一种微型圆孔测量的自动导引方法技术

本发明专利技术公开了一种微型圆孔测量的自动导引方法，利用左相机和右相机针对探针和待测圆孔进行拍摄获取左源图和右源图，通过边缘提取生成图像A和图像B；分别对图像A及图像B进行椭圆检测，获取每张图像中探针及圆孔的椭圆轮廓。依据四个椭圆获取四个包络矩形，再依据四个包络矩形截取左源图及右源图中探针和圆孔的影像放大生成四张图像进行边缘提取，保留最外层边缘点得到四个椭圆心坐标，依此获得探针及待测圆孔中心在左源图和右源图中的坐标，最后利用标定的相机参数，获取探针与待测微型圆孔中心的三维距离，驱动三坐标测量机完成导引。本发明专利技术实现了探针向微型圆孔中心的自动导引，能极大地提高微型圆孔测量的测量效率。

【技术实现步骤摘要】
一种微型圆孔测量的自动导引方法
本专利技术涉及图像处理领域，具体涉及一种适用于用三坐标测量机测量的情况下，利用接触式探头测量微型圆孔场合的自动导引方法。
技术介绍
随着微纳米技术的发展，科学仪器朝向精密化发展，零部件向着微型化发展，其中圆孔在零部件中的应用十分广泛。但是微型圆孔的加工，尤其是孔径1mm以下的圆孔加工是十分困难的，例如油泵，油嘴及磨具等。因此，如何准确地检测微型圆孔的加工质量及相关参数是重要的技术问题。近年来，科研工作者利用结构光、激光干涉及激光三角法等方式测量微型圆孔的相关参数，但对于高深宽比的圆孔的加工质量及参数，这些测量方法难以测量。所以，其中有一些测量方式会剖开圆孔，再对圆孔进行相关测量，但这些测量方式会对待测工件产生破坏性影响。利用接触式测量探头对微型圆孔进行测量，不仅测量精度满足要求且可以测量不同深度的圆孔加工质量及相关参数。但是，利用接触式探头进行测量时，需要将探头顶部的探针置入圆孔之内，由于圆孔的孔径小，其孔径仅仅比探针直径稍大，肉眼难以完成导引操作。虽然工业上有利用相机对孔位及探针进行拍摄，人们通过拍摄的影像进行判断，导引探针进入圆孔的实例，但是此方法的测量效率低下、自动化程度不高。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术的不足，提供一种适用于接触式探头测量微型圆孔的自动导引方法，以期在利用接触式探头测量高深宽比的圆孔时，能够快速、准确地到达待测圆孔的中心以开始自动测量。本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术微型圆孔测量的自动导引方法，所述微型圆孔测量是指采用三坐标测量机，并利用接触式测量探头前端的探针探入待测圆孔中进行微孔测量；其特点是：在所述三坐标测量机的一侧基座上固定设置型号相同、且光轴平行的左相机和右相机，所述探针和待测圆孔均处在左相机和右相机的视场中，其中相机所拍摄图像均以像素为单位，以图像左上角顶点为原点建立坐标系，像素的横坐标与纵坐标分别是在其图像数组中所在的列数与所在行数；所述微型圆孔测量的自动导引方法是按如下步骤进行：步骤1、利用左相机拍摄获取左源图，所述左源图中包含有探针和待测圆孔的完整影像；利用右相机拍摄获取右源图，所述右源图中包含有探针和待测圆孔的完整影像；步骤2、根据设定的边缘阈值对所述左源图进行边缘提取并生成图像A，对所述右源图进行边缘提取并生成图像B；步骤3、对所述图像A和图像B分别进行自动阈值的霍夫椭圆检测，针对所述图像A分别获得由所述探针的边缘轮廓生成的椭圆C1，以及由待测圆孔的边缘轮廓生成的椭圆C3；针对所述图像B分别获得由所述探针的边缘轮廓生成的椭圆C2，以及由待测圆孔的边缘轮廓生成的椭圆C4；且椭圆C1的离心率小于椭圆C3的离心率，椭圆C2的离心率小于椭圆C4的离心率；针对自动阈值的霍夫椭圆检测，若不满足条件一，则调整霍夫椭圆检测阈值直到从所述图像A和图像B检测出的椭圆满足条件一时继续执行步骤4；若是调整霍夫椭圆检测阈值达到最大值时仍不满足条件一，则退出导引；条件一：椭圆C1和椭圆C3之间的相对位置与椭圆C2和椭圆C4之间的相对位置为相同；步骤4、获取探针和待测圆孔的影像生成图像：获取椭圆C1在所述图像A中的包络矩形R1，根据所述包络矩形R1各顶点在所述图像A中的坐标，在所述左源图中截取图像并按倍数N1进行图像放大，获得探针的影像生成图像P1；获取椭圆C2在所述图像B中的包络矩形R2，根据所述包络矩形R2各顶点在所述图像B中的坐标，在所述右源图中截取图像并按倍数N2进行图像放大，获得探针的影像生成图像P2；获取椭圆C3在所述图像A中的包络矩形R3，根据所述包络矩形R3各顶点在所述图像A中的坐标，在所述左源图中截取图像并按倍数N3进行图像放大，获得待测圆孔的影像生成图像P3；获取椭圆C4在所述图像B中的包络矩形R4，根据所述包络矩形R4各顶点在所述图像B中的坐标，在所述右源图中截取图像并按倍数N4进行图像放大，获得待测圆孔的影像生成图像P4；所述图像放大是以不产生影像形变的方式进行图像放大；步骤5、针对所述图像P1、图像P2、图像P3和图像P4分别进行边缘提取，去除内部边缘点，只保留最外层的边缘点并拟合椭圆；针对图像P1、图像P2、图像P3和图像P4预设距离阈值，若图像Pi中存在一边缘点M到所述拟合椭圆上与所述边缘点M对应的切点的距离dij大于拟合椭圆相应的距离阈值Di，则剔除过于离散的边缘点M并重新拟合椭圆，直至所有边缘点均满足要求；由此对应获得图像Pi中拟合椭圆的椭圆心Ei的坐标，i＝1,2,3,4，j＝1,2,3……n，n表示所述图像Pi中的边缘点个数；步骤6、按如下方式分别获得各源图中探针和待测圆孔的中心点坐标：根据所述图像P1中椭圆心E1、包络矩形R1、图像A及倍数N1,获得左源图中探针的中心点坐标；根据所述图像P2中椭圆心E2、包络矩形R2、图像B及倍数N2，获得右源图中探针的中心点坐标；根据所述图像P3中椭圆心E3、包络矩形R3、图像A及倍数N3，获得左源图中待测圆孔的中心点坐标；根据所述图像P4中椭圆心E4、包络矩形R4、图像B及倍数N4，获得右源图中待测圆孔的中心点坐标；利用通过标定得到的左相机和右相机的内部参数、外部参数和畸变参数，经过矩阵运算获得所述探针的中心点与待测圆孔的中心点的三维距离，依据所述三维距离驱动三坐标测量机完成导引。本专利技术微型圆孔测量的自动导引方法的特点也在于，在所述步骤5中针对图像P1、图像P2、图像P3和图像P4分别进行边缘提取，按如下方式获得最外层的边缘点：针对边缘提取后的图像P1、图像P2、图像P3和图像P4，分别以图像上边界向图像下边界、图像下边界向图像上边界、图像左边界到图像右边界以及图像右边界到图像左边界四个方向分别遍历图像边缘点，且仅保留每个方向第一个遍历到的边缘点作为所述最外层的边缘点。本专利技术微型圆孔测量的自动导引方法的特点也在于，所述步骤3中自动阈值的霍夫椭圆检测是按如下方法进行：首先预设最小圆心距离以防止在图像A与图像B中针对探针的轮廓及待测圆孔的轮廓检测出过多的椭圆；再以低霍夫椭圆检测阈值检测图像A，然后加大霍夫椭圆检测阈值直到图像A中只存在两个椭圆；以低霍夫椭圆检测阈值检测图像B，然后加大霍夫椭圆检测阈值直到图像B中只存在两个椭圆。本专利技术微型圆孔测量的自动导引方法的特点也在于，在所述步骤3中，针对所述条件一是按如下方式进行判断：若是：在图像A中，椭圆C1的圆心位于椭圆C3的圆心的下方；且在图像B中，椭圆C2的圆心位于椭圆C4的圆心的下方；或是：在图像A中，椭圆C1的圆心位于椭圆C3的圆心的上方，且在图像B中，椭圆C2的圆心位于椭圆C4的圆心的上方，均为满足条件一。本专利技术微型圆孔测量的自动导引方法的特点也在于，在所述步骤5中，所述距离dij由式(1)计算得出：其中，xij表示图像Pi中边缘点M在图像Pi中的横坐标，yij表示图像Pi中边缘点M在图像Pi中的纵坐标，fij表示边缘点M在图像Pi的拟合椭圆上的相应切点在图像Pi中的横坐标，gij表示边缘点M在图像Pi的拟合椭圆上的相应切点在图像Pi中的纵坐标。本专利技术微型圆孔测量的自动导引方法的特点也在于，所述步骤4中所述图像放大倍数Ni由式(2)计算得出：其中，Ni为图像Pi的放大倍数，wi为包络矩形Ri的宽度，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微型圆孔测量的自动导引方法，所述微型圆孔测量是指采用三坐标测量机，并利用接触式测量探头(1)前端的探针(2)探入待测圆孔(3)中进行微孔测量；其特征是，在所述三坐标测量机的一侧基座上固定设置型号相同、且光轴平行的左相机(4)和右相机(5)，所述探针(2)和待测圆孔(3)均处在左相机(4)和右相机(5)的视场中，其中相机所拍摄图像均以像素为单位，以图像左上角顶点为原点建立坐标系，像素的横坐标与纵坐标分别是在其图像数组中所在的列数与所在行数；所述微型圆孔测量的自动导引方法是按如下步骤进行：步骤1、利用左相机(4)拍摄获取左源图，所述左源图中包含有探针(2)和待测圆孔(3)的完整影像；利用右相机(5)拍摄获取右源图，所述右源图中包含有探针(2)和待测圆孔(3)的完整影像；步骤2、根据设定的边缘阈值对所述左源图进行边缘提取并生成图像A，对所述右源图进行边缘提取并生成图像B；步骤3、对所述图像A和图像B分别进行自动阈值的霍夫椭圆检测，针对所述图像A分别获得由所述探针(2)的边缘轮廓生成的椭圆C1，以及由待测圆孔(3)的边缘轮廓生成的椭圆C3；针对所述图像B分别获得由所述探针(2)的边缘轮廓生成的椭圆C2，以及由待测圆孔(3)的边缘轮廓生成的椭圆C4；且椭圆C1的离心率小于椭圆C3的离心率，椭圆C2的离心率小于椭圆C4的离心率；针对自动阈值的霍夫椭圆检测，若不满足条件一，则调整霍夫椭圆检测阈值直到从所述图像A和图像B检测出的椭圆满足条件一时继续执行步骤4；若是调整霍夫椭圆检测阈值达到最大值时仍不满足条件一，则退出导引；条件一：椭圆C1和椭圆C3之间的相对位置与椭圆C2和椭圆C4之间的相对位置为相同；步骤4、获取探针(2)和待测圆孔(3)的影像生成图像：获取椭圆C1在所述图像A中的包络矩形R1，根据所述包络矩形R1各顶点在所述图像A中的坐标，在所述左源图中截取图像并按倍数N1进行图像放大，获得探针(2)的影像生成图像P1；获取椭圆C2在所述图像B中的包络矩形R2，根据所述包络矩形R2各顶点在所述图像B中的坐标，在所述右源图中截取图像并按倍数N2进行图像放大，获得探针(2)的影像生成图像P2；获取椭圆C3在所述图像A中的包络矩形R3，根据所述包络矩形R3各顶点在所述图像A中的坐标，在所述左源图中截取图像并按倍数N3进行图像放大，获得待测圆孔(3)的影像生成图像P3；获取椭圆C4在所述图像B中的包络矩形R4，根据所述包络矩形R4各顶点在所述图像B中的坐标，在所述右源图中截取图像并按倍数N4进行图像放大，获得待测圆孔(3)的影像生成图像P4；所述图像放大是以不产生影像形变的方式进行图像放大；步骤5、针对所述图像P1、图像P2、图像P3和图像P4分别进行边缘提取，去除内部边缘点，只保留最外层的边缘点并拟合椭圆；针对图像P1、图像P2、图像P3和图像P4预设距离阈值，若图像Pi中存在一边缘点M到所述拟合椭圆上与所述边缘点M对应的切点的距离dij大于拟合椭圆相应的距离阈值Di，则剔除过于离散的边缘点M并重新拟合椭圆，直至所有边缘点均满足要求；由此对应获得图像Pi中拟合椭圆的椭圆心Ei的坐标，i＝1,2,3,4，j＝1,2,3……n，n表示所述图像Pi中的边缘点个数；步骤6、按如下方式分别获得各源图中探针(2)和待测圆孔(3)的中心点坐标：根据所述图像P1中椭圆心E1、包络矩形R1、图像A及倍数N1,获得左源图中探针(2)的中心点坐标；根据所述图像P2中椭圆心E2、包络矩形R2、图像B及倍数N2，获得右源图中探针(2)的中心点坐标；根据所述图像P3中椭圆心E3、包络矩形R3、图像A及倍数N3，获得左源图中待测圆孔(3)的中心点坐标；根据所述图像P4中椭圆心E4、包络矩形R4、图像B及倍数N4，获得右源图中待测圆孔(3)的中心点坐标；利用通过标定得到的左相机(4)和右相机(5)的内部参数、外部参数和畸变参数，经过矩阵运算获得所述探针(2)的中心点与待测圆孔(3)的中心点的三维距离，依据所述三维距离驱动三坐标测量机完成导引。...

【技术特征摘要】
1.一种微型圆孔测量的自动导引方法，所述微型圆孔测量是指采用三坐标测量机，并利用接触式测量探头(1)前端的探针(2)探入待测圆孔(3)中进行微孔测量；其特征是，在所述三坐标测量机的一侧基座上固定设置型号相同、且光轴平行的左相机(4)和右相机(5)，所述探针(2)和待测圆孔(3)均处在左相机(4)和右相机(5)的视场中，其中相机所拍摄图像均以像素为单位，以图像左上角顶点为原点建立坐标系，像素的横坐标与纵坐标分别是在其图像数组中所在的列数与所在行数；所述微型圆孔测量的自动导引方法是按如下步骤进行：步骤1、利用左相机(4)拍摄获取左源图，所述左源图中包含有探针(2)和待测圆孔(3)的完整影像；利用右相机(5)拍摄获取右源图，所述右源图中包含有探针(2)和待测圆孔(3)的完整影像；步骤2、根据设定的边缘阈值对所述左源图进行边缘提取并生成图像A，对所述右源图进行边缘提取并生成图像B；步骤3、对所述图像A和图像B分别进行自动阈值的霍夫椭圆检测，针对所述图像A分别获得由所述探针(2)的边缘轮廓生成的椭圆C1，以及由待测圆孔(3)的边缘轮廓生成的椭圆C3；针对所述图像B分别获得由所述探针(2)的边缘轮廓生成的椭圆C2，以及由待测圆孔(3)的边缘轮廓生成的椭圆C4；且椭圆C1的离心率小于椭圆C3的离心率，椭圆C2的离心率小于椭圆C4的离心率；针对自动阈值的霍夫椭圆检测，若不满足条件一，则调整霍夫椭圆检测阈值直到从所述图像A和图像B检测出的椭圆满足条件一时继续执行步骤4；若是调整霍夫椭圆检测阈值达到最大值时仍不满足条件一，则退出导引；条件一：椭圆C1和椭圆C3之间的相对位置与椭圆C2和椭圆C4之间的相对位置为相同；步骤4、获取探针(2)和待测圆孔(3)的影像生成图像：获取椭圆C1在所述图像A中的包络矩形R1，根据所述包络矩形R1各顶点在所述图像A中的坐标，在所述左源图中截取图像并按倍数N1进行图像放大，获得探针(2)的影像生成图像P1；获取椭圆C2在所述图像B中的包络矩形R2，根据所述包络矩形R2各顶点在所述图像B中的坐标，在所述右源图中截取图像并按倍数N2进行图像放大，获得探针(2)的影像生成图像P2；获取椭圆C3在所述图像A中的包络矩形R3，根据所述包络矩形R3各顶点在所述图像A中的坐标，在所述左源图中截取图像并按倍数N3进行图像放大，获得待测圆孔(3)的影像生成图像P3；获取椭圆C4在所述图像B中的包络矩形R4，根据所述包络矩形R4各顶点在所述图像B中的坐标，在所述右源图中截取图像并按倍数N4进行图像放大，获得待测圆孔(3)的影像生成图像P4；所述图像放大是以不产生影像形变的方式进行图像放大；步骤5、针对所述图像P1、图像P2、图像P3和图像P4分别进行边缘提取，去除内部边缘点，只保留最外层的边缘点并拟合椭圆；针对图像P1、图像P2、图像P3和图像P4预设距离阈值，若图像Pi中存在一边缘点M到所述拟合椭圆上与所述边缘点M对应的切点的距离dij大于拟合椭圆相应的距离阈值Di，则剔除过于离散的边缘点M并重新拟合椭圆，直至所有边缘点均满足要求；由此对应获得图像Pi中拟合椭圆的椭圆心Ei的坐标，i＝1,2,3,4，j＝1,2,3……n，n表示所述图像Pi中的边缘点个数；步骤6、按如下方式分别获得各源图中探针(2)和待测圆孔(3)的中心点坐标：根据所述图像P1中椭圆心E1、包络矩形R1、图像A及倍数N1,获得左源图中探针(2)的中心点坐标；根据所述图像P2中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瑞君，李琪，陶盼，范光照，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34