計算機視覺技術跨視場精確測量矩形零件尺寸的方法
2023-12-11 00:09:52 1
計算機視覺技術跨視場精確測量矩形零件尺寸的方法
【專利摘要】本發明公開了計算機視覺技術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於矩形基準塊上，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，結合利用預先設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。本發明檢測結果的精度高，且降低了檢測系統的成本，可應用於精確測量矩形零件尺寸。
【專利說明】計算機視覺技術跨視場精確測量矩形零件尺寸的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及計算機視覺精確測量領域，特指ー種計算機視覺技術跨視野精確測量矩形零件尺寸的方法。
【背景技術】
[0002]エ業產品零件的實測尺寸是判斷其質量的重要依據，控制零件的尺寸在設計的誤差範圍內是保證成品品質的重要手段。目前，エ業產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遊標卡尺、千分尺、三坐標測量儀等，此類測量方法的結果雖然準確，但是測量過程耗時費力，容易碰傷、刮傷產品零件的表面，難以滿足エ業大生產的需求。非接觸式測量方法主要有雷射測量法和計算機視覺測量法，此類測量方法具有重現性好，檢測速度快，容易實現在線檢測等優勢；其中計算機視覺測量方法能夠對產品零件表面的多個尺寸參數進行同時檢測，已被廣泛運用於エ業產品零件的尺寸檢測。
[0003]目前，計算機視覺已被用於精確檢測固定視場內待測對象的細微特徵。專利「ー種高精度顯微疲勞試驗機」(申請號: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試樣疲勞裂紋區域的圖像，經相機拍攝該視場下的圖像並送入計算機，通過圖像處理技木精確測量視場內試樣裂紋的長度。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域的細微特徵。
[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徵，相機或者顯微鏡的視場大小往往是受限的，視場的長或寬一般為2_?5_，而待測的特徵參數如產品零件的長度、寬度、厚度等往往超出相機或顯微鏡的視場區域，如何跨視場精確檢測上述特徵參數是計算機視覺測量領域的難點。針對這ー問題，專利「ー種零件視覺檢測裝置」(申請號: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，將待測零件固定於位移臺上，同時檢測裝置設有記錄位移臺移動距離的檢測系統。該裝置通過位移臺將零件的邊緣區域連續的送入成像系統的視場內，最終通過成像系統拍攝的零件邊緣圖像和位移檢測系統記錄的移動距離計算出零件的形貌尺寸。由於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，而且與位移檢測系統對機械位移臺行程的記錄精度密切相關，因此不能實現高精度測量。專利「一種數碼位移測量儀」(申請號:201120026446.3)公開了ー種利用多個相機聯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待測對象局部區域的圖像信息，然後利用圖像拼接技術將各個相機獲取的局部區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用才能完成測量，容易導致檢測成本偏高。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供計算機視覺技術跨視場精確測量矩形零件尺寸的方法，以實現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的成本，本發明採用的技術方案如下:
[0007]本發明是基於計算機視覺技術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、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』;所述視覺成像系統由相機、鏡頭、光源、圖像採集卡和數據傳輸線組成，且視覺成像系統固定安裝於機械位移臺上；所述的計算機內置預先開發的圖像處理程序，能夠獲取、存儲、處理視覺成像系統獲取的圖像；所述機械位移臺能夠攜帶視覺成像系統沿著設定的路徑在矩形基準塊ABCD的上方做水平運動。
[0010]基於計算機視覺技術跨視場精確測量矩形零件尺寸的方法，其特徵在於包括以下步驟:
[0011]步驟一，將待測矩形零件A』 B』 C』 D』放置於矩形基準塊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在距離矩形基準塊AB⑶上表面2mm-200mm的水平面內沿著A — B — C — D — A運動一周，移動的過程中視覺成像系統連續拍攝矩形基準塊AB⑶的四條邊緣線AB、BC、⑶、DA的圖像，並存儲於計算機；
[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在距離矩形基準塊AB⑶上表面2mm-200111111的水平面內移動，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』完整出現在視覺成像系統的視場中。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，利用預先設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，、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
【權利要求】
1.計算機視覺技術跨視場精確測量矩形零件尺寸的方法，其特徵在於包括以下步驟: 步驟一，將待測矩形零件A』 B』 C』 D』放置於矩形基準塊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在距離矩形基準塊AB⑶上表面2mm-200mm的水平面內移動，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，、GK、K，G』、HP、P』 H，完整出現在視覺成像系統的視場中；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，利用預先設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，、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』。
2.如權利要求1所述的計算機視覺技術跨視場精確測量矩形零件尺寸的方法，其特徵在於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連續拍攝矩形基準塊AB⑶的四條邊緣線AB、BC、⑶、DA的圖像，並存儲於計算機； 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.如權利要求1所述的計算機視覺技術跨視場精確測量矩形零件尺寸的方法，其特徵在於: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 優先權日:2013年9月18日
【發明者】殷曉平, 李鵬飛, 石吉勇, 鄒小波, 黃曉瑋 申請人:蘇州曉創光電科技有限公司, 江蘇大學