CN107167088B - 玻璃变形量的测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种玻璃变形量的测量方法及装置，以所述待测玻璃的边缘的直线方程作为定义域，再对若干个检测点的世界坐标拟合所述待测玻璃的曲面方程，再将所述曲面方程进行离散后得到所述待测玻璃上若干个离散点的世界坐标，将全部所述离散点中z坐标的最大值减去最小值即可获得所述待测玻璃的变形量，解决了现有技术不能测量大尺寸玻璃变形量的问题，精确度高，科学可靠。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃检测领域，尤其涉及一种玻璃变形量的测量方法及装置。
背景技术
近年来，随着立式显示屏、触摸一体机等大尺寸交互显示设备的高速发展，促使了屏幕表面的大尺寸钢化玻璃行业的快速发展。钢化玻璃的作用是为了保护电子设备的屏幕，但是大尺寸交互显示设备上的钢化玻璃由于自重会导致弯曲和变形，其前凸或内凹会导致红外触摸失灵，或屏幕出现彩色牛顿环。因此，在钢化玻璃与屏幕贴合前必须对钢化玻璃进行变形量的检测，以保证产品质量符合后续贴合工艺的要求。
现有技术对玻璃变形量的检测方法主要是针对小尺寸玻璃的测量，且多数基于三点进行测量后以最大差值作为变形量，这种方法获得的变形量精度低，不适用于大尺寸玻璃。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种玻璃变形量的测量方法，能有效测量大尺寸玻璃的变形量，精度高，结果可靠。
为实现上述目的，本发明提供了一种玻璃变形量的测量方法，包括步骤：
提取待测玻璃的边缘，并将所述待测玻璃的边缘转换成世界坐标系的直线方程L(x，y)；其中，所述世界坐标系由三个相互垂直并相交的坐标轴X、Y和Z组成；
通过若干个已知位置坐标的激光测距器获取所述待测玻璃的表面到每一所述激光测距器的距离，从而获得所述待测玻璃上与所述激光测距器相对的各个检测点的世界坐标；其中，每一所述激光测距器均位于z＝a的平面上，且所述激光测距器所在的平面与用于固定所述待测玻璃的装夹治具平行；所述装夹治具位于z＝0的平面，且a≠0；
以所述世界坐标系的直线方程作为定义域，对所述检测点的世界坐标进行拟合后获得所述待测玻璃的曲面方程；
对所述曲面方程进行离散后获得所述待测玻璃上若干个离散点的世界坐标；
获得全部所述离散点中z坐标的最大值和最小值，将所述z坐标的最大值和最小值的差值作为所述待测玻璃的变形量。
与现有技术相比，本发明公开的玻璃变形量的测量方法基于所述待测玻璃的边缘的直线方程，再对若干个检测点的世界坐标拟合所述待测玻璃的曲面方程，再将所述曲面方程进行离散后得到所述待测玻璃上若干个离散点的世界坐标，将全部所述离散点中z坐标的最大值减去最小值即可获得所述待测玻璃的变形量，解决了现有技术不能测量大尺寸玻璃变形量的问题，精确度高，科学可靠。
作为上述方案的改进，所述待测玻璃的曲面方程为NURBS曲面方程，且对所述曲面方程进行离散后获得所述待测玻璃上若干个离散点的世界坐标具体为：
通过预设的步长对所述NURBS曲面方程进行离散后得到一系列NURBS曲线方程，再通过所述预设的步长将每一所述NURBS曲线方程进行离散和映射后得到所述待测玻璃上若干个离散点的世界坐标。拟合NURBS曲面，更方便灵活，平滑度更高，有利于对曲面的分析。
作为上述方案的改进，所述激光测距器均匀分布在一平板上，所述平板和所述用于固定待测玻璃的装夹治具相互平行放置。使装夹治具和平板相互平行，即所述激光测距器所在的平面和所述待测玻璃的基准平面相互平行，保证结果的准确性。
作为上述方案的改进，通过曲线插补方法将每一所述NURBS曲线方程进行离散。采样曲线插补方法进行离散，可以控制弓高误差，满足精度的要求。
作为上述方案的改进，提取待测玻璃的边缘具体为：
打开固定于所述待测玻璃的一侧的灯箱，使所述待测玻璃上显示黑色边缘线；
通过固定于所述待测玻璃的另一侧的摄像头获取带有黑色边缘线的所述待测玻璃的图片，通过所述图片提取所述待测玻璃的边缘；其中，所述摄像头的镜头轴线与所述待测玻璃的纵向截面平行。所述灯箱置于所述待测玻璃的一侧，可使所述待测玻璃能清晰显现黑色边缘线，有利于所述待测玻璃的边缘的提取，提高了结果的准确度。
作为上述方案的改进，通过最小二乘法对所述检测点的世界坐标进行拟合后获得所述待测玻璃的曲面方程。最小二乘法为曲面拟合常用的方法，科学可靠。
本发明实施例还提供了一种玻璃变形量的测量装置，包括：
边缘提取模块，用于提取待测玻璃的边缘，并将所述玻璃边缘转换成世界坐标系的直线方程L(x，y)；其中，所述世界坐标系由三个相互垂直并相交的坐标轴X、Y和Z组成；
检测点坐标获取模块，用于通过若干个已知位置坐标的激光测距器获取所述待测玻璃的表面到每一所述激光测距器的距离，从而获得所述待测玻璃上与所述激光测距器相对的各个检测点的世界坐标；其中，每一所述激光测距器均在z＝a的平面上，所述激光测距器所在的平面与用于固定所述待测玻璃的装夹治具平行；所述装夹治具位于z＝0的平面，且a≠0；
曲面方程拟合模块，用于以所述世界坐标系的直线方程作为定义域，对所述检测点的世界坐标进行拟合后获得所述待测玻璃的曲面方程；
离散模块，用于对所述曲面方程进行离散后获得所述待测玻璃上若干个离散点的世界坐标；
变形量检测模块，用于获得全部所述离散点中z坐标的最大值和最小值，将所述z坐标的最大值和最小值的差值作为所述待测玻璃的变形量。
与现有技术相比，本发明公开的玻璃变形量的测量装置根据边缘提取模块获得所述待测玻璃的边缘的直线方程，再通过检测点坐标获取模块获得所述激光测距器与所述待测玻璃的距离，从而获得对应多个检测点的世界坐标，然后通过曲面方程拟合模块以待测玻璃的边缘的直线方程作为定义域，对所述多个检测点的世界坐标进行拟合后获得所述待测玻璃的曲面方程，将所述曲面方程进行离散后获得待测玻璃的多个离散点，将所述多个离散点的坐标进行比较，将与所述激光测距器到所述待测玻璃的距离对应的最大坐标值减去最小坐标值即可获得所述待测玻璃的变形量，解决了现有技术不能测量大尺寸玻璃变形量的问题，精确度高，科学可靠。
作为上述方案的改进，通过最小二乘法对所述检测点的世界坐标进行拟合后获得所述待测玻璃的曲面方程。
作为上述方案的改进，所述待测玻璃通过第一平板固定，所述激光测距器均匀分布在第二平板上，所述第一平板和第二平板相互平行放置。
作为上述方案的改进，所述边缘提取模块进一步用于打开固定于所述待测玻璃的一侧的灯箱，使所述待测玻璃上显示黑色边缘线；通过固定于所述待测玻璃的另一侧的摄像头获取带有黑色边缘线的所述待测玻璃的图片，通过所述图片提取所述待测玻璃的边缘；其中，所述摄像头的镜头轴线与所述待测玻璃的纵向截面平行。
附图说明
图1是本发明实施例1中一种玻璃变形量的测量方法的流程示意图。
图2是本发明实施例2中一种玻璃变形量的测量方法的流程示意图。
图3是本发明实施例2中测量玻璃变形量的设备的结构示意图。
图4是本发明实施例2中待测玻璃的边缘的示意图。
图5是本发明实施例2中待测玻璃的检测点的示意图。
图6是本发明实施例2中拟合得到的待测玻璃的曲面的示意图。
图7是本发明实施例3中一种玻璃变形量的测量方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明实施例1提供的一种玻璃变形量的测量方法的流程示意图。如图1所示的玻璃变形量的测量方法包括步骤：
S11、提取待测玻璃的边缘，并将所述待测玻璃的边缘转换成世界坐标系的直线方程L(x，y)；其中，所述世界坐标系由三个相互垂直并相交的坐标轴X、Y和Z组成；
S12、通过若干个已知位置坐标的激光测距器获取所述待测玻璃的表面到每一所述激光测距器的距离，从而获得所述待测玻璃上与所述激光测距器相对的各个检测点的世界坐标；其中，每一所述激光测距器均位于z＝a的平面上，所述激光测距器所在的平面与用于固定所述待测玻璃的装夹治具平行；所述装夹治具位于z＝0的平面，且a≠0；
S13、以所述世界坐标系的直线方程作为定义域，对所述检测点的世界坐标进行拟合后获得所述待测玻璃的曲面方程；
S14、对所述曲面方程进行离散后获得所述待测玻璃上若干个离散点的世界坐标；
S15、获得全部所述离散点中z坐标的最大值和最小值，将所述z坐标的最大值和最小值的差值作为所述待测玻璃的变形量。
具体实施时，所有设备均位于一个世界坐标系内，所述世界坐标系为笛卡尔右手坐标系，由三个相互垂直并相交的坐标轴X、Y和Z组成；先提取待测玻璃的边缘，获取所述待测玻璃的边缘的直线方程L(x，y)。基于已知位置坐标的激光测距器获取所述待测玻璃的表面到每一所述激光测距器的距离，以每一所述激光侧测距器的X、Y坐标作为述待测玻璃上与所述激光测距器相对的各个检测点的X、Y坐标，根据每一所述激光测距器到所述待测玻璃的表面的距离生成所述待测玻璃上与所述激光测距器相对的各个检测点的Z坐标,即待测玻璃上若干个检测点的世界坐标为P0(x，y，z)～Pn(x，y，z)。以L(x，y)作为定义域，对P0(x，y，z)～P15(x，y，z)进行拟合，得到所述待测玻璃的曲面方程，此方程为玻璃在世界坐标系内的曲面方程。将所述曲面方程以一定的规律进行离散后获得一些列离散点P(x，y，z)，将全部离散点的z坐标的最大值减去最小值即可获得所述待测玻璃的变形量。根据不同的建模方式可获得不同的曲面方程，其中最小二乘法为以离散点进行曲面拟合常用的方法。最小二乘法是拟合函数的误差的平方和达到最小作为标准来构造拟合曲面的方法。通过待测玻璃的一系列点的坐标来构建曲面方程，在对所述曲面方程进行离散得到多个离散点的坐标，以这些离散点作为检测待测玻璃的变形量的参考点，避免了大范围点的测量，节约了计算量，并提高了精度，克服了现有技术不能测量大尺寸玻璃变形量的缺点，适用的玻璃的尺寸范围广，实用性强。
参见图2，是本发明实施例2提供的一种玻璃变形量的测量方法的流程示意图。如图2所示的玻璃变形量的测量方法包括步骤：
S21、打开固定于所述待测玻璃的一侧的灯箱，使所述待测玻璃上显示黑色边缘线；
S22、通过固定于所述待测玻璃的另一侧的摄像头获取带有黑色边缘线的所述待测玻璃的图片，通过所述图片提取所述待测玻璃的边缘；其中，所述摄像头的镜头轴线与所述待测玻璃的纵向截面平行；
S23、将所述待测玻璃的边缘转换成世界坐标系的直线方程L(x，y)；其中，所述世界坐标系由三个相互垂直并相交的坐标轴X、Y和Z组成；
S24、通过若干个已知位置坐标的激光测距器获取所述待测玻璃的表面到每一所述激光测距器的距离，从而获得所述待测玻璃上与所述激光测距器相对的各个检测点的世界坐标；其中，每一所述激光测距器均位于z＝a的平面上，所述激光测距器所在的平面与用于固定所述待测玻璃的装夹治具平行；所述装夹治具位于z＝0的平面，且a≠0；
S25、以所述世界坐标系的直线方程作为定义域，对所述检测点的世界坐标进行拟合后获得所述待测玻璃的NURBS曲面方程；
S26、对通过预设的步长对所述NURBS曲面方程进行离散后得到一系列NURBS曲线方程，再通过所述预设的步长将每一所述NURBS曲线方程进行离散和映射后得到所述待测玻璃上若干个离散点的世界坐标；
S27、获得全部所述离散点中z坐标的最大值和最小值，将所述z坐标的最大值和最小值的差值作为所述待测玻璃的变形量。
结合图3、图4、图5和图6，将对本实施例的工作过程和原理进行具体描述。本实施例以3X5的激光测距器组成的矩阵进行说明，本发明所提出的玻璃变形量的测量方法并不限于3X5的激光测距器的矩阵。具体实施时，先对各个设备进行安装和位置的矫正，具体为，如图3所示，所述待测玻璃竖直固定在支架上，所述激光测距器在同一平面上均匀排布，且所述激光测距器所处的平面与用于固定所述待测玻璃的装夹治具平行。所述摄像头与激光测距器位于所述待测玻璃的同一侧，灯箱位于所述待测玻璃的另一侧，且所述摄像头的镜头轴线与所述激光测距器的纵向截面平行。对各个设备的位置与安置角度进行矫正后，建立一世界坐标系，以激光测距器所处的平面作为z＝a的平面，以水平方向所在的轴线作为X轴，以竖直方向所在的轴线作为Y轴，以所述激光测距器到所述待测玻璃的方向作为Z轴的正方向，基于每一所述激光测距器进行世界坐标的转换。打开灯箱，使所述待测玻璃上显示黑色边缘线；通过摄像头拍摄获得带有黑色边缘线的待测玻璃的图片，如图4所示，将所述图片进行分析处理后提取所述待测玻璃的边缘并生成边缘的直线方程L(x，y)；关闭灯箱，通过激光测距器获取各个激光测距器到所述待测玻璃的表面的距离，进行转换后生成所述待测玻璃上与所述激光测距器相对的各个检测点的世界坐标P0(x，y，z)～P14(x，y，z)，各个检测点的位置如图5所示；以边缘的直线方程L(x，y)作为定义域，对P0(x，y，z)～P14(x，y，z)拟合后生成所述待测玻璃的NURBS曲面方程S(u,v)，所得的曲面如图6所示，再将NURBS曲面方程S(u,v)离散为一系列点，具体为先以预设的步长将NURBS曲面离散为一系列等v参数NURBS曲线方程C(u)，然后以同样的步长分别将每一所述等v参数NURBS曲线进行离散和映射处理后得到所述待测玻璃上的多个离散点P(x，y，z)。将全部离散点的z坐标进行比较，将全部离散点中z坐标的最大值减去最小值即可获得所述待测玻璃的变形量。NURBS是Non-Uniform Rational B-Splines的缩写，即非均匀有理B样条曲线,使用NURBS可构建圆滑曲面，具有计算稳定，速度快的特性。
优选地，采用曲线插补方法对所述每一NURBS曲线进行离散。插补过程就是插补点的密化过程。其中的一种方式为，在一个周期内，求出NURBS曲线的一阶和二阶导矢量，并根据确定的步长，利用当前的参数值ui实时计算出下一周期的参数值ui+1,再求出曲线上插补点C(ui+1)，再将曲面上的插补点映射回待测玻璃的坐标可得离散点P(x，y，z)。另一插补方法为根据预设的步长将曲线分为N段，求出离散点对应的节点的矢量，即可求得曲线上插补点C(ui+1)。采用等弧长的NURBS曲线离散算法，可保证曲线的划分精度和曲线逼近误差。
优选地，当玻璃尺寸为1500mmX800mm时，为了保证测量的变形量的精度，可设置步长为1mm。
优选地，所述激光测距器均匀分布在第一平板上，所述平板和用于固定待测玻璃的装夹治具相互平行放置，利用这种固定方式可保证所述激光测距器所处的平面与所述待测玻璃的基准平面平行，保证了结果的准确性。
如图7所示，本发明还对应提供了一种玻璃变形量的测量装置100，包括：
边缘提取模块101，用于提取待测玻璃的边缘，并将所述玻璃边缘转换成世界坐标系的直线方程L(x，y)；其中，所述世界坐标系由三个相互垂直并相交的坐标轴X、Y和Z组成；
检测点坐标获取模块102，用于通过若干个已知位置坐标的激光测距器获取所述待测玻璃的表面到每一所述激光测距器的距离，从而获得所述待测玻璃上与所述激光测距器相对的各个检测点的世界坐标；其中，每一所述激光测距器均在z＝a的平面上，所述激光测距器所在的平面与用于固定所述待测玻璃的装夹治具平行；所述装夹治具位于z＝0的平面，且a≠0；
曲面方程拟合模块103，用于以所述世界坐标系的直线方程作为定义域，对所述检测点的世界坐标进行拟合后获得所述待测玻璃的曲面方程；
离散模块104，用于对所述曲面方程进行离散后获得所述待测玻璃上若干个离散点的世界坐标；
变形量检测模块105，用于获得全部所述离散点中z坐标的最大值和最小值，将所述z坐标的最大值和最小值的差值作为所述待测玻璃的变形量。
具体实施时，先通过边缘提取模块101提取所述待测玻璃的边缘并转化成世界坐标系的直线方程，然后通过检测点坐标获取模块102获得已知位置坐标的激光测距器与所述待测玻璃的距离，从而获得对应多个检测点的世界坐标，然后通过曲面方程拟合模块103以待测玻璃的边缘的直线方程作为定义域，对所述多个检测点的世界坐标进行拟合后获得所述待测玻璃的曲面方程，接着，通过离散模块104将所述曲面方程进行离散后获得待测玻璃的多个离散点，将所述多个离散点的坐标进行比较，将与所述激光测距器到所述待测玻璃的距离对应的最大坐标值减去最小坐标值即可获得所述待测玻璃的变形量，本方案用已知坐标的一系列离散点拟合曲面方程，再对曲面方程进行处理后获得另一系列离散点的坐标，适用于不同尺寸的玻璃的变形量的检测，精确度高，解决了现有技术不能测量大尺寸玻璃变形量的问题。
在实施过程中，采用最小二乘法来拟合曲线方程，技术较为成熟，获得的曲面也更接近实际的玻璃的表面状态。
优选地，为了保证所述激光测距器所处的平面与所述待测玻璃平行，可将所述待测玻璃通过第一平板固定，所述激光测距器均匀分布在第二平板上，所述第一平板和第二平板相互平行放置。
优选地，所述边缘提取模块101提取所述待测玻璃的边缘的具体过程为：
打开固定于所述待测玻璃的一侧的灯箱，使所述待测玻璃上显示黑色边缘线；通过固定于所述待测玻璃的另一侧的摄像头获取带有黑色边缘线的所述待测玻璃的图片，通过所述图片提取所述待测玻璃的边缘；其中，所述摄像头的镜头轴线与所述待测玻璃的纵向截面平行。通过灯箱发出均匀光线，所述待测玻璃在平面光源的照射下，会在其边缘形成黑色的线条。通过摄像头获取具有黑色边缘线的玻璃图像，再对玻璃图像进行分析处理后获得所述待测玻璃的边缘的直线方程。
综上，本发明实施例公开了一种玻璃变形量的测量方法及装置，以所述待测玻璃的边缘的直线方程作为定义域，再对若干个检测点的世界坐标拟合所述待测玻璃的曲面方程，再将所述曲面方程进行离散后得到所述待测玻璃上若干个离散点的世界坐标，将全部所述离散点中z坐标的最大值减去最小值即可获得所述待测玻璃的变形量，解决了现有技术不能测量大尺寸玻璃变形量的问题，精确度高，科学可靠。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种玻璃变形量的测量方法，其特征在于，包括步骤：
提取待测玻璃的边缘，并将所述待测玻璃的边缘转换成世界坐标系的直线方程L(x，y)；其中，所述世界坐标系由三个相互垂直并相交的坐标轴X、Y和Z组成；
通过若干个已知位置坐标的激光测距器获取所述待测玻璃的表面到每一所述激光测距器的距离，从而获得所述待测玻璃上与所述激光测距器相对的各个检测点的世界坐标；其中，每一所述激光测距器均位于z＝a的平面上，所述激光测距器所在的平面与用于固定所述待测玻璃的装夹治具平行；所述装夹治具位于z＝0的平面，且a≠0；
以所述世界坐标系的直线方程作为定义域，对所述检测点的世界坐标进行拟合后获得所述待测玻璃的曲面方程；
对所述曲面方程进行离散后获得所述待测玻璃上若干个离散点的世界坐标；
获得全部所述离散点中z坐标的最大值和最小值，将所述z坐标的最大值和最小值的差值作为所述待测玻璃的变形量。
2.如权利要求1所述的玻璃变形量的测量方法，其特征在于，所述待测玻璃的曲面方程为NURBS曲面方程，且对所述曲面方程进行离散后获得所述待测玻璃上若干个离散点的世界坐标具体为：
通过预设的步长对所述NURBS曲面方程进行离散后得到一系列NURBS曲线方程，再通过所述预设的步长将每一所述NURBS曲线方程进行离散和映射后得到所述待测玻璃上若干个离散点的世界坐标。
3.如权利要求1所述的玻璃变形量的测量方法，其特征在于，
所述激光测距器均匀分布在一平板上，所述平板和所述用于固定待测玻璃的装夹治具相互平行放置。
4.如权利要求2所述的玻璃变形量的测量方法，其特征在于，通过曲线插补方法将每一所述NURBS曲线方程进行离散。
5.如权利要求1所述的玻璃变形量的测量方法，其特征在于，提取待测玻璃的边缘具体为：
打开固定于所述待测玻璃的一侧的灯箱，使所述待测玻璃上显示黑色边缘线；
通过固定于所述待测玻璃的另一侧的摄像头获取带有黑色边缘线的所述待测玻璃的图片，通过所述图片提取所述待测玻璃的边缘；其中，所述摄像头的镜头轴线与所述待测玻璃的纵向截面平行。
6.如权利要求1所述的玻璃变形量的测量方法，其特征在于，通过最小二乘法对所述检测点的世界坐标进行拟合后获得所述待测玻璃的曲面方程。
7.一种玻璃变形量的测量装置，其特征在于，包括：
边缘提取模块，用于提取待测玻璃的边缘，并将所述玻璃边缘转换成世界坐标系的直线方程L(x，y)；其中，所述世界坐标系由三个相互垂直并相交的坐标轴X、Y和Z组成；
检测点坐标获取模块，用于通过若干个已知位置坐标的激光测距器获取所述待测玻璃的表面到每一所述激光测距器的距离，从而获得所述待测玻璃上与所述激光测距器相对的各个检测点的世界坐标；其中，每一所述激光测距器均在z＝a的平面上，所述激光测距器所在的平面与用于固定所述待测玻璃的装夹治具平行；所述装夹治具位于z＝0的平面，且a≠0；
曲面方程拟合模块，用于以所述世界坐标系的直线方程作为定义域，对所述检测点的世界坐标进行拟合后获得所述待测玻璃的曲面方程；
离散模块，用于对所述曲面方程进行离散后获得所述待测玻璃上若干个离散点的世界坐标；
变形量检测模块，获得全部所述离散点中z坐标的最大值和最小值，将所述z坐标的最大值和最小值的差值作为所述待测玻璃的变形量。
8.如权利要求7所述的玻璃变形量的测量装置，其特征在于，通过最小二乘法对所述检测点的世界坐标进行拟合后获得所述待测玻璃的曲面方程。
9.如权利要求7所述的玻璃变形量的测量装置，其特征在于，所述待测玻璃通过第一平板固定，所述激光测距器均匀分布在第二平板上，所述第一平板和第二平板相互平行放置。
10.如权利要求7所述的玻璃变形量的测量装置，其特征在于，所述边缘提取模块进一步用于打开固定于所述待测玻璃的一侧的灯箱，使所述待测玻璃上显示黑色边缘线；通过固定于所述待测玻璃的另一侧的摄像头获取带有黑色边缘线的所述待测玻璃的图片，通过所述图片提取所述待测玻璃的边缘；其中，所述摄像头的镜头轴线与所述待测玻璃的纵向截面平行。
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