CN103438801A - 移动平台式影像测量设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种移动平台式影像测量设备及方法，该移动平台式影像测量设备包括底座、测量平台、光学成像系统和中央控制模块，底座包括驱动装置，测量平台设置于底座上，并与驱动装置连接以在驱动装置的驱动下相对于底座平移，光学成像系统与中央控制模块连接，用于对测量平台上的工件进行成像，并将影像数据传输给中央控制模块，中央控制模块包括控制单元和数据处理单元，数据处理单元用于处理影像数据以获得工件的几何参数，控制单元用于控制驱动装置作动。本发明提供的移动平台式影像测量设备及方法，单次操作即可获得更大范围的影像，从而可以对更大范围内的工件或者更大尺寸的工件进行测量。

Description

移动平台式影像测量设备及方法

技术领域

本发明涉及一种测量技术，具体涉及一种移动平台式影像测量设备及方法。

背景技术

在精密工件的非接触式尺寸测量领域，常见的测量仪器有万能工具显微镜、测量投影仪和影像测量仪。万能工具显微镜和测量投影仪发展历史较长，技术成熟，使用范围广泛，市场保有率高，但在测量过程中人为干预的因素较多，测量效率低，测量数据的一致性、可靠性差。随着制造业生产效率的逐步提高，这种手工操作的测量仪器日益无法满足测量需求，在制造业的各个产业中都在面临逐步淘汰的命运。

影像测量仪是近几年才发展起来的高精度、高效率、多功能的非接触式精密尺寸测量仪器，其使用数字图像处理技术结合几何运算等手段来进行测量，具有全数字化、测量速度快等优点。但是，现有的影像测量仪的视野都比较窄，因此其能测量的范围有限，测量效率较低，对于大尺寸工件则几乎无法测量。因此，本领域技术人员亟需研制出一种可以大范围测量的影像测量设备或方法。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种可以大范围测量的影像测量设备和方法。

为了实现本发明的目的，本发明实施例一方面提供一种移动平台式影像测量设备，其包括底座、测量平台、光学成像系统和中央控制模块，所述底座包括驱动装置，所述测量平台设置于所述底座上，并与所述驱动装置连接以在所述驱动装置的驱动下相对于所述底座平移，所述光学成像系统与所述中央控制模块连接，用于对测量平台上的工件进行成像，并将影像数据传输给所述中央控制模块，所述中央控制模块包括控制单元和数据处理单元，所述数据处理单元用于处理所述影像数据以获得所述工件的几何参数，所述控制单元用于控制所述驱动装置作动。

优选地，所述数据处理单元包括图像匹配子单元和测量子单元，所述图像匹配子单元用于将所述光学成像系统获取的工件的影像与多个预存工件影像进行比对以选择相匹配的预存工件影像，所述测量子单元用于根据匹配的预存工件影像与所获取的工件影像得到两者之间的平移和旋转参数，根据所述平移和旋转参数对所获取的工件影像进行坐标变换，并根据坐标变换后的工件影像测得所述工件的几何参数。

优选地，所述移动平台式影像测量设备还包括报警模块，所述控制单元用于在所述图像匹配子单元未能找到相匹配的预存工件影像时发出报警信号，所述报警模块用于接收所述报警信号并报警。

优选地，所述移动平台式影像测量设备还包括存储模块，所述存储模块用于存储所述预存工件影像以及所述工件的几何参数。

优选地，所述控制单元用于控制所述驱动装置按预定策略作动以使所述测量平台按预定路径移动，并控制所述光学成像系统在测量平台移动的过程中对测量平台进行多次成像。

优选地，所述数据处理单元还用于将所述光学成像系统在所述测量平台移动过程中获取的多幅影像拼接以得到所述工件的影像，并根据拼接后的工件的影像计算工件的几何参数。

本发明实施例提供的移动平台式影像测量设备，通过在底座上设置驱动装置，并将测量平台与驱动装置连接，使得在测量时可以移动测量平台，单次操作即可获得更大范围的影像，从而可以对更大范围内的工件或者更大尺寸的工件进行测量。

本发明实施例另一方面提供一种移动平台式影像测量方法，用于测量工件的几何参数，其包括如下步骤：

将所述工件放置在一测量平台上；

按预定路径平移所述测量平台，并在预定路径的多个位置处分别获取所述测量平台上多个区域的影像；

拼接所述多个区域的影像，并从拼接后的多个区域的影像中获取所述工件的影像；

根据所述工件的影像计算得到所述工件的几何参数。

优选地，根据所述工件的影像计算得到所述工件的几何参数的步骤进一步包括如下步骤：

将所述工件的影像与多个预存工件影像进行比对以选择相匹配的预存工件影像；

根据匹配的预存工件影像与所获取的工件影像得到两者之间的平移和旋转参数；

根据平移和旋转参数对所获取的工件影像进行坐标变换，然后根据坐标变换后的工件影像测得所述工件的几何参数。

优选地，所述移动平台式影像测量方法还包括报警步骤：未能找到相匹配的预存工件影像时进行报警。

本发明实施例提供的移动平台式影像测量方法，通过使测量平台按预定路径平移并多次成像，因此单次操作即可获得更大范围的影像，从而可以对更大范围内的工件或者更大尺寸的工件进行测量。

附图说明

图1是本发明实施例提供的移动平台式影像测量设备的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的移动平台式影像测量设备的系统框架示意图。

图3是图2中的数据处理单元的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图1和图2，本发明实施例提供一种移动平台式影像测量设备，其包括底座11、测量平台12、光学成像系统14和中央控制模块15。

底座11大致呈长方体形状，底座11上设置有驱动装置，用于驱动测量平台12移动。具体地，驱动装置包括线性滑轨和传动系统，其可以驱动测量平台12沿底座11的宽度方向和长度方向平移。驱动装置与中央控制模块15电连接，根据中央控制模块15的信号进行作动。

测量平台12用于承载待测工件，其设置于底座11上，并与驱动装置连接以在驱动装置的驱动下相对于底座11平移。具体地，测量平台12也大致呈长方体形状，其上表面的中心设置有测量区域121，待测工件应放置于测量区域121内。测量区域121可以为透明玻璃，在测量区域121下方还可以设置透射光源，其光线可以穿过测量区域121照射到测量区域121上的工件上，再投射到光学成像系统14上，从而使工件成像。

光学成像系统14与中央控制模块15连接，用于对测量平台12上的工件进行成像，并将影像数据传输给中央控制模块15。具体地，底座11的一侧固定有向上以及向底座11中间延伸的支撑架13，光学成像系统14设置于支撑架13中。光学成像系统14包括光学镜头141和影像感测芯片（例如CCD、CMOS），光学镜头141位于测量平台12的上方，并大致对准底座11的中心，用于接收光线，影像感测芯片将光学镜头141接收到的光线转换为电信号，形成影像数据，并传输给中央控制模块15。

中央控制模块15包括控制单元151和数据处理单元152。控制单元151用于控制驱动装置作动，以使测量平台12相对于底座11平移。数据处理单元152用于接收光学成像系统14输出的影像数据，对这些影像数据进行处理和运算，以获得工件的几何参数。工件的几何参数可以包括尺寸、角度等参数。中央控制模块15可以是一个芯片，也可以是由多个芯片组成。

请参考图3，在一优选实施例中，数据处理单元152包括图像匹配子单元1521和测量子单元1523。

图像匹配子单元1521用于将光学成像系统14获取的工件的影像与多个预存工件影像进行比对以选择相匹配的预存工件影像。也即该移动平台式影像测量设备中可以预存多种工件的影像，图像匹配子单元1521将获取的工件的影像与预存工件影像进行比对，找出与所获取的工件的影像的图像特征点相同的预存工件影像，并由此确定工件的种类。匹配过程可以分为图像特征点提取、特征点匹配步骤。图像特征点提取具体可以采用如下方式进行：

1）使用一个半径为4个像素的圆形区域为特征提取模板，以模板中心遍历影像的所有像素位置；

2）在每个位置以模板中心像素的灰度值与模板内其他像素的灰度值比较，记录差值小于某个阈值的像素个数，将该数值除以模板面积值，以此作为模板中心所在位置的特征权值；

3）旋转所有特征权值小于0.4的位置作为初选特征点；

4）以每个初选特征点为中心，以尚书台特征提取模板为范围，对模板范围内的所有特征权值进行排序，若这些特征权值变化不均匀，有较大突变，则剔除该初选特征点；

5）对经过剔除的初选特征点，按照分布区域进行限制，对于密度过大的区域剔除部分特征点，剩下的初选特征点作为图像匹配用的特征点。

特征点匹配则采用最大相关匹配算法，对所获取的工件的影像中的特征点和预存工件影像的特征点进行匹配，找出两幅影像中的特征点匹配点对。

测量子单元1523用于根据匹配的预存工件影像与所获取的工件影像得到两者之间的平移和旋转参数，根据平移和旋转参数对所获取的工件影像进行坐标变换，然后根据坐标变换后的工件影像测得工件的几何参数。具体地，在图像匹配子单元1521完成特征点匹配后，测量子单元1523使用最小二乘法对这些对应特征点的坐标数据进行计算，得到所获取的工件影像和与之匹配的预存工件影像之间的旋转和平移参数，然后可以按照以下方式进行坐标转换：

$\left[\begin{array}{c}X\\ y\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\θ}& -\sin \mathrm{\θ}& \mathrm{\Δx}\\ \sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}& \mathrm{\Δy}\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x1\\ y1\\ 1\end{array}\right]$

其中，θ为预存工件影像与所获取的工件影像之间的旋转量，Δx和Δy为预存工件影像与所获取的工件影像之间的平移量，（x1，y1）为坐标变换前工件影像中的位置坐标，（x，y）为坐标变换后工件影像中的位置坐标。

请参考图2，在一优选实施例中，该移动平台式影像测量设备还包括报警模块18，当图像匹配子单元1521未能找到与所获取的工件影像相匹配的预存工件影像时，控制单元151发出报警信号，报警模块18接收报警信号并报警。报警模块18具体可以为蜂鸣器和/或警示灯。一般来说，当工件具有较严重的残缺或者混入非检测工件时，图像匹配子单元1521不能找到相匹配的预存工件影像，此时报警以提醒操作者。

请参考图2，在一优选实施例中，该移动平台式影像测量设备还包括存储模块16，存储模块16用于存储预存工件影像以及工件的几何参数。存储模块16具体可以为硬盘、闪存等。在开始检测之前，先在存储模块16中存储预存工件影像。具体操作方法可以是将标准工件放在测量平台12上进行成像，并保存所成影像；或者是将标准影像拷贝到存储模块16中。

在一优选实施例中，控制单元151用于控制驱动装置按预定策略作动以使测量平台12按预定路径移动，同时控制光学成像系统14在测量平台12移动的过程中对测量平台12进行多次成像。具体地，预定路径可以是“S”形或者其他形式的路径。由于测量区域121的面积较大，因此光学成像系统14很难一次性对测量区域121内的所有工件进行成像。使测量平台12按预定路径移动，其目的是使光学成像系统14尽快完成对整个测量区域121内的工件的成像。

进一步地，数据处理单元152对光学成像系统14在测量平台12移动过程中所获取的多幅影像进行拼接，得到完整的工件的影像，并根据拼接后的工件的影像计算工件的几何参数。当工件尺寸较大时，一次成像难以覆盖整个工件，因此通过多次成像并进行拼接的方式获得工件的完整影像，以计算工件的几何参数。图像拼接方法已是本领域技术人员的公知常识，此处不再赘述。

请参考图2，在一优选实施例中，该移动平台式影像测量设备还包括数据输出模块17，其用于将获得的工件的几何参数输出。数据输出模块17可以是USB接口，该USB接口与电脑连接。一般来说，在一段时间内，测量得到的工件的几何参数都会存储到存储模块16中，并以Word、Excel、CAD等格式存储。完成测量后，通过电脑和数据输出模块17从存储模块16中读取测量结果。当然，数据输出模块17也可以为显示器，其实时显示测量结果。

本发明实施例提供的移动平台式影像测量设备，通过在底座上设置驱动装置，并将测量平台与驱动装置连接，使得在测量时可以移动测量平台，单次操作即可获得更大范围的影像，从而可以对更大范围内的工件或者更大尺寸的工件进行测量。

本发明实施例还提供一种移动平台式影像测量方法，用于测量工件的几何参数，其包括如下步骤：

将工件放置在一测量平台12上；

按预定路径平移测量平台12，并在预定路径的多个位置处分别获取测量平台12上多个区域的影像；

拼接多个区域的影像，并从拼接后的多个区域的影像中获取工件的影像；

根据工件的影像计算得到工件的几何参数。

由于测量平台12在移动，而光学成像系统14不动，因此光学成像系统14每次都是对测量平台12上的不同区域进行成像。通过对多个区域的影像进行拼接，得到整个测量区域121的完整影像，从中获取工件的影像。当工件尺寸较大时，可能每次成像得到的工件影像均不完成，此时工件的完整影像是通过拼接得到的。而当工件尺寸较小时，工件的完整影像一般包含在其中一个区域的影像中。

在一优选实施例中，根据工件的影像计算得到工件的几何参数的步骤进一步包括如下步骤：

将工件的影像与多个预存工件影像进行比对以选择相匹配的预存工件影像；

根据匹配的预存工件影像与所获取的工件影像得到两者之间的平移和旋转参数；

根据平移和旋转参数对所获取的工件影像进行坐标变换，然后根据坐标变换后的工件影像测得工件的几何参数。

具体如何进行匹配和坐标变换，已在上面移动平台式影像测量设备的实施例中详细介绍，此处不再赘述。

在一优选实施例中，该移动平台式影像测量方法还包括报警步骤：当未能找到相匹配的预存工件影像时进行报警。一般来说，当工件具有较严重的残缺或者混入非检测工件时，图像匹配子单元1521不能找到相匹配的预存工件影像，此时报警以提醒操作者。

本发明实施例提供的移动平台式影像测量方法，通过使测量平台按预定路径平移并多次成像，因此单次操作即可获得更大范围的影像，从而可以对更大范围内的工件或者更大尺寸的工件进行测量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种移动平台式影像测量设备，其特征在于，包括底座、测量平台、光学成像系统和中央控制模块，所述底座包括驱动装置，所述测量平台设置于所述底座上，并与所述驱动装置连接以在所述驱动装置的驱动下相对于所述底座平移，所述光学成像系统与所述中央控制模块连接，用于对测量平台上的工件进行成像，并将影像数据传输给所述中央控制模块，所述中央控制模块包括控制单元和数据处理单元，所述数据处理单元用于处理所述影像数据以获得所述工件的几何参数，所述控制单元用于控制所述驱动装置作动。

2.根据权利要求1所述的移动平台式影像测量设备，其特征在于，所述数据处理单元包括图像匹配子单元和测量子单元，所述图像匹配子单元用于将所述光学成像系统获取的工件的影像与多个预存工件影像进行比对以选择相匹配的预存工件影像，所述测量子单元用于根据匹配的预存工件影像与所获取的工件影像得到两者之间的平移和旋转参数，根据所述平移和旋转参数对所获取的工件影像进行坐标变换，并根据坐标变换后的工件影像测得所述工件的几何参数。

3.根据权利要求2所述的移动平台式影像测量设备，其特征在于，还包括报警模块，所述控制单元用于在所述图像匹配子单元未能找到相匹配的预存工件影像时发出报警信号，所述报警模块用于接收所述报警信号并报警。

4.根据权利要求2所述的移动平台式影像测量设备，其特征在于，还包括存储模块，所述存储模块用于存储所述预存工件影像以及所述工件的几何参数。

5.根据权利要求1至4任一项所述的移动平台式影像测量设备，其特征在于，所述控制单元用于控制所述驱动装置按预定策略作动以使所述测量平台按预定路径移动，并控制所述光学成像系统在测量平台移动的过程中对测量平台进行多次成像。

6.根据权利要求1至5任一项所述的移动平台式影像测量设备，其特征在于，所述数据处理单元还用于将所述光学成像系统在所述测量平台移动过程中获取的多幅影像拼接以得到所述工件的影像，并根据拼接后的工件的影像计算工件的几何参数。

7.一种移动平台式影像测量方法，用于测量工件的几何参数，其特征在于，包括如下步骤：

将所述工件放置在一测量平台上；

按预定路径平移所述测量平台，并在预定路径的多个位置处分别获取所述测量平台上多个区域的影像；

拼接所述多个区域的影像，并从拼接后的多个区域的影像中获取所述工件的影像；

根据所述工件的影像计算得到所述工件的几何参数。

8.根据权利要求7所述的移动平台式影像测量方法，其特征在于，根据所述工件的影像计算得到所述工件的几何参数的步骤进一步包括如下步骤：

将所述工件的影像与多个预存工件影像进行比对以选择相匹配的预存工件影像；

根据匹配的预存工件影像与所获取的工件影像得到两者之间的平移和旋转参数；

根据平移和旋转参数对所获取的工件影像进行坐标变换，然后根据坐标变换后的工件影像测得所述工件的几何参数。

9.根据权利要求8所述的移动平台式影像测量方法，其特征在于，还包括报警步骤：未能找到相匹配的预存工件影像时进行报警。

Images