計算機上選定一個測量范圍，它為一個將被測件在工作臺面上的最大投影面包含在內的二維平面；1.1.2、計算機先將信號傳送給Z向傳動軸系，啟動Z軸步進電機并帶動固定在Z向滑塊上的燈罩內的攝像鏡頭上下移動以便對焦，同時由傳感結構中的區(qū)域傳感器將探得的被測件最高點的高度反饋給計算機以確定攝像鏡頭與被測件最高點的距離，該距離也稱為攝像機完成對焦的有效焦距，Z向傳動軸系中的光柵將此時攝像鏡頭位置信號傳送回計算機保存；1.2、拍攝階段1.2.1、由計算機將信號傳送給X、Y向傳動軸系，啟動X、Y軸步進電機并帶動攝像鏡頭在一個水平面上移動到測量范圍的起始位置，此后根據計算機生成的移動路徑，攝像鏡頭在測量范圍內移動到下一位置；1.2.2、每移動一個確定位置，攝像系統(tǒng)都要根據設定的取像數拍攝圖像，攝像系統(tǒng)提取的是在該點64×48mm范圍內的圖像并保存到計算機內；1.3、拼接階段計算機根據每次取像時攝像鏡頭的位置對所有的圖像按照移動路徑進行拼接生成一個封閉的整體圖形；1.4、計算階段在已生成的整體圖形中對圖像邊緣進行取點和計算得出被測件的外形尺寸并對該封閉的圖形上的相應點的相對位置關系進行計算，所有計算結果按照要求儲存為當前名義值或者與事先輸入的名義值作對比并且以數字和圖形方式輸出。
2. 根據權利要求1所述的影像測量儀的測量方法，其特征在于，所述步 驟1. 2. 1中，還包括X、 Y向傳動軸系中的光柵不斷將位置信號反饋給計算 機，由計算機根據該信號控制X、 Y軸步進電機帶動攝像鏡頭微量移動直至攝像鏡頭到達準確的位置。
3. 根據權利要求l所述的影像測量儀的測量方法，其特征在于，所述拼接 階段中，計算機是按照拍攝時X、 Y向傳動軸系中的光柵反饋的位置信號進行補 償后將所有相鄰圖片進行拼接。
4. 根據權利要求1所述的影像測量儀的測量方法，其特征在于，所述計 算階段中，對于多個被測件，計算機可以將之前定義的名義值與當前圖形重合 作對比得出誤差并生成報表輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種影像測量儀的測量方法，該影像測量儀的測量過程分對焦階段、拍攝階段、拼接階段及計算階段，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的影像測量儀的測量方法的技術方案是對較大的一個范圍取像，保存整個圖像信息，將測量時取得的所有圖像信息進行處理，如果進行批量檢測可對多個工件的外形和相對位置關系做比較，從而可以任意擺放工件。同時在取點上現(xiàn)有技術方案如取多個點將對檢測時間產生影響，本發(fā)明的技術方案是在生成圖形后對圖形取點，可以任意設置取點數無需顧及機械定位精度和檢測時間。
文檔編號G01B11/00GK101149249SQ20061011627
公開日2008年3月26日 申請日期2006年9月20日 優(yōu)先權日2006年9月20日
發(fā)明者斌 姚, 封志鳴, 黃士棟 申請人:上海量具刃具廠