基于图像拼接的自动测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于图像拼接的自动测量系统及其测量方法，其中，该测量系统主要包括用于驱动拉丝模具移动的双轴电控平台、刻有规则图案的掩膜板、显微镜、图像传感器、用于图像采集、处理及控制模具位移的控制系统、升降支座、以及底座。测量方法包括如下步骤：根据拉丝模具的孔径尺寸来选择合适的步进拍照方案；将标定板放到电控平台上，对图像采集模块进行标定；取走标定板，将模具和掩膜板固定在电控平台上，控制模块驱动电控平台对模具进行步进拍照；测量处理模块对图像数据进行角点检测、配准、融合和拼接，并通过圆拟合运算获得模具的孔径尺寸。与现有技术相比，本发明专利技术的结构简单、成本低、使用方便、测量精度高，处理效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及拉丝模具测量领域，尤其涉及一种利用图像拼接技术来测量拉丝模具上的孔径尺寸的测量系统和测量方法。
技术介绍
图像拼接就是将同一场景的相互有部分重叠的一系列图片拼接成大幅的、宽视角的、与原始图像接近且失真小、没有明显缝合线的高分辨率图像。基于角点的图像拼接技术一般包括角点检测、图像配准和图像融合三个部分。图像拼接的质量主要依赖于图像的配准精度，在实际操作中，图像拼接需要检测到足够多的角点数才能满足高精度的图像配准要求，而现有的拉丝模具测量中的角点只有一小段圆弧，显然达不到高精度(1um)的拼接要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够增加拉丝模具的测量角点并提高测量精度的自动测量系统。本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述自动测量系统的测量方法。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种基于图像拼接的自动测量系统，包括用于驱动拉丝模具移动的双轴电控平台、刻有规则图案的掩膜板、显微镜、图像传感器、用于图像采集、处理及控制模具位移的控制系统、升降支座、以及底座。其中，显微镜和图像传感器同轴安装，其光轴垂直于双轴电控平台。具体的，将拉丝模具固定在所述双轴电控平台上，所述掩膜板设置在模具上方，所述双轴电控平台、模具和掩膜板三者相对固定，在移动过程中不会产生相对位移，双轴电控平台在控制系统的驱动下步进拍照并通过抓取图像中的角点来测出模具的尺寸信息。所述显微镜位于掩膜板的上方，与升降支座的一端固定连接，所述图像传感器设置在显微镜上，通过显微镜采集模具的图像信息并传送给控制系统，所述升降支座的另一端设置在底座上，通/>过调节显微镜的高度来提高图像传感器的成像质量。所述控制系统包括图像采集模块、控制模块和测量处理模块。所述图像采集模块与图像传感器连接，通过图像传感器将采集到的图像信息转化为可处理的图像数据。所述控制模块与双轴电控平台连接，控制模具和掩膜板在平台上的步进距离。所述测量处理模块对图像采集模块生成的图像数据进行角点检测、配准和拼接，并通过圆拟合运算获得模具上的孔径尺寸。所述自动测量系统还包括测量前用于标定图像中单位尺寸对应的实际尺寸的标定板。在正式测量前，利用所述标定板对图像采集和处理系统进行标定，确定准确的放大倍率，所述标定板设置在双轴电控平台上，标定板上设有规则图案，通过图像传感器进行采集，对图像进行标定，操作简单方便，可以明显提高系统的测量的精度。作为本专利技术的优选方案，所述掩膜板为玻璃材质，采用激光工艺在表面上雕刻用于增加图像角点数量的规则图案。该图案的线宽约为模具孔径圆环线宽的十分之一，方便后期图像处理中采用腐蚀膨胀算法将模具孔径圆环和掩膜板图案顺利分割。作为本专利技术的优选方案，所述双轴电控平台为X轴和Y轴电控平台。所述掩膜板采用激光工艺来雕刻，有助于很好地控制线宽，雕刻精度高、效果好，而且在雕刻的同时不会伤及工件表面或引起工件变形。所述显微镜采用可变焦远心测微显微镜，可根据模具尺寸选择不同的放大倍率和工作距离，而且成像质量高。所述显微镜上设有用于调节焦距的调节环，所述调节环用于调整显微镜的成像焦距，使图像传感器采集的图像清晰可见。一种基于图像拼接的自动测量系统的测量方法，包括如下步骤：步骤S1:根据拉丝模具的孔径尺寸来选择合适的步进拍照方案。其中，所述步骤S1中还包括如下步骤：步骤S11:将模具固定在测量平台上，使模具平面与图像传感器和显微镜的测量光轴保持垂直；步骤S12:调节显微镜放大倍率，在满足精度要求下使得像素容许误差大于4个像素，用于降低后期圆形拟合产生的误差；步骤S13:调节显微镜的调节环进行对焦，并选择合适的工作距离，使图像传感器采集的图像清晰，成像质量好；步骤S14:根据模具上的孔径大小，为测量平台选择合适的步进间隔、步
进量和步进路线，步进间隔小于图像宽度的二分之一，使得相邻两幅图像的重叠区域较大，确保后期图像处理中图像拼接的准确度，步进量和步进路线按照步进间隔连续环绕模具孔径一周。步骤S2:将标定板放到电控平台上，对图像采集模块进行标定。其中，所述步骤S2中还包括如下步骤：步骤S21:将标定板水平放置于测量平台上，通过图像采集模块对标定板进行图像采集；步骤S22:对所拍摄的标定板图像进行标定点像素坐标提取，在测量处理模块中进行摄像头系统标定，得出准确的放大倍率。步骤S3:取走标定板，将模具和掩膜板固定在电控平台上，控制模块驱动电控平台对模具进行步进拍照。其中，所述步骤S3中还包括如下步骤：步骤S31:根据模具大小选择激光光刻掩膜板的尺寸大小，使掩膜板可完全覆盖模具；步骤S32:根据模具上的孔径在测微显微镜放大下的圆环线宽来决定激光光刻掩膜板规则图案的线宽，掩膜板规则图案的线宽为拉丝模具孔径圆环线宽的十分之一；步骤S33:根据图像采集模块的视场大小，绘制激光光刻掩膜板的图案，确保掩膜板图案在两个视场大小内无重复图样，且图样间距适中，不可过密，线条间距大于十倍线宽，防止掩膜板图案过密而掩盖下方模具的孔径；步骤S34:激光光刻掩膜板的图案线条为反射率较低的非透明材质，该材质的线条在成像中较为明显，有助于角点的检测和配准，可以明显提高图像的处理效率，降低工作量；步骤S35:将激光光刻掩膜板刻有规则图案的一面贴紧模具表面，并保持掩膜板、拉丝模具和电控平移台载物台三者相对固定，在步进拍照时不会产生相对位移，提高系统的测量精度。步骤S4:测量处理模块对图像数据进行角点检测、配准、融合和拼接，并通过圆拟合运算获得模具的孔径尺寸。其中，所述步骤S4中还包括如下步骤：步骤S41:对连续采集到的图像进行角点检测和配准，获得多张图像的相对坐标，然后进行图像融合；步骤S42:对拼接完成的图像进行灰度阈值分割和腐蚀膨胀运算，去除激光光刻掩膜板图案在图像上的干扰，获得分割后的拉丝模具孔径圆环区域；步骤S43:提取拉丝模具孔径圆环的亚像素边缘轮廓，并进行圆拟合运算，获得拉丝模具的孔径直径。本专利技术的工作过程和原理是：本专利技术首先通过标定板对测量系统的图像采集和处理模块进行标定，得出精确的放大倍率；然后将模具和掩膜板一起放到测量平台上，选择合适的步进拍照方案和步进线路并开始拍照测量；最后通过图像采集模块生成可处理的图像数据，通过图像处理模块对生成的图像数据进行角点检测、配准和融合，对图像进行拼接、分割和取出干扰，最后通过圆拟合运算获得模具的孔径尺寸，解决了现有测量方案中基于角点的图像拼接法测量拉丝模具孔径时角点数不足难以达到微米级测量精度的技术缺陷，获得精度更高的孔径尺寸。本专利技术的结构简单、成本低、使用方便，利用带有规则图案的掩膜板增加角点数量并结合基于图像拼接技术的测量方案，可以明显提高测量系统的精度；另外，本专利技术在不升级原有平台的基础上将测量精度提高一个数量级(从10um提高到1um)，不仅大大地节省了成本，而且还缩短了处理时间，提高了工作效率。与现有技术相比，本专利技术还具有以下优点：(1)与传统的人工光电图像测量系统相比，本专利技术使用10um精度的双轴电控平移台实现自动化控制。(2)本专利技术通过带有规则图案的掩膜板来增加角点的数量，有效解决了现有测量技术中角点过少导致测量精度不高的缺陷。(3)本专利技术通过掩膜板来增加角点，并结合图像拼接技术，可以显著提高图像的拼接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于图像拼接的自动测量系统，其特征在于，包括用于驱动拉丝模具移动的双轴电控平台、刻有规则图案的掩膜板、显微镜、图像传感器、用于图像采集、处理及控制模具位移的控制系统、升降支座、以及底座；拉丝模具固定在所述双轴电控平台上，所述掩膜板设置在模具上方，所述双轴电控平台、模具和掩膜板三者相对固定，在控制系统的驱动下步进拍照并通过抓取图像中的角点来测出模具的尺寸信息；所述显微镜位于掩膜板的上方，与升降支座的一端固定连接，所述图像传感器设置在显微镜上，通过显微镜采集模具的图像信息并传送给控制系统，所述升降支座的另一端设置在底座上，通过调节显微镜的高度来提高图像传感器的成像质量。

【技术特征摘要】
1.一种基于图像拼接的自动测量系统，其特征在于，包括用于驱动拉丝模具移动的双轴电控平台、刻有规则图案的掩膜板、显微镜、图像传感器、用于图像采集、处理及控制模具位移的控制系统、升降支座、以及底座；拉丝模具固定在所述双轴电控平台上，所述掩膜板设置在模具上方，所述双轴电控平台、模具和掩膜板三者相对固定，在控制系统的驱动下步进拍照并通过抓取图像中的角点来测出模具的尺寸信息；所述显微镜位于掩膜板的上方，与升降支座的一端固定连接，所述图像传感器设置在显微镜上，通过显微镜采集模具的图像信息并传送给控制系统，所述升降支座的另一端设置在底座上，通过调节显微镜的高度来提高图像传感器的成像质量。2.根据权利要求1所述的基于图像拼接的自动测量系统，其特征在于，所述控制系统包括图像采集模块、控制模块和测量处理模块；所述图像采集模块与图像传感器连接，通过图像传感器将采集到的图像信息转化为可处理的图像数据；所述控制模块与双轴电控平台连接，控制模具和掩膜板在平台上的步进距离；所述测量处理模块对图像采集模块生成的图像数据进行角点检测、配准和拼接，并通过圆拟合运算获得模具上的孔径尺寸。3.根据权利要求2所述的基于图像拼接的自动测量系统，其特征在于，所述自动测量系统还包括测量前用于标定图像中单位尺寸对应的实际尺寸的标定板；所述标定板设置在双轴电控平台上。4.根据权利要求2所述的基于图像拼接的自动测量系统，其特征在于，所述掩膜板为玻璃材质，采用激光工艺在表面上雕刻用于度量的规则图案。5.一种基于图像拼接的自动测量系统的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1:根据拉丝模具的孔径尺寸来选择合适的步进拍照方案；步骤S2:将标定板放到电控平台上，对图像采集模块进行标定；步骤S3:取走标定板，将模具和掩膜板固定在电控平台上，控制模块驱动电控平台对模具进行步进拍照；步骤S4:测量处理模块对图像数据进行角点检测、配准、融合和拼接，并通过圆拟合运算获得模具的孔径尺寸。6.根据权利要求5所述的基于图像拼接的自动测量系统的测量方法，其特征在于，所述步骤S1中还包括如下步...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖锦祥，钟嘉华，谈季，黄崎峻，刘子强，雷亮，
申请(专利权)人：广东工业大学，广州瞳恒光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44