計算機視覺技術(shù)跨視場精確測量矩形零件尺寸的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了計算機視覺技術(shù)跨視場精確測量矩形零件尺寸的方法，包括：將待測矩形零件放置于矩形基準塊上，使得對稱軸O與對稱軸O’相互平行或者相互成一定的夾角α，且0°≤α<15°；確保零件不超出矩形基準塊的邊緣；利用矩形基準塊中線段EE’、FF’、GG’、HH’、EF的長度，結(jié)合利用預(yù)先設(shè)置的計算機圖像處理程序精確檢測的線段EI、I’E’、FJ、J’F’、GK、K’G’、HP、P’H’長度，計算待測矩形零件的邊緣線尺寸。本發(fā)明檢測結(jié)果的精度高，且降低了檢測系統(tǒng)的成本，可應(yīng)用于精確測量矩形零件尺寸。
【專利說明】計算機視覺技術(shù)跨視場精確測量矩形零件尺寸的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計算機視覺精確測量領(lǐng)域，特指ー種計算機視覺技術(shù)跨視野精確測量矩形零件尺寸的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]エ業(yè)產(chǎn)品零件的實測尺寸是判斷其質(zhì)量的重要依據(jù)，控制零件的尺寸在設(shè)計的誤差范圍內(nèi)是保證成品品質(zhì)的重要手段。目前，エ業(yè)產(chǎn)品零件尺寸的檢測包括接觸式測量方法和非接觸式測量方法兩大類。接觸式測量方法主要有游標卡尺、千分尺、三坐標測量儀等，此類測量方法的結(jié)果雖然準確，但是測量過程耗時費力，容易碰傷、刮傷產(chǎn)品零件的表面，難以滿足エ業(yè)大生產(chǎn)的需求。非接觸式測量方法主要有激光測量法和計算機視覺測量法，此類測量方法具有重現(xiàn)性好，檢測速度快，容易實現(xiàn)在線檢測等優(yōu)勢；其中計算機視覺測量方法能夠?qū)Ξa(chǎn)品零件表面的多個尺寸參數(shù)進行同時檢測，已被廣泛運用于エ業(yè)產(chǎn)品零件的尺寸檢測。
[0003]目前，計算機視覺已被用于精確檢測固定視場內(nèi)待測對象的細微特征。專利“ー種高精度顯微疲勞試驗機”(申請?zhí)?200810207563.2)公開了ー種利用計算機視覺檢測微觀裂紋尺寸的方法。該方法通過顯微鏡放大視場內(nèi)試樣疲勞裂紋區(qū)域的圖像，經(jīng)相機拍攝該視場下的圖像并送入計算機，通過圖像處理技木精確測量視場內(nèi)試樣裂紋的長度。當整條待測裂紋沒有超出顯微鏡的視場時，該方法能夠精確的測量裂紋的長度；當待測裂紋的某個部分超出了顯微鏡的視場時，則該方法難以測量裂紋的長度，因此該方法不能精確檢測超出固定視場區(qū)域的細微特征。
[0004]在利用計算機視覺進行精確測量時，為了有效的捕捉試樣的局部特征，相機或者顯微鏡的視場大小往往是受限的，視場的長或?qū)捯话銥?_?5_，而待測的特征參數(shù)如產(chǎn)品零件的長度、寬度、厚度等往往超出相機或顯微鏡的視場區(qū)域，如何跨視場精確檢測上述特征參數(shù)是計算機視覺測量領(lǐng)域的難點。針對這ー問題，專利“ー種零件視覺檢測裝置”(申請?zhí)?200910079737.6)公開了ー種計算機視覺跨視場檢測零件表面缺陷及形貌尺寸的裝置。該裝置利用CCD相機與放大物鏡等組成成像系統(tǒng)，將待測零件固定于位移臺上，同時檢測裝置設(shè)有記錄位移臺移動距離的檢測系統(tǒng)。該裝置通過位移臺將零件的邊緣區(qū)域連續(xù)的送入成像系統(tǒng)的視場內(nèi)，最終通過成像系統(tǒng)拍攝的零件邊緣圖像和位移檢測系統(tǒng)記錄的移動距離計算出零件的形貌尺寸。由于該裝置的測量精度不僅與零件邊緣圖像的視覺識別精度有關(guān)，而且與位移檢測系統(tǒng)對機械位移臺行程的記錄精度密切相關(guān)，因此不能實現(xiàn)高精度測量。專利“一種數(shù)碼位移測量儀”(申請?zhí)?201120026446.3)公開了ー種利用多個相機聯(lián)用進行計算機視覺高精度測量的方法。該方法首先獲取各個相機視場內(nèi)待測對象局部區(qū)域的圖像信息，然后利用圖像拼接技術(shù)將各個相機獲取的局部區(qū)域圖像拼接成一幅待測對象的全景圖像，進而利用計算機視覺技術(shù)對待測對象進行高精度測量。雖然該檢測裝置的測量精度不會受到機械位移臺的影響，但是當待測參數(shù)比相機視場大幾十倍、上百倍、甚至更多時，需要幾十、上百甚至更多相機的聯(lián)用才能完成測量，容易導(dǎo)致檢測成本偏高。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供計算機視覺技術(shù)跨視場精確測量矩形零件尺寸的方法，以實現(xiàn)對矩形零件的尺寸進行精確測量。
[0006]為了消除機械位移臺對測量精度的影響以及有效控制檢測系統(tǒng)的成本，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]本發(fā)明是基于計算機視覺技術(shù)跨視野精確測量矩形零件尺寸的裝置，包括矩形基準塊ABCD、待測矩形零件A’ B’ C’ D’、視覺成像系統(tǒng)、計算機、機械位移臺組成；
[0008]所述矩形基準塊AB⑶的長寬比與待測矩形零件A’ B’ C’ D’標準件的長寬比相同，且矩形基準塊AB⑶的面積比待測矩形零件A’ B’ C’ D’標準件的面積大5%-20% ;在矩形基準塊AB⑶上設(shè)置有兩條水平方向的參考線EE’和FF’以及兩條垂直方向的參考線GG’和HH’，且參考線EE’的長度Lee,、參考線FF’的長度Lff,、參考線GG’的長度Lre,、參考線HH’的長度Lhh，、參考點E和參考點F之間的長度Lef、參考點G和參考點H之間的長度Lra、矩形基準塊AB⑶的四條邊緣線ム8、8(:、-、04的長度‘、1-、1-、1-均為已知；虛線0為矩形基準塊ABCD在垂直方向的對稱軸；
[0009]所述待測矩形零件A’ B’ C’ D’在垂直方向的對稱軸為虛線0’;所述視覺成像系統(tǒng)由相機、鏡頭、光源、圖像采集卡和數(shù)據(jù)傳輸線組成，且視覺成像系統(tǒng)固定安裝于機械位移臺上；所述的計算機內(nèi)置預(yù)先開發(fā)的圖像處理程序，能夠獲取、存儲、處理視覺成像系統(tǒng)獲取的圖像；所述機械位移臺能夠攜帶視覺成像系統(tǒng)沿著設(shè)定的路徑在矩形基準塊ABCD的上方做水平運動。
[0010]基于計算機視覺技術(shù)跨視場精確測量矩形零件尺寸的方法，其特征在于包括以下步驟:
[0011]步驟一，將待測矩形零件A’ B’ C’ D’放置于矩形基準塊AB⑶上，使得對稱軸0與對稱軸0’相互平行或者相互成一定的夾角a，i0° ( a〈15° ；
[0012]步驟ニ，檢查待測矩形零件A’B’C’D’的任何部分是否超出矩形基準塊AB⑶的邊緣，具體分以下三個過程:
[0013]過程一，機械位移臺攜帯視覺成像系統(tǒng)在距離矩形基準塊AB⑶上表面2mm-200mm的水平面內(nèi)沿著A — B — C — D — A運動一周，移動的過程中視覺成像系統(tǒng)連續(xù)拍攝矩形基準塊AB⑶的四條邊緣線AB、BC、⑶、DA的圖像，并存儲于計算機；
[0014]過程ニ，計算機通過對矩形基準塊AB⑶的四條邊緣線AB、BC、⑶、DA的圖像進行處理，判斷邊緣線AB、BC 、⑶、DA是否被待測矩形零件A’ B’ C’ D’覆蓋；
[0015]過程三，如果邊緣線AB、BC、⑶、DA的任何一點被待測矩形零件A’ B’ C’ D’覆蓋，則返回步驟ー；如果邊緣線AB、BCXD、DA的任何一點均沒有被待測矩形零件A’ B’ C’ D’覆蓋，則進入步驟三；
[0016]步驟三，機械位移臺攜帯視覺成像系統(tǒng)在距離矩形基準塊AB⑶上表面2mm-200111111的水平面內(nèi)移動，分別獲取參考線￡￡’、？？’、66’、冊’未被待測矩形零件A’ B，C，D’覆蓋部分的圖像，共拍攝8幅圖像，拍攝過程使得線段E1、I’ E’、FJ、J’ F’、GK、K’ G’、HP、P’ H’完整出現(xiàn)在視覺成像系統(tǒng)的視場中。其中1、1’分別為參考線EE’與待測矩形零件邊緣線A’ D’、B’ C’的交叉點，J、J’分別為參考線FF’與待測矩形零件邊緣線A’ D’、B’ C’的交叉點，K、K’分別為參考線GG’與待測矩形零件邊緣線A’ B’、D’ C’的交叉點，P、P’分別為參考線HH’與待測矩形零件邊緣線A’ B’、D’ C’的交叉點；
[0017]步驟四，利用預(yù)先設(shè)置的計算機圖像處理程序精確檢測步驟三8幅圖像中的線段長度，分別得到線段EI的長度Le1、線段I’E’的長度Li>e，、線段FJ的長度L?、線段J’F’的長度b，F(xiàn)，、線段GK的長度Lff1、線段K’ G’的長度Lrs，、線段HP的長度Lhp、線段P’H’的長度 LP’ H，；
[0018]步驟五，利用矩形基準塊AB⑶中線段EE’、FF’、GG’、HH’、EF的長度，結(jié)合步驟四中得到的線段E1、I’ E’、FJ、J’ F’、GK、K’ G’、HP、P’ H’的長度，計算待測矩形零件A’ B’ C’ D’
的邊緣線尺寸La，b，和La，d’ ；
[0019]所述待測矩形零件A’ B’ C’ D’的邊緣線尺寸LA，B，和LA，D，分以下兩種方式計算:
[0020]方式一:當滿足條件
【權(quán)利要求】
1.計算機視覺技術(shù)跨視場精確測量矩形零件尺寸的方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一，將待測矩形零件A’ B’ C’ D’放置于矩形基準塊AB⑶上，使得對稱軸O與對稱軸0’相互平行或者相互成一定的夾角a，i0° ( a <15° ； 步驟ニ:檢查待測矩形零件A’ B’ C’ D’的任何部分，確保不超出矩形基準塊ABCD的邊緣； 步驟三,機械位移臺攜帶視覺成像系統(tǒng)在距離矩形基準塊AB⑶上表面2mm-200mm的水平面內(nèi)移動，分別獲取參考線EE’、FF’、GG’、HH’未被待測矩形零件A’ B’ C’ D’覆蓋部分的圖像，共拍攝8幅圖像，拍攝過程使得線段E1、I’ E，、FJ、J，F(xiàn)，、GK、K，G’、HP、P’ H，完整出現(xiàn)在視覺成像系統(tǒng)的視場中；1、1’分別為參考線EE’與待測矩形零件邊緣線A’ D’、B’ C’的交叉點，J、J’分別為參考線FF’與待測矩形零件邊緣線A’ D’、B’ C’的交叉點，K、K’分別為參考線GG’與待測矩形零件邊緣線A’ B’、D’ C’的交叉點，P、P’分別為參考線HH’與待測矩形零件邊緣線A’ B’、D’ C’的交叉點； 步驟四，利用預(yù)先設(shè)置的計算機圖像處理程序精確檢測步驟三中所述8幅圖像中的線段長度，分別得到線段EI的長度Le1、線段I’ E’的長度Lu，、線段FJ的長度L?、線段J’ F’的長度b，F(xiàn)，、線段GK的長度Lff1、線段K’ G’的長度Lrs，、線段HP的長度Lhp、線段P’H’的長度Lp.H，； 步驟五，利用矩形基準塊AB⑶中線段EE’、FF’、GG’、HH’、EF的長度，結(jié)合步驟四中得到的線段E1、I’ E，、FJ、J，F(xiàn)，、GK、K，G，、HP、P，H，的長度，計算待測矩形零件A’ B，C，D，的邊緣線尺寸La，b，和La，d’。
2.如權(quán)利要求1所述的計算機視覺技術(shù)跨視場精確測量矩形零件尺寸的方法，其特征在于所述步驟ニ進ー步具體為: 過程一，機械位移臺攜帶視覺成像系統(tǒng)在矩形基準塊AB⑶上表面2mm-200mm的水平面沿著A — B — C — D — A運動一周，移動的過程中視覺成像系統(tǒng)連續(xù)拍攝矩形基準塊AB⑶的四條邊緣線AB、BC、⑶、DA的圖像，并存儲于計算機； 過程ニ，計算機通過對矩形基準塊AB⑶的四條邊緣線AB、BC、⑶、DA的圖像進行處理，判斷邊緣線AB、BC、⑶、DA是否被待測矩形零件A’ B’ C’ D’覆蓋； 過程三，如果邊緣線AB、BC、⑶、DA的任何一點被待測矩形零件A’ B’ C’ D’覆蓋，則返回步驟ー；如果邊緣線AB、BC、⑶、DA的任何一點均沒有被待測矩形零件A’ B’ C’ D’覆蓋，則進入步驟三。
3.如權(quán)利要求1所述的計算機視覺技術(shù)跨視場精確測量矩形零件尺寸的方法，其特征在于:所述步驟五中待測矩形零件A’ B’ C’ D’的邊緣線尺寸LA，B，和LA，D，分以下兩種方式計算:
方式一，當滿足條件；
【文檔編號】G01B11/00GK103438803SQ201310426502
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】殷曉平, 李鵬飛, 石吉勇, 鄒小波, 黃曉瑋 申請人:蘇州曉創(chuàng)光電科技有限公司, 江蘇大學(xué)