專利名稱：大尺寸零件的視覺測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用機器視覺獲得零件尺寸的大尺 寸零件的視覺測量裝置。
背景技術(shù)：
人類傳遞信息主要有三個渠道語言、文字和圖像。從信息論的角度來看， "圖像"所包含的信息量最大、最豐富。人類所得到的外界信息有70%以上來自 眼睛的攝取，在許多場合沒有任何其它形式比圖像所傳遞的信息更加豐富和真 切。近20年來，大量的學(xué)者研究用計算機代替人自動處理大量的"圖像"信息， 解決人類生理器官所不能識別的問題，從而部分代替人的腦力勞動，這使得圖像 處理分析技術(shù)成為一門跨學(xué)科的前沿高科技技術(shù)。從20世紀80年代中期到90 年代，圖像處理分析技術(shù)取得了突飛猛進的發(fā)展，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在遙感、工業(yè)檢 測、機器人視覺、機械、交通、電子商務(wù)等領(lǐng)域?，F(xiàn)在人們已充分認識到圖像處 理分析技術(shù)是認識世界、改造世界的重要手段。
近年來，隨著計算機與機器視覺技術(shù)的發(fā)展，圖像處理與分析方法水平不斷 提高，使基于機器視覺成像方法的幾何測量技術(shù)逐漸成為機械加工自動測量的一 種革新手段。機器視覺在線測量具有非接觸、設(shè)備簡單、對現(xiàn)場環(huán)境有求不高、 通用性好、易于實現(xiàn)自動化等諸多優(yōu)點而受到人們的廣泛關(guān)注。
現(xiàn)有的機械零件二維幾何尺寸測量方法，主要集中在基于單幅圖像的尺寸測 量和基于圖像拼接的尺寸測量?；趩畏鶊D像的尺寸測量方法是用單幅圖像反映 待測零件尺寸的全貌，通過對單幅圖像的處理分析獲得工件的尺寸。但是受成像 區(qū)域和檢測分辨率成反比例關(guān)系的制約，若用單幅圖像獲得待測零件全貌的較高 精度圖像，就必須要求待測零件很小。所以基于單幅圖像的尺寸測量方法的缺點 在于只能檢測尺寸比較小(通常在50mm以內(nèi))的零件。另外，由于該方法采用 傳統(tǒng)的像素當量測量法，測量精度不是很高；為解決大尺寸零件(50mm—500mm)
的視覺測量問題，有研究學(xué)者提出了基于圖像拼接技術(shù)的尺寸測量方法。該方法 通過攝相機每次只成像大尺寸零件的局部區(qū)域，把所有局部圖像拼接成一整幅圖 像后再對零件進行測量?；趫D像拼接技術(shù)的尺寸測量方法的缺點是需要處理大 量的數(shù)據(jù)，以現(xiàn)有的圖像處理算法和計算速度，還無法實現(xiàn)快速測量的要求。另 外，該方法需要在被測零件上人為加入"點"和"線"特征，這在機械零件的自 動測量環(huán)境下是不便做到的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于機器視覺的大尺寸零件(50mm—500mm)測量裝置， 可以快速地獲得待測零件各局部區(qū)域的較高精度圖像，通過一定的圖像處理算法 得到各局部區(qū)域的特征尺寸，再對所有特征尺寸進行補償、求和，從而獲得零件 的整體尺寸。
本發(fā)明是這樣來解決其技術(shù)問題的-
一種基于機器視覺的大尺寸零件測量裝置，包括底座和大、小標定塊，所述 的大標定塊與小標定塊的長度之比為3: 2~2: 1，在底座上滑動連接有L型移動 臺，在L型移動臺的立臂上滑動連接有支撐桿，并且，L型移動臺的滑動方向與 支撐桿的滑動方向垂直，在支撐桿上轉(zhuǎn)動連接有旋轉(zhuǎn)塊，且旋轉(zhuǎn)塊的旋轉(zhuǎn)運動平 面位于由L型移動臺滑動方向與支撐桿的滑動方向所確定的平面平行，在所述 的旋轉(zhuǎn)塊的水平軸上轉(zhuǎn)動連接有相機支撐板，且相機支撐板的旋轉(zhuǎn)運動平面與由 L型移動臺滑動方向與支撐桿的滑動方向所確定的平面垂直，在相機支撐板上設(shè) 有攝相機。在所述的底座上設(shè)有平移裝置，在該平移裝置上設(shè)有白色背景板，且 白色背景板位于攝相機的下方，在底座上設(shè)有用于觀測托盤移動距離的鋼尺。
本發(fā)明進一步在所述的旋轉(zhuǎn)塊的豎直軸上滑動連接光源支撐塊，且光源支撐 塊的滑動方向與相機支撐板的滑動方向垂直。
在所述的平移裝置支座和電機，在支座轉(zhuǎn)動連接有螺桿，在螺桿上螺紋連接 有托盤，且該托盤的底面與底座表面滑動接觸，托盤的滑動方向與L型移動臺 的滑動方向垂直，所述的電機的輸出軸與螺桿連接。
本發(fā)明的優(yōu)點
第一、本發(fā)明為大尺寸零件(50mm—500mm)提供了高精度的視覺測量裝置； 第二、本發(fā)明的機構(gòu)實現(xiàn)了空間5個自由度的調(diào)節(jié)，并配有環(huán)形光源和白色 背景板可以最大程度地提高圖像質(zhì)量，減少圖像不清晰對測量誤差的影響；
第三、本發(fā)明為大尺寸零件(50mm—500誦)提供了非接觸式的視覺測量方 法，實現(xiàn)了基于機器視覺的工件尺寸的自動測量。
第四、本發(fā)明的標定方法利用了兩個標定塊的尺寸差信息，并對像素當量值 進行補償，減少了標定數(shù)據(jù)的誤差，從而提高工件尺寸的測量精度；
第五、本發(fā)明提出了一種"化整為零"獲得反映大尺寸零件全貌的各局部區(qū) 域的圖像，再"化零為整"計算零件尺寸的思想。
第六、本發(fā)明在獲得高速攝相機的標定數(shù)據(jù)時，操作簡單、不需要復(fù)雜的輔 助調(diào)整設(shè)備。
第七、應(yīng)用本發(fā)明的測量方法，減少工序的輔助時間，測量效率高，可視性 好、測量精度高。


圖1是基于機器視覺的大尺寸零件測量裝置示意圖。圖1中1是高速攝相機、 2是相機支撐板、3是廣角鏡頭3、 4是環(huán)形光源、5是光源支撐塊、6是豎直軸、 7是水平軸、8是旋轉(zhuǎn)塊、9是旋轉(zhuǎn)軸、IO是支撐桿、ll是豎直調(diào)整板、12是螺 釘、13是L型移動臺、14是螺釘、15是底座、16是支座、17是螺桿、18是托 盤、19是鋼尺、20是白色背景板、21是電機、22是長標定塊、23是短標定塊、 24是導(dǎo)向塊、25是光源鎖緊螺釘。
圖2是L型移動臺移動鎖緊截面圖。其中24是標準導(dǎo)向塊，30是螺母；
圖3是環(huán)形光源支撐塊鎖緊示意圖。其中25是螺釘；
圖4是相機支撐塊鎖緊示意圖。其中26是螺釘；
圖5是豎向調(diào)整板移動、鎖緊示意圖。其中，12是3螺釘，27是標準導(dǎo)向 塊，29是螺母；
圖6平移機構(gòu)截面圖。其中，28是標準導(dǎo)向塊；
圖7是零件的序列局部圖像示意圖。為清晰地看清局部區(qū)域的圖像，將相鄰
局部圖像交錯排列。
具體實施例方式
一種基于機器視覺的大尺寸零件測量裝置，包括底座15和大、小標定塊22、 23，所述的大標定塊22與小標定塊23的長度之比為3: 2~2: 1，本實施例可以 選擇3: 2、 1.8: l或2: 1，在底座15上滑動連接有L型移動臺13,在L型移 動臺13的立臂上滑動連接有支撐桿10，并且，L型移動臺13的滑動方向與支 撐桿10的滑動方向垂直，在支撐桿10上轉(zhuǎn)動連接有旋轉(zhuǎn)塊8,且旋轉(zhuǎn)塊8的旋 轉(zhuǎn)運動平面位于由L型移動臺13滑動方向與支撐桿10的滑動方向所確定的平 面平行，在所述的旋轉(zhuǎn)塊8的水平軸7上轉(zhuǎn)動連接有相機支撐板2，且相機支撐 板2的旋轉(zhuǎn)運動平面與由L型移動臺13滑動方向與支撐桿10的滑動方向所確 定的平面垂直，在相機支撐板2上設(shè)有攝相機1,在所述的底座15上設(shè)有平移 裝置，在該平移裝置上設(shè)有白色背景板20且白色背景板20位于攝相機1的下方， 在底座15上設(shè)有用于觀測托盤移動距離的鋼尺19。
在所述的旋轉(zhuǎn)塊8上滑動連接光源支撐塊5，且光源支撐塊5的滑動方向與 相機支撐板2的滑動方向垂直。
所述的平移裝置支座16和電機21，在支座16轉(zhuǎn)動連接有螺桿17，在螺桿 17上螺紋連接有托盤18且該托盤18的底面與底座15表面滑動接觸，托盤18 的滑動方向與L型移動臺的滑動方向垂直，所述的電機21的輸出軸與螺桿17 連接。
下面結(jié)合附圖通過一個實例對本發(fā)明作進一步的詳述，以便對本發(fā)明的具體 實施方式和一些細節(jié)有更透徹的理解。但所屬領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可以認識到， 為了清楚地描述本發(fā)明的測量裝置，因而對眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作沒有示 出或進行詳細地描述。
參照圖1，基于機器視覺的大尺寸零件測量裝置。該裝置的特征在于包括底 座15和大、小標定塊，所述的大標定22塊長度為10. 24mm,小標定塊23的長度 為5. 12mra，在底座15上滑動連接有L型移動臺13，在L型移動臺13的立臂上 滑動連接有支撐桿10，并且，L型移動臺13的滑動方向與支撐桿10的滑動方向 垂直，在支撐桿10上轉(zhuǎn)動連接有旋轉(zhuǎn)塊8，且旋轉(zhuǎn)塊8的旋轉(zhuǎn)運動平面位于由L
型移動臺13滑動方向與支撐桿10的滑動方向所確定的平面平行，在所述的旋轉(zhuǎn) 塊8的水平軸7上轉(zhuǎn)動連接有相機支撐板2，且相機支撐板2的旋轉(zhuǎn)運動平面與 由L型移動臺13滑動方向與支撐桿10的滑動方向所確定的平面垂直。在所述的 旋轉(zhuǎn)塊8的豎直軸6上滑動連接光源支撐塊5，且光源支撐塊5的滑動方向與相 機支撐板2的滑動方向垂直。在相機支撐板2上設(shè)有攝相機1。在所述的底座15 上設(shè)有平移裝置，在該平移裝置上設(shè)有白色背景板20且白色背景板20位于攝相 機1的下方，在底座15上設(shè)有用于觀測托盤移動距離的鋼尺19。平移裝置支座 16和電機21,在支座16轉(zhuǎn)動連接有螺桿17，電機21的輸出軸與螺桿17連接， 在螺桿17上轉(zhuǎn)動連接有托盤18，該托盤18的滑動導(dǎo)向可參見圖6。
在所述的平移裝置包括支座16和電機21，在支座16轉(zhuǎn)動連接有螺桿17， 在螺桿17上螺紋連接有托盤18且該托盤18的底面與底座15表面滑動接觸，托 盤18的滑動方向與L型移動臺的滑動方向垂直，所述的電機21的輸出軸與螺 桿17連接。
參照圖2， L型移動臺鎖緊截面圖。其中13是L型移動臺移動基座，14是螺 釘，15是底座，24是導(dǎo)向塊，30是螺母。標準導(dǎo)向塊24固定在L型移動臺13 上。當標準導(dǎo)向塊24在底座15的導(dǎo)向槽內(nèi)滑動時，L型移動臺13就可以實現(xiàn) 在底座15表面上滑動。因此，可以適當調(diào)節(jié)攝相機所拍攝的零件的范圍。調(diào)整 好后，通過旋緊螺釘14,鎖緊L型移動臺。
參照圖3，環(huán)形光源支撐塊鎖緊示意圖。其中，4是環(huán)形光源，5是光源支撐 塊，6是豎直軸，25是螺釘。環(huán)形光源4固定在光源支撐塊5上，光源支撐塊5 可沿軸6滑動，調(diào)節(jié)環(huán)形光源4與零件之間的距離，同時，光源支撐塊5也可繞 軸6進行一定角度的旋轉(zhuǎn)。盡可能使環(huán)形光源4與相機鏡頭光軸同軸。通過調(diào)節(jié) 該機構(gòu)，盡可能獲得較好的圖像效果，然后，旋緊螺釘25，鎖緊光源支撐塊。
參照圖4，相機支撐塊鎖緊示意圖。其中，l是攝相機，2是相機支撐塊，3 是廣角鏡頭，7是水平軸，26是螺釘。相機l固定在相機支撐塊2上，相機支撐 塊2可繞水平軸7旋轉(zhuǎn)，以使相機光軸與零件表面垂直，相機支撐塊2也可沿水 平軸7滑動，從而調(diào)節(jié)相機所拍攝的零件區(qū)域。完成調(diào)節(jié)后，旋緊螺釘26，鎖 緊相機支撐塊2。
參照圖5，豎向調(diào)整板鎖緊截面圖。11是豎直調(diào)整板，12是螺釘、13是L 型移動臺的立臂，27是導(dǎo)向塊。導(dǎo)向塊固定在豎直調(diào)整板上。導(dǎo)向塊可在L型 移動臺立臂的導(dǎo)向槽內(nèi)滑動，從而實現(xiàn)豎直調(diào)整板的豎向調(diào)節(jié)。完成調(diào)節(jié)后，旋 緊螺釘，鎖緊豎向調(diào)整板。
參照圖6，平移機構(gòu)滑動截面圖。其中，15是底座、17是螺桿、18是托盤、 19是鋼尺、20是白色背景板、28是導(dǎo)向塊。導(dǎo)向塊固定在當螺桿由電機帶動旋 轉(zhuǎn)后，螺桿推動托盤在底座表面上滑動，且托盤通過導(dǎo)向塊在導(dǎo)向槽內(nèi)滑動來做 導(dǎo)向。鋼尺19用于觀測托盤行進的距離。
參照圖7，零件的序列局部圖像示意圖。受成像區(qū)域和圖像分辨率成反比例 關(guān)系的制約，如果要獲得較高精度的大尺寸零件的圖像，就要減小攝相機的成像 區(qū)域，從而，只能攝相大尺寸零件的局部區(qū)域。本發(fā)明的視覺測量裝置，實現(xiàn)對 大尺寸零件的各局部區(qū)域攝相，需要注意的是，相鄰局部圖像要有一定寬度的重 疊區(qū)域，便于后續(xù)圖像處理算法的實現(xiàn)。圖7中，為了能清晰地表達拍攝的各局 部圖像，特將零件的局部圖像交錯排列。
權(quán)利要求
1.一種基于機器視覺的大尺寸零件測量裝置，其特征在于包括底座(15)和大、小標定塊(22、23)，所述的大標定塊(22)與小標定塊(23)的長度之比為3∶2～2∶1，在底座(15)上滑動連接有L型移動臺(13)，在L型移動臺(13)的立臂上滑動連接有支撐桿(10)，并且，L型移動臺(13)的滑動方向與支撐桿(10)的滑動方向垂直，在支撐桿(10)上轉(zhuǎn)動連接有旋轉(zhuǎn)塊(8)，且旋轉(zhuǎn)塊(8)的旋轉(zhuǎn)運動平面位于由L型移動臺(13)滑動方向與支撐桿(10)的滑動方向所確定的平面平行，在所述的水平軸(7)上轉(zhuǎn)動連接有相機支撐板(2)且相機支撐板(2)的旋轉(zhuǎn)運動平面與由L型移動臺(13)滑動方向與支撐桿(10)的滑動方向所確定的平面垂直，在相機支撐板(2)上設(shè)有攝相機(1)，在所述的底座(15)上設(shè)有平移裝置，在該平移裝置上設(shè)有白色背景板(20)且白色背景板(20)位于攝相機(1)的下方，在底座(15)上設(shè)有用于觀測托盤移動距離的鋼尺(19)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機器視覺的大尺寸零件測量裝置，其特征在 于在所述的豎直軸(6)上滑動連接光源支撐塊(5)，且光源支撐塊(5)的滑動 方向與相機支撐板(2)的滑動方向垂直。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機器視覺的大尺寸零件測量裝置，其特征在 于平移裝置支座(16)和電機(21)，在支座(16)轉(zhuǎn)動連接有螺桿(17)，在螺 桿(17)上螺紋連接有托盤(18)且該托盤(18)的底面與底座(15)表面滑動 接觸，托盤(18)的滑動方向與L型移動臺的滑動方向垂直，所述的電機(21) 的輸出軸與螺桿(17)連接。
全文摘要
一種基于機器視覺的大尺寸零件測量裝置，含底座和大、小標定塊，所述的大標定塊與小標定塊的長度之比為3∶2～2∶1，在底座上滑動連接有L型移動臺，在L型移動臺的立臂上滑動連接有支撐桿，并且，L型移動臺的滑動方向與支撐桿的滑動方向垂直，在支撐桿上轉(zhuǎn)動連接有旋轉(zhuǎn)塊，且旋轉(zhuǎn)塊的旋轉(zhuǎn)運動平面位于由L型移動臺滑動方向與支撐桿的滑動方向所確定的平面平行，在所述的旋轉(zhuǎn)塊轉(zhuǎn)動連接有相機支撐板且相機支撐板的旋轉(zhuǎn)運動平面與由L型移動臺滑動方向與支撐桿的滑動方向所確定的平面垂直，在相機支撐板上設(shè)有攝相機，在所述的底座上設(shè)有平移裝置，在平移裝置上設(shè)白色背景板，且白色背景板位于攝相機的下方，在底座上設(shè)用于觀測托盤移動距離的鋼尺。
文檔編號G01B11/00GK101349542SQ20081012437
公開日2009年1月21日 申請日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者何博俠, 劉國良, 史金飛, 張志勝 申請人:東南大學(xué)