本發(fā)明涉及視覺測量領(lǐng)域，具體涉及一種單目視覺測量裝置以及單目視覺測量的三維建模系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著先進(jìn)制造技術(shù)的出現(xiàn)，制造業(yè)發(fā)生了巨大的變化。在自動(dòng)化生產(chǎn)中要求對加工件進(jìn)行快速測量，且多數(shù)情況下要求在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)測量。機(jī)器立體視覺測量方法克服了以往傳統(tǒng)測量方法效率低下、精度不高、不方便實(shí)時(shí)測量等缺點(diǎn)，可以滿足目前的工業(yè)的基本需求。

機(jī)器立體視覺測量是利用單個(gè)或多個(gè)相機(jī)，在不接觸物體的情況下從不同角度采集物體的幾幅圖片，然后基于視差原理完成公共視場內(nèi)物體的三維尺寸測量，可以實(shí)現(xiàn)智能化檢測，適合在惡劣環(huán)境下長時(shí)間工作，而且具有測量效率高，實(shí)時(shí)性，高精度的優(yōu)勢，被越來越多的企業(yè)關(guān)注。但是目前大部分機(jī)器立體視覺都是基于雙目或多目相機(jī)，成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易引入測量誤差，從而降低測量效率。而目前存在的單目視覺測量方式有：使用平面鏡成像虛擬成兩個(gè)相機(jī)，采集兩幅圖像，完成零件的三維尺寸測量，缺點(diǎn)是視場小操作不方便，以及由于平面鏡反射光線光照不容易控制，平面鏡產(chǎn)生的成像畸變?nèi)菀自斐烧`差累計(jì)；采用將相機(jī)固定在三坐標(biāo)測量機(jī)上移動(dòng)相機(jī)完成不同角度的圖像采集測量，但此方法成本高，并且標(biāo)定相機(jī)內(nèi)外參數(shù)不夠精確。

另外，現(xiàn)有的測量技術(shù)方案僅僅對物體的三維尺寸完成了測量，不能完成對測量件的三維模型的進(jìn)行恢復(fù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決上述問題而進(jìn)行的，目的在于提供一種單目視覺測量裝置以及單目視覺測量的三維建模系統(tǒng)。

本發(fā)明提供了一種單目視覺測量裝置，具有這樣的特征，包括：底座，包含用于放置待測工件的底座本體以及設(shè)置在底座本體下方的可調(diào)節(jié)地腳；支座部，包含設(shè)置在底座上的支座本體，該支座本體上設(shè)有圓孔；轉(zhuǎn)臺部，包含轉(zhuǎn)軸和與轉(zhuǎn)軸固定連接的擺臂，轉(zhuǎn)軸插入圓孔與支座本體轉(zhuǎn)動(dòng)連接，擺臂在轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)下擺動(dòng)；升降部，包含設(shè)置在擺臂上的滑軌以及在滑軌上滑動(dòng)的升降構(gòu)件；以及相機(jī)部，包含與升降構(gòu)件可拆卸連接的相機(jī)夾和安裝在相機(jī)夾中的工業(yè)相機(jī)。

在本發(fā)明提供的單目視覺測量裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，轉(zhuǎn)軸與擺臂通過傾角配合連接，轉(zhuǎn)軸的傾角的角度為55°，擺臂的傾角的角度也為55°。

在本發(fā)明提供的單目視覺測量裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，支座本體還設(shè)有至少一個(gè)與圓孔連通的通孔，轉(zhuǎn)軸上設(shè)有三個(gè)盲孔，其中兩個(gè)盲孔之間的圓心角為66°，另一個(gè)盲孔位于圓心角的角平分線上，支座部還包含插銷，插銷穿過通孔插入盲孔固定轉(zhuǎn)軸。

在本發(fā)明提供的單目視覺測量裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，三個(gè)盲孔不同時(shí)位于同一圓周上。

在本發(fā)明提供的單目視覺測量裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，通孔為圓柱孔、棱柱孔和螺紋孔中任意一種，相對應(yīng)的盲孔為圓柱孔、棱柱孔或螺紋孔，相對應(yīng)的插銷為圓柱銷、棱柱銷或螺紋柱銷。

在本發(fā)明提供的單目視覺測量裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，升降部還包含設(shè)置在滑軌末端的防滑螺釘，防滑螺釘用于防止升降件滑落至擺臂底端。

本發(fā)明提供了一種單目視覺測量的三維建模系統(tǒng)，具有這樣的特征，包括：至少一個(gè)單目視覺測量裝置，采集待測工件的數(shù)字圖像，以及三維建模模塊，獲取單目視覺測量裝置得到的數(shù)字圖像并進(jìn)行三維建模，其中，單目視覺測量裝置為上述任意一項(xiàng)的單目視覺測量裝置，三維建模模塊具有：圖像獲取部，用于獲取單目視覺測量裝置得到的數(shù)字圖像；圖像處理部，對獲取的數(shù)字圖像進(jìn)行處理，得到處理數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)計(jì)算部，對處理數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到計(jì)算數(shù)據(jù)；三維建模部，基于計(jì)算數(shù)據(jù)，對工件進(jìn)行三維建模；暫存部，用于暫存數(shù)字圖像、處理數(shù)據(jù)、計(jì)算數(shù)據(jù)以及三維建模數(shù)據(jù)。

在本發(fā)明提供的單目視覺測量的三維建模系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征：其中，數(shù)據(jù)計(jì)算部包含直線計(jì)算單元和直徑計(jì)算單元，直線計(jì)算單元用于計(jì)算工件的長、寬、高的直線長度，直徑計(jì)算單元用于計(jì)算工件的直徑。

在本發(fā)明提供的單目視覺測量的三維建模系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征：其中，三維建模部包含三維建模軟件，該三維建模軟件為Solidworks、Pro/Engineer、UG、Catia三維建模軟件中的任意一種。

發(fā)明的作用與效果

本發(fā)明所涉及的單目視覺測量裝置包括底座、支座部、轉(zhuǎn)臺部、升降部以及相機(jī)部，所以本發(fā)明的單目視覺測量裝置可以通過控制擺臂擺動(dòng)，帶動(dòng)連接在擺臂上的相機(jī)部處在多個(gè)位置進(jìn)行拍攝，進(jìn)而采集待測工件的三維數(shù)字圖像。本發(fā)明的單目視覺測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，效率高，可用于工件的實(shí)時(shí)測量。

此外，本發(fā)明所涉及的單目視覺測量的三維建模系統(tǒng)，不僅可以采集和處理待測工件的三維數(shù)字圖像，完成待測工件的直線長度、直徑計(jì)算，還可以重現(xiàn)待測工件的三維模型，方便技術(shù)人員觀察研究。本發(fā)明的單目視覺測量的三維建模系統(tǒng)的針對工件測量實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，大大節(jié)省了工時(shí)，提高了檢測效率，適用于工業(yè)中的測量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實(shí)施例中單目視覺測量的三維建模系統(tǒng)的框圖；

圖2是本發(fā)明的實(shí)施例中單目視覺測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的實(shí)施例中轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的實(shí)施例中三維建模模塊的框圖；

圖5是本發(fā)明的實(shí)施例中單目視覺測量裝置中擺臂在中間的狀態(tài)示意圖；

圖6是本發(fā)明的實(shí)施例中轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)示意圖；

圖7是本發(fā)明的實(shí)施例中單目視覺測量裝置中擺臂在左側(cè)的狀態(tài)示意圖；

圖8是本發(fā)明的實(shí)施例中單目視覺測量裝置中擺臂在右側(cè)的狀態(tài)示意圖；以及

圖9是本發(fā)明的實(shí)施例中三維建模模塊的流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，以下實(shí)施例結(jié)合附圖對本發(fā)明單目視覺測量裝置以及單目視覺測量的三維建模系統(tǒng)作具體闡述。

圖1是本發(fā)明的實(shí)施例中單目視覺測量的三維建模系統(tǒng)的框圖。

如圖1所示，單目視覺測量的三維建模系統(tǒng)100包括多個(gè)單目視覺測量裝置200以及三維建模模塊300。單目視覺測量裝置200通過通信網(wǎng)絡(luò)400與三維建模模塊300連接。

在本實(shí)施例中，多個(gè)單目視覺測量裝置200結(jié)構(gòu)相同，在此僅對一個(gè)單目視覺測量裝置200進(jìn)行闡述。單目視覺測量裝置200用于采集待測工件的數(shù)字圖像，通過通信網(wǎng)絡(luò)400再將待測圖像傳輸給設(shè)置于電腦中的三維建模模塊300進(jìn)行處理。

圖2是本發(fā)明的實(shí)施例中單目視覺測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖2所示，單目視覺測量裝置200包括：底座210、支座部220、轉(zhuǎn)臺部230、升降部240以及相機(jī)部250。

底座210包含用于放置待測工件的底座本體211以及設(shè)置在底座本體下方的可調(diào)節(jié)地腳212。使用者可以根據(jù)測量現(xiàn)場的情況調(diào)節(jié)地腳212以使整個(gè)裝置保持水平。

支座部220包含設(shè)置在底座上的支座本體221和插銷222。

支座本體221上設(shè)有一個(gè)圓孔，還設(shè)有至少一個(gè)與圓孔連通的通孔。通孔為圓柱孔、棱柱孔和螺紋孔中任意一種。在本實(shí)施例中通孔為兩個(gè)，通孔采用圓柱孔。

插銷222與通孔相匹配，對應(yīng)的插銷222為圓柱銷、棱柱銷或螺紋柱銷。在本實(shí)施例中插銷222采用圓柱銷。

轉(zhuǎn)臺部230包含轉(zhuǎn)軸231和與轉(zhuǎn)軸231固定連接的擺臂232。

轉(zhuǎn)軸231插入支座本體221上的圓孔與支座本體221轉(zhuǎn)動(dòng)連接。轉(zhuǎn)軸231與擺臂232通過傾角配合焊接在一起。經(jīng)過計(jì)算及經(jīng)驗(yàn)得出55°傾角測量效果最佳。因此，在本實(shí)施例中轉(zhuǎn)軸231的傾角的角度為55°，擺臂232的傾角的角度也為55°。擺臂232在轉(zhuǎn)軸231帶動(dòng)下擺動(dòng)。

圖3是本發(fā)明的實(shí)施例中轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)示意圖。

轉(zhuǎn)軸231上設(shè)有三個(gè)盲孔，與支座本體221上通孔的形狀大小相等，對應(yīng)的盲孔采用圓柱孔、棱柱孔或螺紋孔。插銷222穿過支座本體221上通孔插入盲孔固定轉(zhuǎn)軸231。經(jīng)過計(jì)算及經(jīng)驗(yàn)得出相機(jī)的光軸夾角為66°測量的精度最高。因此，三個(gè)盲孔中兩個(gè)盲孔之間的圓心角為66°，另一個(gè)盲孔位于圓心角的角平分線上。本實(shí)施例中，三個(gè)盲孔采用圓柱孔，三個(gè)盲孔不同時(shí)位于同一圓周上，具體如下：

如圖3所示，轉(zhuǎn)軸231上設(shè)有三個(gè)盲孔231a、231b和231c，具體位置分別為：

如圖3b所示，其中兩個(gè)盲孔231a和231b設(shè)置在轉(zhuǎn)軸231的A-A圓周上，兩個(gè)盲孔之間的圓心角為66°。

如圖3c所示，另一盲孔231c設(shè)置在轉(zhuǎn)軸231的B-B圓周上，其位置在兩個(gè)盲孔231a和231b的圓心角角平分線所在平面上，且轉(zhuǎn)軸231的中心軸線位于該平面上。

如圖2所示，升降部240包含設(shè)置在擺臂232上的滑軌241以及在滑軌241上滑動(dòng)的升降構(gòu)件242。

升降部240還包含防滑螺釘243和固定螺釘244。防滑螺釘243設(shè)置在滑軌241的末端，用于防止升降件242滑落至擺臂241底端，避免造成相機(jī)損壞。固定螺釘244用于將升降機(jī)構(gòu)242固定在擺臂232上，保證在測量過程中升降機(jī)構(gòu)242處于穩(wěn)定位置。

相機(jī)部250包含相機(jī)夾251和工業(yè)相機(jī)252。相機(jī)夾251與升降構(gòu)件241通過螺栓可拆卸連接。工業(yè)相機(jī)252安裝在相機(jī)夾251中。工業(yè)相機(jī)252用于拍攝，采集工件數(shù)字圖像。工業(yè)相機(jī)252可在相機(jī)夾251上轉(zhuǎn)動(dòng)，以調(diào)節(jié)視場位置。

三維建模模塊300獲取多個(gè)單目視覺測量裝置100采集的數(shù)字圖像并進(jìn)行三維建模。

圖4是本發(fā)明的實(shí)施例中三維建模模塊的框圖。

如圖4所示，三維建模模塊包括：圖像獲取部310、圖像處理部320、數(shù)據(jù)計(jì)算部330、三維建模部340、暫存部350以及控制上述各部的控制部360。

圖像獲取部310用于獲取單目視覺測量裝置200得到的數(shù)字圖像。在本實(shí)施例中單目視覺測量裝置200的工業(yè)相機(jī)252通過USB數(shù)據(jù)線連接到電腦，然后，設(shè)置在電腦中的三維建模模塊300通過圖像獲取部310獲取數(shù)字圖像。

圖像處理部320對獲取的數(shù)字圖像進(jìn)行處理，得到處理數(shù)據(jù)。圖像處理在本實(shí)施例中采用以下方法：首先對獲取的標(biāo)定板數(shù)字圖像提取角點(diǎn)，完成相機(jī)內(nèi)外參數(shù)的標(biāo)定，然后對獲取的工件數(shù)字圖像進(jìn)行灰度化、去噪、直方圖均衡化、邊緣銳化、提取角點(diǎn)以及角點(diǎn)匹配，之后得到計(jì)算工件三維尺寸中所需的角點(diǎn)對。

數(shù)據(jù)計(jì)算部330對處理數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到計(jì)算數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)計(jì)算部包含直線計(jì)算單元和直徑計(jì)算單元。直線計(jì)算單元用于計(jì)算工件的長、寬、高的直線長度。直線計(jì)算在本實(shí)施例中采用以下方法：先計(jì)算出直線兩端的空間坐標(biāo)，然后利用空間中兩點(diǎn)之間的距離公式計(jì)算出直線長度。直徑計(jì)算單元用于計(jì)算工件的直徑。直徑計(jì)算在本實(shí)施例中采用以下方法：首先計(jì)算出工件的圓心位置，然后提取出圓周上足夠多的點(diǎn)利用兩點(diǎn)間距離公式，求取圓的半徑并計(jì)算平均值進(jìn)而得出圓的精確直徑。

三維建模部340基于計(jì)算數(shù)據(jù)，對工件進(jìn)行三維建模。三維建模部包含三維建模軟件，該三維建模軟件為Solidworks、Pro/Engineer、UG、Catia三維建模軟件中的任意一種。在本實(shí)施例中采用Solidworks三維建模軟件以恢復(fù)工件的三維模型。

暫存部350用于暫存數(shù)字圖像、處理數(shù)據(jù)、計(jì)算數(shù)據(jù)以及三維建模數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)。方便技術(shù)人員隨時(shí)查看、調(diào)用。

控制部360包含用于控制圖像獲取部310、圖像處理部320、數(shù)據(jù)計(jì)算部330、三維建模部340和暫存部350運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序。

本實(shí)施例中的單目視覺測量的三維建模系統(tǒng)100具體使用如下：

圖5是本發(fā)明的實(shí)施例中單目視覺測量裝置中擺臂在中間的狀態(tài)示意圖。

拍攝前，控制擺臂232，使轉(zhuǎn)軸231轉(zhuǎn)動(dòng)到如圖3c所示，盲孔231c垂直于支座平面。此時(shí)，再將插銷222穿過支座本體221上通孔插入盲孔231c固定轉(zhuǎn)軸231。從而擺臂232呈如圖5的狀態(tài)，如圖5所示，擺臂232與支座平面垂直。接著使用者根據(jù)所測工件的大小、形狀等因素，通過固定螺釘244對升降構(gòu)件242在滑軌241上的位置進(jìn)行固定，再調(diào)節(jié)相間夾251，使工業(yè)相機(jī)252視場大小以適應(yīng)工件的拍攝。

確定視場范圍：將擺臂232分別擺動(dòng)到左側(cè)、右側(cè)兩種狀態(tài)接著使用工業(yè)相機(jī)分別拍攝處于兩種狀態(tài)下的棋格盤數(shù)字圖像，其中棋格盤用于標(biāo)定相機(jī)內(nèi)外參數(shù)。多次重復(fù)上述拍攝操作，拍攝多幅棋盤格數(shù)字圖像對，每拍攝一對棋盤格圖相對，棋盤格都要變換一下空間位置。最后將待測工件放置在固定位置，分別在兩種狀態(tài)下采集兩幅數(shù)字圖像，作為測量所需的數(shù)字圖像對。具體兩種拍攝狀態(tài)如下：

圖6是本發(fā)明的實(shí)施例中轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)示意圖；圖7是本發(fā)明的實(shí)施例中單目視覺測量裝置中擺臂在左側(cè)的狀態(tài)示意圖。

擺臂232在左側(cè)狀態(tài)時(shí)拍攝數(shù)字圖像：控制擺臂232，使轉(zhuǎn)軸231呈如圖6e的狀態(tài)，如圖6e所示，盲孔231b垂直于支座平面。此時(shí)，再將插銷222穿過支座本體221上通孔插入盲孔231b固定轉(zhuǎn)軸231。從而擺臂232呈如圖7的狀態(tài)，如圖7所示，擺臂232位于左側(cè)，與插銷呈33°夾角。然后，使用工業(yè)相機(jī)252拍攝數(shù)字圖像。

圖8是本發(fā)明的實(shí)施例中單目視覺測量裝置中擺臂在右側(cè)的狀態(tài)示意圖。

擺臂232在右側(cè)狀態(tài)時(shí)拍攝數(shù)字圖像：控制擺臂232，使轉(zhuǎn)軸231呈如圖6f的狀態(tài)，如圖6f所示，盲孔231a垂直于支座平面。此時(shí)，再將插銷222穿過支座本體221上通孔插入盲孔231a固定轉(zhuǎn)軸231。從而擺臂232呈如圖8的狀態(tài)，如圖8所示，擺臂232位于右側(cè)，與插銷呈33°夾角。然后，使用工業(yè)相機(jī)252拍攝數(shù)字圖像。

處理數(shù)據(jù)及三維建模：工業(yè)相機(jī)252通過USB數(shù)據(jù)線連接到電腦，然后，設(shè)置在電腦中的三維建模模塊300通過圖像獲取部310獲取數(shù)字圖像對。圖像處理部320對獲取的數(shù)字圖像對進(jìn)行處理，得到處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)計(jì)算部330基于處理數(shù)據(jù)，計(jì)算工件的長、寬、高和直徑，即得到計(jì)算數(shù)據(jù)。三維建模部340基于計(jì)算數(shù)據(jù)，采用Solidworks三維建模軟件對工件進(jìn)行三維建模，得到重建出工件的具體模型。

圖9是本發(fā)明的實(shí)施例中三維建模模塊的流程圖。

步驟S1：圖像獲取部310獲取單目視覺測量裝置200得到的數(shù)字圖像對，將數(shù)字圖像對存于暫存部350中，然后進(jìn)入步驟S2。

步驟S2：圖像處理部320從暫存部350中獲取數(shù)字圖像進(jìn)行處理，得到處理數(shù)據(jù)，將處理數(shù)據(jù)存于暫存部350中，然后進(jìn)入步驟S3。

步驟S3：數(shù)據(jù)計(jì)算部330從暫存部350中獲取處理數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到計(jì)算數(shù)據(jù)，將計(jì)算數(shù)據(jù)存于暫存部350中，然后進(jìn)入步驟S4。

步驟S4：三維建模部340從暫存部350中獲取計(jì)算數(shù)據(jù)，基于計(jì)算數(shù)據(jù)對工件進(jìn)行三維建模，將三維建模數(shù)據(jù)存于暫存部350中，接著進(jìn)入結(jié)束狀態(tài)。

實(shí)施例的作用與效果

本實(shí)施例所涉及的單目視覺測量裝置包含底座、支座部、轉(zhuǎn)臺部、升降部以及相機(jī)部，所以本實(shí)施例的單目視覺測量裝置可以通過控制擺臂擺動(dòng)一定的幅度，使得連接在擺臂上的相機(jī)部處在左右兩個(gè)位置進(jìn)行拍攝，進(jìn)而采集待測工件的三維數(shù)字圖像對。本實(shí)施例的單目視覺測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，效率高，可用于工件的實(shí)時(shí)測量。

此外，本實(shí)施例所涉及的單目視覺測量的三維建模系統(tǒng)，除了獲取和處理待測工件的三維數(shù)字圖像，完成待測工件的直線長度、直徑計(jì)算外，還采用Solidworks三維建模軟件重現(xiàn)待測工件的三維模型，方便技術(shù)人員觀察研究。本實(shí)施例的單目視覺測量的三維建模系統(tǒng)的針對工件測量實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，大大節(jié)省了工時(shí)，提高了檢測效率，適用于工業(yè)中的測量。

上述實(shí)施方式為本發(fā)明的優(yōu)選案例，并不用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。