一种基于五轴的3D测量系统及其测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于五轴的3D测量系统及其测量方法，通过五轴运动系统，搭载结构光相机，实现3D图像测量，不再局限于物件的单面测量，除了物件的最底面，其余五个面都可以通过五轴运动系统的运动来实现多角度测量，可有效满足多种尺寸和不规则外表结构物品的精确测量需要，使用灵活方便；本发明专利技术的基于五轴的3D测量系统，包括工件台、五轴运动系统、图像采集装置及上位机；五轴运动系统及上位机分别设于工件台的上下方，其中五轴运动系统包括直线运动轴及旋转运动轴；图像采集装置连接在直线运动轴上，待测物件安放在旋转运动轴上，两者相对运动，上位机接收实时采集图像信息并处理生成测量结果。

A 3D Measurement System Based on Five Axis and Its Measurement Method

【技术实现步骤摘要】
一种基于五轴的3D测量系统及其测量方法
本专利技术涉及机械领域，尤其涉及一种基于五轴的3D测量系统及其测量方法。
技术介绍
目前，在工业视觉测量领域，为了提高对物品尺寸等外观参数测量的精度，提高测量工作的工作效率，当前主要借助于机器视觉检测装置来进行该类测量工作，借助机器视觉检测装置虽然可以极大的提高对不规则外观物体测量工作的效率和测量质量，但由于当前的机器视觉装置的结构相对固定，仅仅实现2D图像测量，因此导致其在测量时往往仅能对一定尺寸范围内的物品进行测量，使用范围和使用灵活性受到了极大的限制，使用效率很低，当前的机器视觉检测装置在进行测量时，及运行精度主要靠开始运动前进行调节，而无法根据被检测物品的具体结构在测量过程中进行灵活调整，因此也给机器视觉检测装置的使用造成了极大的不便，同时也导致其测量精度稳定性相对不足。因此针对这一现状，如何改进现有的测量系统或测量方法，从而可以解决上述的问题，成了本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。
技术实现思路
本专利技术公开了一种基于五轴的3D测量系统及其测量方法，通过五轴运动系统，搭载结构光相机，实现3D图像测量，不再局限于物件的单面测量，除了物件的最底面，其余五个面都可以通过五轴运动系统的运动来实现多角度测量，可有效满足多种尺寸和不规则外表结构物品的精确测量需要，使用灵活方便。本专利技术提供的基于五轴的3D测量系统，包括工件台、五轴运动系统、图像采集装置及上位机；所述工件台上表面设有安装台，用于安装五轴运动系统；所述工件台下方设有机柜，用于安放所述上位机；所述五轴运动系统包括有直线运动轴及旋转运动轴，所述直线运动轴包括三个直线运动的X轴、Y轴及Z轴，所述X轴及所述Y轴的运动方向位于水平面内，所述X轴的运动方向垂直于所述Y轴的运动方向，所述Z轴的运动方向垂直于水平面，所述Z轴上设有功能支架；所述X轴、所述Y轴及和Z轴三个轴集成在一起，并固定在所述安装台上；所述旋转运动轴包括两个旋转运动的R轴和W轴，所述R轴的运动方向为环绕所述Z轴的运动方向360度旋转，所述W轴的运动方向为环绕所述X轴的运动方向旋转；所述旋转运动轴单独布置，并设于在所述安装台上，其位于所述X轴的运动导轨之间，其上端面的水平位置低于所述Y轴下端面的水平高度；于所述R轴上设置有放置待测物件的放置台；所述图像采集装置包括有结构光相机及信号处理模块，所述结构光相机位于所述功能支架上，并与所述信号处理模块的输入端连接，所述信号处理模块的输出端连接到所述上位机；所述结构光相机实时采集待测物件的图像信息并通过所述信号处理模块传输至所述上位机；所述上位机内设有图像处理模块，所述图像处理模块用于对所述上位机接收到的图像信息进行预处理；所述上位机与所述五轴运动系统之间设有运动控制卡及电机驱动器，所述上位机通过所述运动控制卡与所述电机控制器连接，所述电机控制器分别与所述直线运动轴及所述旋转运动轴中的电机连接。优选的，所述信号处理模块包括有图像处理芯片，所述图像处理芯片用于将所述结构光相机拍摄的2D彩色图片转化为具备3D信息的彩色图片。优选的，所述X轴包括左右立柱及X轴导轨，所述X轴导轨设于所述左右立柱上；所述Y轴包括有龙门横梁及Y轴导轨，所述龙门横梁设于所述X轴导轨上并且沿着所述X轴导轨水平移动，所述Y轴导轨设于所述龙门横梁上；所述Z轴包括有纵梁及Z轴导轨，所述纵梁通过支架设置在所述Y轴导轨上并沿着所述Y轴导轨水平移动，所述Z轴导轨设于所述纵梁上；所述Z轴导轨上设有连接板，所述连接板用于安装所述结构光相机。优选的，所述X轴导轨及所述Y轴导轨运动的传动方式均为齿轮齿条传动，所述Z轴导轨运动的传动方式为丝杆传动。优选的，还包括设于所述安装台上的背光系统，且所述背光系统位于所述旋转运动轴的正下方，并为所述旋转运动轴的底部提供照明；所述背光系统包括有LED光源、光线传感器及控制器，其中所述LED光源及所述光线传感器分别连接到所述控制器，所述控制器连接到所述上位机；所述控制器接收光线传感器采集的实时环境亮度信号进行处理并传送至所述上位机，所述上位机通过控制器调节所述LED光源的亮度。优选的，所述电机为伺服电机或者步进电机。本专利技术提供的测量方法，用于上述基于五轴的3D测量系统中，包括：S1、将待测物件固定在放置台上；S2、启动五轴运动系统，并进行零位校准；S3、上位机根据待测物件创建采集方案；S4、五轴运动系统将结构光相机及待测物件运动到指定位置，结构光相机采集待测物件的图像信息并将传输到上位机；S5、上位机对图像进行预处理；S6、上位机进行图像标定和拼接；S7、多次创建采集方案，重复步骤S4至S6，直至获取完整的3D轮廓图；S8、对3D轮廓图的尺寸及特征进行提取，测量或计算所需的值，判断是否在误差值范围内。优选的，所述步骤S5包括：图像灰度化：把接收到的图像，从RGB三通道数据的彩色图像变为单通道数据的灰度图像，采用加权平均值法计算得到灰度图像；图像增强：对图像变换数据，突出图像中的轮廓特征，去除图像中不需要的纹理特征；图像滤波：采用序贯滤波算法对图像进行处理，然后进行图像融合处理；图像二值化：把256个亮度等级的灰度图像通过阈值法来获得反映图像整体和局部特征的二值化图像。优选的，所述阈值法为基于直方图的自适应阈值分割法。本专利技术的基于五轴的3D测量系统及其测量方法具有以下优点：1、对待测物件的适应性强，能够实现不同尺寸规格的物件测量；2、测量范围大，不再局限于2D平面测量，除了物件的最底面，其余五个面都可以通过五轴运动系统的推进和旋转实现多角度测量；3、测量时间大幅度缩短，相比以前机器视觉装置的结构相对固定的测量方式，本专利技术的五轴运动平台运动灵活，采集速度大大提升，有效地缩减了调整测量位置的时间，且测量质量更稳定；4、自动化程度高，自动调整待检物件与相机之间的位置，以及自动对检测物件进行3D图像拼接；5、人工参与度低，有效地节省人力成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术基于五轴的3D测量系统的结构示意图；图2为本专利技术基于五轴的3D测量系统的工作流程图；图3为本专利技术的测量方法的工作流程图；在图1至图3中，部件名称与附图编号的对应关系为：1--工件台、2--安装台、3--机柜、4--上位机、5--X轴、6--Y轴、7--Z轴、8--功能支架、9--R轴、10--W轴。具体实施方式本专利技术公开了一种基于五轴的3D测量系统及其测量方法，通过五轴运动系统，搭载结构光相机，实现3D图像测量，不再局限于物件的单面测量，除了物件的最底面，其余五个面都可以通过五轴运动系统的运动来实现多角度测量，可有效满足多种尺寸和不规则外表结构物品的精确测量需要，使用灵活方便。下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚和详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于五轴的3D测量系统，其特征在于，包括工件台、五轴运动系统、图像采集装置及上位机；所述工件台上表面设有安装台，用于安装五轴运动系统；所述工件台下方设有机柜，用于安放所述上位机；所述五轴运动系统包括有直线运动轴及旋转运动轴，所述直线运动轴包括三个直线运动的X轴、Y轴及Z轴，所述X轴及所述Y轴的运动方向位于水平面内，所述X轴的运动方向垂直于所述Y轴的运动方向，所述Z轴的运动方向垂直于水平面，所述Z轴上设有功能支架；所述X轴、所述Y轴及和Z轴三个轴集成在一起，并固定在所述安装台上；所述旋转运动轴包括两个旋转运动的R轴和W轴，所述R轴的运动方向为环绕所述Z轴的运动方向360度旋转，所述W轴的运动方向为环绕所述X轴的运动方向旋转；所述旋转运动轴单独布置，并设于在所述安装台上，其位于所述X轴的运动导轨之间，其上端面的水平位置低于所述Y轴下端面的水平高度；于所述R轴上设置有放置待测物件的放置台；所述图像采集装置包括有结构光相机及信号处理模块，所述结构光相机位于所述功能支架上，并与所述信号处理模块的输入端连接，所述信号处理模块的输出端连接到所述上位机；所述结构光相机实时采集待测物件的图像信息并通过所述信号处理模块传输至所述上位机；所述上位机内设有图像处理模块，所述图像处理模块用于对所述上位机接收到的图像信息进行预处理；所述上位机与所述五轴运动系统之间设有运动控制卡及电机驱动器，所述上位机通过所述运动控制卡与所述电机控制器连接，所述电机控制器分别与所述直线运动轴及所述旋转运动轴中的电机连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于五轴的3D测量系统，其特征在于，包括工件台、五轴运动系统、图像采集装置及上位机；所述工件台上表面设有安装台，用于安装五轴运动系统；所述工件台下方设有机柜，用于安放所述上位机；所述五轴运动系统包括有直线运动轴及旋转运动轴，所述直线运动轴包括三个直线运动的X轴、Y轴及Z轴，所述X轴及所述Y轴的运动方向位于水平面内，所述X轴的运动方向垂直于所述Y轴的运动方向，所述Z轴的运动方向垂直于水平面，所述Z轴上设有功能支架；所述X轴、所述Y轴及和Z轴三个轴集成在一起，并固定在所述安装台上；所述旋转运动轴包括两个旋转运动的R轴和W轴，所述R轴的运动方向为环绕所述Z轴的运动方向360度旋转，所述W轴的运动方向为环绕所述X轴的运动方向旋转；所述旋转运动轴单独布置，并设于在所述安装台上，其位于所述X轴的运动导轨之间，其上端面的水平位置低于所述Y轴下端面的水平高度；于所述R轴上设置有放置待测物件的放置台；所述图像采集装置包括有结构光相机及信号处理模块，所述结构光相机位于所述功能支架上，并与所述信号处理模块的输入端连接，所述信号处理模块的输出端连接到所述上位机；所述结构光相机实时采集待测物件的图像信息并通过所述信号处理模块传输至所述上位机；所述上位机内设有图像处理模块，所述图像处理模块用于对所述上位机接收到的图像信息进行预处理；所述上位机与所述五轴运动系统之间设有运动控制卡及电机驱动器，所述上位机通过所述运动控制卡与所述电机控制器连接，所述电机控制器分别与所述直线运动轴及所述旋转运动轴中的电机连接。2.根据权利要求1所述的基于五轴的3D测量系统，其特征在于，所述信号处理模块包括有图像处理芯片，所述图像处理芯片用于将所述结构光相机拍摄的2D彩色图片转化为具备3D信息的彩色图片。3.根据权利要求1所述的基于五轴的3D测量系统，其特征在于，所述X轴包括左右立柱及X轴导轨，所述X轴导轨设于所述左右立柱上；所述Y轴包括有龙门横梁及Y轴导轨，所述龙门横梁设于所述X轴导轨上并且沿着所述X轴导轨水平移动，所述Y轴导轨设于所述龙门横梁上；所述Z轴包括有纵梁及Z轴导轨，所述纵梁通过支架设置在所述Y轴导轨上并...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹彬，
申请(专利权)人：深圳市东盈讯达电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44