小工件视觉测量方法及测量系统技术方案

本发明专利技术涉及一种小工件视觉测量方法及测量系统，其中方法包括：在被测工件的高度范围内，利用线结构光发生器生成的线结构光对被测工件所在的测量系统进行高度分层标定，得到测量系统的高度标定参数；利用测量系统中的圆形靶标在每一分层高度对测量系统进行平面二维尺寸标定，得到每一分层高度对应的平面标定参数；将平面标定参数与高度标定参数进行拟合，建立平面标定参数和高度标定参数的对应关系；利用激光三角法测量被测工件的台阶面的高度；通过被测工件的台阶面的高度、该被测工件的台阶面的高度对应的平面标定参数和对应关系获取被测工件的测量参数。本发明专利技术可以实现对被测工件的不同高度平面几何尺寸的测量，并提高被测工件测量的准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及视觉测量
，特别涉及一种小工件视觉测量方法及测量系统。
技术介绍
机器视觉是一个相当新且发展十分迅速的研究领域，是计算机科学重要的研究领域之一；机器视觉由于与被观测的对象无接触，因此对观测者与被观测对象都不会产生任何损伤。激光具有方向性好、高亮度等特点，利用激光做光源来获取结构光的主动视觉检测，被称为激光视觉检测技术。激光三角法是激光视觉检测技术的基础，是非接触光学测量的重要形式，并且作为一种非接触测量手段已经越来越引起人们的重视。激光三角法一般应用于工业制造领域，对工业生产线上的工件表面二维、三维结构信息的获取或加工进行精确定位；具体地，激光三角法测距主要用于以下检测位移检测(包括距离测量、厚度检测、液位检测等方面)、表面检测(出其表面的起伏或整体的倾斜角度)、形貌检测(如工业上检测汽车的车体、零件，生物医学上获取表面三维结构信息，在地理方面上绘制立体地图等)。但是现有的激光三角法很难获得工件的高度信息。针对复杂小工件有多个测量尺寸且分布在不同高度上的特点，采用传统的二维视觉测量方法很难获得工件的高度信息，由于传统的接触式测量容易损伤工件表面和改变工件的相对位置，且由于测量结果往往会因检验者读数方式及测量方法的不同而不准确。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种小工件视觉测量方法及测量系统，通过采用非接触式测量提高对小工件测量的准确性。本专利技术实施例提供一种小工件视觉测量方法，包括在被测工件的高度范围内，利用线结构光发生器生成的线结构光对被测工件所在的测量系统进行高度分层标定，得到所述测量系统的高度标定参数；利用所述测量系统中的圆形靶标在每一分层高度对所述测量系统进行平面二维尺寸标定，得到所述测量系统在每一分层高度对应的平面标定参数；将所述平面标定参数与所述高度标定参数进行拟合，建立所述平面标定参数和所述闻度标定参数的对应关系；利用激光三角法测量所述被测工件的台阶面的高度；通过所述被测工件的台阶面的高度、所述被测工件的台阶面的高度对应的平面标定参数和所述对应关系获取所述被测工件的测量参数。本专利技术实施例还提供一种能够实现上述技术方案的小工件视觉测量系统，其特征在于，所述系统包括线结构光发生器、摄像机、升降台、图像采集卡、计算机；其中，在被测工件的高度范围内，所述摄像机用于获取所述线结构光发生器生成的线结构光的多幅光条图像和所述圆形祀标的多幅祀标图像；所述计算机根据所述光条图像对所述测量系统进行高度分层标定，得到所述测量系统的闻度标定参数；所述计算机利用所述多幅靶标图像在每一分层高度对所述测量系统进行平面二维尺寸标定，得到所述测量系统在每一分层高度对应的平面标定参数；将所述平面标定参数与所述高度标定参数进行拟合，建立所述平面标定参数和所述高度标定参数的对应关系;所述计算机利用激光三角法测量所述被测工件的台阶面的高度；通过所述被测工件的台阶面的高度和所述对应关系获取所述被测工件的测量参数。本专利技术提供的小工件视觉测量方法及测量系统，通过在被测工件的高度范围内对测量系统进行高度分层标定和平面二维尺寸标定，建立了平面标定参数和高度标定参数的对应关系；用激光三角法测量被测工件各平面的高度，得到被测工件的各平面处的测量参数，从而完成了对被测工件的不同高度平面几何尺寸的测量，由于对测量系统进行统一的标定后再对被测工件进行尺寸测量，因此提高了对被测工件测量的准确性。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I为本专利技术实施例所适用的测量系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例所采用的圆形靶标的示意图；图3为本专利技术小工件视觉测量方法一个实施例的流程示意图；图4为本专利技术小工件视觉测量方法又一个实施例的流程示意图；图5为图4所示实施例中在第I层光条图像的示意图；图6为图4所示实施例中在第2层光条图像的示意图；图7为图4所示实施例中在第20层光条图像的示意图；图8为图4所示实施例在测量阶梯状工件时的光条中心的图像示意图；图9为图4所示实施例进行误差分析所采用的靶标图像的示意图。具体实施例方式下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图I为本专利技术实施例所适用的测量系统的结构示意图，图2为本专利技术实施例所采用的圆形靶标的示意图；如图I所示，测量系统10包括实验台11、升降台12、光源13、线结构光发生器14、摄像机15、计算机16。其中，线结构光发生器14和摄像机(具体可以为C⑶相机)15以及光源13共同用于采集光条图像及被测物图像，将采集的图像发送到计算机16，计算机16对测量系统进行标定并对被测工件进行几何参数的测量，最后由相应的输出设备输出测量结果。由于本专利技术实施例采用了一个摄像机，因此实现了单镜头对三维空间中的工件进行尺寸测量。本领域技术人员可以理解的是，用于摄像机参数标定的靶标根据具体需要设置在测量系统10中(图I中未示出)，进一步地，靶标可以设置在升降台12的上表面上；如图2所示，靶标具有以下两个基本条件①靶标特征点的相对位置关系已知图像特征点的坐标容易求取。靶标可以根据实际图像测量系统的视场大小具体设计，因此本专利技术实施例对靶标的大小和形状并未做限制。本专利技术实施例具体测量系统采用圆形靶标上的特征点的直径为2mm，两相邻特征点的圆心距为2. 5mm。图3为本专利技术小工件视觉测量方法一个实施例的流程示意图；如图3所示，本专利技术实施例具体包括如下步骤步骤301、在被测工件的高度范围内，利用线结构光发生器生成的线结构光对被测工件所在的测量系统进行高度分层标定，得到测量系统的高度标定参数；步骤302、利用测量系统中的圆形靶标在每一分层高度对测量系统进行平面二维尺寸标定，得到测量系统在每一分层高度对应的平面标定参数；步骤303、将平面标定参数与高度标定参数进行拟合，建立平面标定参数和所述高度标定参数的对应关系；步骤304、利用激光三角法测量被测工件的台阶面的高度；步骤305、通过被测工件的台阶面的高度、该被测工件的台阶面的高度对应的平面标定参数和对应关系获取被测工件的测量参数。本专利技术实施例提供的小工件视觉测量方法，通过在被测工件的高度范围内对测量系统进行高度分层标定和平面二维尺寸标定，建立了平面标定参数和高度标定参数的对应关系；用激光三角法测量被测工件各平面的高度，得到被测工件的各平面处的测量参数，从而完成了对被测工件的不同高度平面几何尺寸的测量，由于对测量系统进行统一的标定后再对被测工件进行尺寸测量，因此提高了对被测工件测量的准确性。图4为本专利技术小工件视觉测量方法又一个实施例的流程示意图，图5为图4所示实施例中在第I层光条图像的示意图，图6为图4所示实施例中在第2层光条图像的示意图，图7为图4所示实施例中在第20层光条图像的示意图，图8为图4所示实施例在测量阶梯状工件时的光条中心本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小工件视觉测量方法，其特征在于，包括：在被测工件的高度范围内，利用线结构光发生器生成的线结构光对被测工件所在的测量系统进行高度分层标定，得到所述测量系统的高度标定参数；利用所述测量系统中的圆形靶标在每一分层高度对所述测量系统的进行平面二维尺寸标定，得到所述测量系统在每一分层高度对应的平面标定参数；将所述平面标定参数与所述高度标定参数进行拟合，建立所述平面标定参数和所述高度标定参数的对应关系；利用激光三角法测量所述被测工件的台阶面的高度；通过所述被测工件的台阶面的高度、所述被测工件的台阶面的高度对应的平面标定参数和所述对应关系获取所述被测工件的测量参数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：燕必希，刘力双，邓文怡，祝连庆，宗敏，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：