基于弹性特征图像尺的定位量测系统技术方案

一种基于弹性特征图像尺的定位量测系统包含：一图像撷取器，对一物件进行多次图像撷取动作；一驱动机构，机械连接至图像撷取器及物件的至少一者或两者，以造成图像撷取器与物件的相对移动；以及一处理器，电连接至图像撷取器及驱动机构，并执行以下步骤：于控制驱动机构使物件与图像撷取器产生M个相对运动的前与后，控制图像撷取器拍摄物件的N个部分以产生N个图像；及萃取各N个图像的多个特征点，并分别依据N个图像的相邻两者的此等特征点做跨图像的特征点匹配，以获得M个相对运动的信息，此等特征点对应于物件特有的表面形貌。

【技术实现步骤摘要】
基于弹性特征图像尺的定位量测系统
本专利技术是有关于一种定位量测系统，且特别是有关于一种基于弹性特征图像尺的定位量测系统。
技术介绍
目前各式机械加工机具的物件及平台定位多依靠光学尺、磁性尺等，但容易受到安装位置、机台本身机构几何或是价格方面的影响而限制使用与量测。多数光学尺与磁性尺的运作过程没办法产生其他的利用，运作过程所使用的信息只能拿来进行特定方向定位，如果要进行物件加工特征的量测，或是多方向的定位，还需要其他工具的辅助。在高精度的物件量测，目前多以三维物件量测的方向进行开发。在三维量测仪使用的方法当中，可以分为接触式与非接触式两种。譬如，中国专利CN103302162B揭露一种基于特征距离的模具定位方法，其中采用接触式感测器(探针)来量测物件上所选定的特征点的特征距离进行修正及定位。然而，这种接触量测的方式的缺点是较为费时，而且有受到控制系统与其他机台零件影响到精度的可能，且无法被弹性使用。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种基于弹性特征图像尺的定位量测系统，其能利用所欲加工或量测的物件的特有表面形貌，来达成图像定位、物件特定尺寸量测及弹性基准定位的功能。为达上述目的，本专利技术提供一种基于弹性特征图像尺的定位量测系统包含：一图像撷取器，对一物件进行多次图像撷取动作；一驱动机构，机械连接至图像撷取器及物件的至少一者或两者，以造成图像撷取器与物件的相对移动；以及一处理器，电连接至图像撷取器及驱动机构，并执行以下步骤：于控制驱动机构使物件与图像撷取器产生M个相对运动的前与后，控制图像撷取器拍摄物件的N个部分以产生N个图像，其中N为大于或等于2的正整数，且M等于N-1，N个图像的任相邻两者局部重叠；以及萃取各N个图像的多个特征点，并分别依据N个图像的相邻两者的此等特征点做跨图像的特征点匹配，以获得M个相对运动的信息，其中此等特征点对应于物件特有的表面形貌。所述的基于弹性特征图像尺的定位量测系统更包含一平台，用于承载物件，驱动机构通过平台驱动物件产生M个相对运动。处理器更执行以下步骤：步骤c，检测各N个图像中是否含有一边界，并选择含有相反方位的两边界的N个图像中的两个图像当作两边界图像，依据两个边界图像及对应至两个边界图像的多个相对运动的累积运动的信息来计算两个相反的边界之间的一距离。于步骤c中，是依据两个边界图像中对应于物件的两局部长度，加上涵盖两个边界图像的多个图像的累积运动的长度，来获得距离。所述的基于弹性特征图像尺的定位量测系统更包含一人机界面，电连接至处理器，并接收一使用者输入的一定位点，处理器依据定位点来进行所述的跨图像的特征点匹配。定位点不为多个特征点的其中一个。M个相对运动的信息包含平移信息及旋转信息的一者或两者。处理器更执行以下步骤：步骤c，判断M个相对运动的信息是否达到所需的设定信息，若否，则控制驱动机构使物件与图像撷取器产生额外相对运动；以及步骤d，重复步骤a至步骤c直到M个相对运动的信息达到所需的设定信息为止。于步骤a以前，处理器更执行以下步骤：步骤a1，控制图像撷取器以一放大倍率拍摄一校正片以获得一校正片图像，其中图像撷取器以放大倍率拍摄校正片及物件；以及步骤a2，对校正片图像进行图像处理以获得一个像素的尺寸，其中处理器更依据M个相对运动的信息以及像素的尺寸求出对应于M个相对运动的信息的尺寸。于步骤a1中，处理器控制图像撷取器以多个焦距拍摄校正片以获得多个对焦图像，并将多个对焦图像转换成频率域以获得多个频谱图，接着选定多个频谱图的中频率部分有最明显的信号存在的其中一频谱图，以频谱图所对应的焦距来拍摄校正片以获得校正片图像。通过上述实施样态，每个物件在被形成或加工时，都具有特有的表面形貌，利用所欲加工或量测的物件的特有表面形貌，来达成图像定位、物件特定尺寸量测及弹性基准定位的功能。为让本专利技术的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1显示依据本专利技术较佳实施例的定位量测系统的示意图。图2显示物件的局部放大图。图3显示跨图像的特征点匹配的示意图。图4显示定位量测系统的操作方法的流程图。图5显示频谱图中作为对焦分析的中频率部分(圈圈处)。图6显示对焦良好的校正片的图像。图7与图8显示两相邻图像的特征点萃取结果。图9显示图7与图8的特征点匹配结果。附图标号：IM1至IMN、IM1至IM5：图像IMC：校正片图像IMF：对焦图像P1至P4：特征点S1至S14：步骤X、Y、Z：坐标轴1：定位量测系统2：物件3：校正片10：平台20：图像撷取器21至2N、21至25：部分30：处理器40：驱动机构50：人机界面。具体实施方式本专利技术是通过不同图像之间的特征点匹配，得到像素移动信息，进行定位，并非拘泥于单一图像内的特征点辨识匹配，故可以发挥弹性使用的效果。本专利技术的实施例是通过机器视觉配合图像处理方法，发展一套应用于加工平台上的光学图像定位与物件量测系统，此系统具有以下几个主要功能：(1)图像定位：利用指定的定位点，配合跨图像特征点搜寻与匹配，计算得到特定特征或加工处的定位位置，也就是定位量测系统可以配合一譬如钻床、铣床、车床、磨床、线切割机、激光加工机等加工机来使用而构成一加工定位系统，由于一边加工一边定位的关系，使得物件的表面形貌会有所改变，也就是特征点会有变化；(2)物件特定尺寸量测：利用图像处理取出特定物件边缘，配合跨图像特征点搜寻与匹配，计算处理得到物件尺寸；(3)弹性基准定位：由使用者指定物件上所需要的加工基准位置，配合特征搜寻匹配，达成可适应多次平台移动的来回定位。在实际操作上，本实施例使用一个高倍率(最大4.5倍)的可见光相机，搭配XYZ三轴移动平台，使用校正片以获取真实尺寸的参考比例尺，所拍摄的物件为块规。首先进行相机对焦，对不同焦距的校正片图像进行傅立叶转换(FT)至频率域后，由频谱图计算得到最佳焦距。然后，通过固定倍率下已知的条纹间距，与图像尺寸换算后获取真实尺寸的图像比例尺。接着移动平台拍摄多张物件图像，选定基准图像中的定位点后，使用譬如加速稳健特征(SpeededUpRobustFeatures,SURF)演算法，搜寻不同张图像中的特征点，跨图像进行匹配，达成跨图像定位。在特定尺寸量测方面，利用图像处理方法将欲得知的轮廓几何形貌取出后，再由特征点匹配所得到物件移动信息，相配合计算即可得到尺寸。通过上述实施例，可提供一种达微米精度等级的系统，测试结果在4mm的样本量测误差小于2μm(平均1.33μm)，10mm的样本量测误差则是小于4μm(平均3.3μm)。图1显示依据本专利技术较佳实施例的定位量测系统的示意图。图2显示物件的局部放大图。如图1与图2所示，本实施例提供一种基于弹性特征图像尺的定位量测系统1，包含一图像撷取器20、一驱动机构40及一处理器30。X、Y、Z坐标轴如图1所示。图像撷取器20譬如是相机，对一物件2进行多次图像撷取动作。于一例子中，主相机的镜头本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于弹性特征图像尺的定位量测系统，其特征在于，包含：一图像撷取器，对一物件进行多次图像撷取动作；一驱动机构，机械连接至该图像撷取器及该物件的至少一者或两者，以造成该图像撷取器与该物件的相对移动；以及一处理器，电连接至该图像撷取器及该驱动机构，并执行以下步骤：步骤a，于控制该驱动机构使该物件与该图像撷取器产生M个相对运动的前与后，控制该图像撷取器拍摄该物件的N个部分以产生N个图像，其中N为大于或等于2的正整数，且M等于N‑1，该N个图像的任相邻两者局部重叠；以及步骤b，萃取各该N个图像的多个特征点，并分别依据该N个图像的相邻两者的该多个特征点做跨图像的特征点匹配，以获得该M个相对运动的信息，其中该多个特征点对应于该物件特有的表面形貌。

【技术特征摘要】
2017.09.13 TW 1061313571.一种基于弹性特征图像尺的定位量测系统，其特征在于，包含：一图像撷取器，对一物件进行多次图像撷取动作；一驱动机构，机械连接至该图像撷取器及该物件的至少一者或两者，以造成该图像撷取器与该物件的相对移动；以及一处理器，电连接至该图像撷取器及该驱动机构，并执行以下步骤：步骤a，于控制该驱动机构使该物件与该图像撷取器产生M个相对运动的前与后，控制该图像撷取器拍摄该物件的N个部分以产生N个图像，其中N为大于或等于2的正整数，且M等于N-1，该N个图像的任相邻两者局部重叠；以及步骤b，萃取各该N个图像的多个特征点，并分别依据该N个图像的相邻两者的该多个特征点做跨图像的特征点匹配，以获得该M个相对运动的信息，其中该多个特征点对应于该物件特有的表面形貌。2.如权利要求1所述的基于弹性特征图像尺的定位量测系统，其特征在于，更包含一平台，用于承载该物件，该驱动机构通过该平台驱动该物件产生该M个相对运动。3.如权利要求1所述的基于弹性特征图像尺的定位量测系统，其特征在于，该处理器更执行以下步骤：步骤c，检测各该N个图像中是否含有一边界，并选择含有相反方位的两边界的该N个图像中的两个图像当作两边界图像，依据该两个边界图像及对应至该两个边界图像的该多个相对运动的累积运动的信息来计算该两个相反的边界之间的一距离。4.如权利要求3所述的基于弹性特征图像尺的定位量测系统，其特征在于，于该步骤c中，是依据该两个边界图像中对应于该物件的两局部长度，加上涵盖该两个边界图像的该多个图像的累积运动的长度，来获得该距离。5.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡宏营，吴佑镇，潘威丞，
申请(专利权)人：蔡宏营，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71