專利名稱：基于機(jī)器視覺的寶石三維自動(dòng)設(shè)計(jì)和檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種寶石切工設(shè)計(jì)和檢測裝置。
技術(shù)背景對(duì)于一顆寶石來說，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)和檢測都是寶石加工工藝流程中十分重 要的工序，設(shè)計(jì)的好壞是對(duì)寶石商業(yè)價(jià)值的初次體現(xiàn)，而對(duì)于一個(gè)切工完成的 寶石進(jìn)行檢測，則是其價(jià)值二次衡量。隨著用戶要求日趨復(fù)雜和需求量的不斷 加大，設(shè)計(jì)和檢測設(shè)備也不斷提高，主要有以下幾種寶石設(shè)計(jì)主要采用一種精度高，算法相對(duì)成熟，目前在該領(lǐng)域己有大量研 究成果并初步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的設(shè)備，如三維成像儀和三維掃描儀等產(chǎn)品，然而這 類產(chǎn)品通常結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，無法實(shí)現(xiàn)小型化和低成本的要求。而在寶石檢測裝置主要有兩類 一類比例尺投影檢測，存在著精度低、效 率較低、實(shí)用性差，而且整個(gè)過程繁瑣，耗時(shí)長， 一般需要幾十分鐘甚至數(shù)小 時(shí)才能完成，并且結(jié)果嚴(yán)重依賴檢測者的經(jīng)驗(yàn)，需要人工操作來完成，很難達(dá) 到檢測的要求。另一類系統(tǒng)將寶石置于高精度二維移動(dòng)平臺(tái)裝置，使用顯微鏡 放大寶石，調(diào)節(jié)二維平臺(tái)使寶石的尖角處于顯微鏡的十字絲處，通過平臺(tái)上的 位置傳感器記錄寶石的各個(gè)尖角的二維坐標(biāo)，然后使用信號(hào)處理裝置計(jì)算各個(gè) 尖角之間的角度和距離進(jìn)而確定寶石的參數(shù)。該方法同樣存在效率低的缺點(diǎn)， 同時(shí)由于僅僅記錄寶石尖角坐標(biāo)，并不能真實(shí)反映寶石各個(gè)面的三維信息?，F(xiàn)有的設(shè)計(jì)與檢測裝置的功能單一，在實(shí)際操作中需要不同的設(shè)備來完成 其工作要求，使整體工藝成本提高。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有裝置成本高、工藝復(fù)雜、效率較低、實(shí)用性差、 功能單一的缺點(diǎn)，而提出了一種基于機(jī)器視覺的寶石三維自動(dòng)設(shè)計(jì)和檢測裝置。 '本實(shí)用新型的裝置包括圖像采集系統(tǒng)l、轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)設(shè)備2和處理系統(tǒng)3， 所述圖像采集系統(tǒng)1由采集裝置1-1、圖像采集卡1-2和照明裝置1-3組成，采集裝置1-1的信號(hào)輸出端連接圖像采集卡1-2的信號(hào)輸入端，圖像采集卡1-2 的信號(hào)輸出端連接處理系統(tǒng)3的信號(hào)輸入端，所述采集裝置l-l、待測寶石A 和照明裝置1-3依次設(shè)置在同一照射條軸線上，所述轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)設(shè)備2由平臺(tái)機(jī) 體2-1、驅(qū)動(dòng)電機(jī)2-2和設(shè)備控制卡2-3組成，所述處理系統(tǒng)3的信號(hào)輸出端 連接設(shè)備控制卡2-3的信號(hào)輸入端，設(shè)備控制卡2-3的第一控制端連接驅(qū)動(dòng)電 機(jī)2-2的受控端，驅(qū)動(dòng)電機(jī)2-2的傳動(dòng)輸出端連接平臺(tái)機(jī)體2-1上，所述裝置 中至少有一個(gè)圖像采集系統(tǒng)1。本實(shí)用新型的特點(diǎn)在于(1) 設(shè)計(jì)和檢測完全自動(dòng)化，無需人工干預(yù)。系統(tǒng)檢測時(shí)間短，每顆寶石檢測時(shí)間僅在10秒左右；設(shè)計(jì)和測量方便，僅需將寶石隨意置于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上， 無需手工校準(zhǔn)位置。因而可方便地進(jìn)行寶石批量設(shè)計(jì)和檢測。(2) 本實(shí)用新型還包括顯示裝置4，處理系統(tǒng)3將數(shù)據(jù)內(nèi)容通過顯示裝置4 以直觀的三維立體的方式顯示設(shè)計(jì)和檢測結(jié)果，用戶查看方便。同畫面、三維 顯示設(shè)計(jì)完成的寶石、檢測后的寶石和標(biāo)準(zhǔn)寶石的三維立體圖像，用戶可直觀 的進(jìn)行寶石整體和任意局部刻面的切工和參數(shù)對(duì)比。(3) 系統(tǒng)基于機(jī)器視覺原理，使用商業(yè)化的攝像機(jī)、控制卡、輔助光源等 元件設(shè)備，相對(duì)同類系統(tǒng)，無需專門測量器具，因而使用便捷，性價(jià)比高。(4) 裝置還可以設(shè)計(jì)和檢測其它任意類型的小型工件。(5) 處理系統(tǒng)具有保存、查詢，以及報(bào)表的生成與打印的功能，從而提供 日后調(diào)出使用和査詢。


圖1是本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的裝置由圖像采集系統(tǒng)l、轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)設(shè)備2和處理系統(tǒng)3組成，所述的圖像采集系統(tǒng)l由采集 裝置1-1、圖像采集卡l-2和照明裝置1-3組成，采集裝置1-1的信號(hào)輸出端連 接圖像采集卡1-2的信號(hào)輸入端，圖像采集卡1-2的信號(hào)輸出端連接處理系統(tǒng) 3的信號(hào)輸入端，所述的采集裝置1-1、待測寶石A和照明裝置1-3依次設(shè)置 在同一條照射軸線上，所述的轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)設(shè)備2由平臺(tái)機(jī)體2-l、驅(qū)動(dòng)電機(jī)2-2和設(shè)備控制卡2-3組成，所述的處理系統(tǒng)3的信號(hào)輸出端連接設(shè)備控制卡2-3 的信號(hào)輸入端，設(shè)備控制卡2-3的第一控制端連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)2-2的受控端，驅(qū) 動(dòng)電機(jī)2-2的傳動(dòng)輸出端連接平臺(tái)機(jī)體2-1上，所述的照明裝置1-3的受控端 連接設(shè)備控制卡2-3的第二控制端，所述裝置中至少有一個(gè)圖像采集系統(tǒng)1。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式--不同點(diǎn)在于采集裝置1-1由鏡頭1-1-1和攝像機(jī)1-1-2組成，攝像機(jī)1-1-2設(shè) 置在鏡頭1-1-1的焦點(diǎn)上，攝像機(jī)1-1-2為SONY 1/3" 600型號(hào)線高清晰攝像 機(jī)。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一相同。通過鏡頭1-1-l匯聚到攝像 機(jī)1-1-2上，使采集到的圖像信息更加精確。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同點(diǎn)在于照明裝置1-3由輔助光源1-3-1和菲涅爾透鏡1-3-2組成，輔助 光源1-3-1設(shè)置在菲涅爾透鏡1-3-2的焦點(diǎn)上，所述的設(shè)備控制卡2-3的第二 控制端連接輔助光源1-3-1的受控端。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一 相同。在圖像采集過程中，通過菲涅爾透鏡1-3-2將輔助光源1-3-1提供的寶 石檢測背光變成平行光。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同點(diǎn)在于還增加了輔助照明裝置1-4，輔助照明裝置1-4設(shè)置在采集裝置 1-1、待測寶石A和照明裝置1-3所在的同一水平面內(nèi)的采集裝置1-1 一側(cè)， 輔助照明裝置1-4由激光二極管1-4-1和狹縫透鏡1-4-2組成；激光二極管1-4-1 設(shè)置在狹縫透鏡1-4-2的焦點(diǎn)處，激光二極管1-4-1、狹縫透鏡1-4-2和待測寶 石A依次設(shè)置在一條照射軸線上，輔助照明裝置1-4的照射軸線與照明裝置 1-3的照射軸線之間的夾角為6 ，所述的設(shè)備控制卡2-3的第四控制端連接激 光二極管1-4-1的受控端。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一相同。當(dāng)設(shè) 計(jì)寶石的表面存在凹坑時(shí)，開啟激光二極管1-4-1發(fā)射激光，激光通過狹縫透 鏡1-4-2后變成直線光照射到寶石表面，寶石表面的凹坑通過光源投影直線度 的變化加以識(shí)別。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式四不同點(diǎn)在于輔助照明裝置1-4的照射軸線與照明裝置1-3的照射軸線之間的 夾角e為0.1° 80°。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
四相同。
具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式四不同點(diǎn)在于輔助照明裝置1-4的照射軸線與照明裝置1-3的照射軸線之間的 夾角0為10° 70。。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
四相同。
具體實(shí)施方式
七結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式四不同點(diǎn)在于輔助照明裝置1-4的照射軸線與照明裝置1-3的照射軸線之間的夾角e為45°。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
四相同。
具體實(shí)施方式
八結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)設(shè)備2增加了氣泵2-4，設(shè)備控制卡2-3的第三控制端 連接氣泵2-4的受控端，氣泵2-4的氣口設(shè)置在平臺(tái)機(jī)體2-l上，通過氣泵2-4 的氣體抽流的功能，在平臺(tái)機(jī)體2-l與待測寶石A的冠面之間產(chǎn)生負(fù)壓，保持 旋轉(zhuǎn)過程中待測寶石A與平臺(tái)機(jī)體2-1相對(duì)固定。其它組成和連接方式與具體 實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
九結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同點(diǎn)在于增加了顯示裝置4，處理系統(tǒng)3的輸出端連接顯示裝置4的輸入 端。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一相同。在設(shè)計(jì)寶石時(shí)，將待測寶石A放置在平臺(tái)機(jī)體2-1上，由處理系統(tǒng)3發(fā)出 控制指令給照明裝置1-3為平臺(tái)機(jī)體2-1提供背光照明；處理系統(tǒng)3通過設(shè)備 控制卡2-3控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)2-2以指定速率驅(qū)動(dòng)平臺(tái)機(jī)體2-1進(jìn)行高精度旋轉(zhuǎn)， 通過采集裝置1-1采集待測寶石A各個(gè)角度的視頻，采集的視頻由圖像采集卡 l-2轉(zhuǎn)化為多幀數(shù)字圖像序列傳入處理系統(tǒng)3中，將多幀數(shù)字圖像序列通過處 理系統(tǒng)3計(jì)算得到待測寶石A的三維表面和形狀參數(shù)，并在處理系統(tǒng)3中重 構(gòu)寶石毛坯的形狀；根據(jù)待測寶石A的三維重構(gòu)結(jié)果、待設(shè)計(jì)寶石的切割形 狀及遵循標(biāo)準(zhǔn)要求通過處理系統(tǒng)3優(yōu)化待設(shè)計(jì)寶石的主軸方向、大小參數(shù)并計(jì) 算出各切割面的原始參數(shù)，再與保存在處理系統(tǒng)3中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對(duì)比， 進(jìn)一步得到待設(shè)計(jì)寶石各切割面具體參數(shù)及完整的最終設(shè)計(jì)結(jié)果，并將重構(gòu)和 設(shè)計(jì)結(jié)果保存在處理系統(tǒng)3內(nèi)以供查閱檢索和打印輸出。通過處理系統(tǒng)3將待 測寶石A的三維形狀及切割參數(shù)通過OpenGL技術(shù)以三維疊加的方式按用戶 設(shè)置格式顯示在顯示裝置4上，并對(duì)三維圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、局部放大及將待測寶 石A和設(shè)計(jì)結(jié)果疊加顯示。在進(jìn)行檢測時(shí)，將待測寶石A放置在轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)設(shè)備2上，處理系統(tǒng)3發(fā)出控制指令，啟動(dòng)圖像采集系統(tǒng)1和轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)設(shè)備2，通過設(shè)備控制卡2-3控 制驅(qū)動(dòng)電機(jī)2-2以指定速率驅(qū)動(dòng)平臺(tái)機(jī)體2-l進(jìn)行高精度旋轉(zhuǎn)；通過采集裝置 1-1在指定時(shí)間間隔采集當(dāng)前角度的寶石圖像，采集的圖像由圖像采集卡1-2轉(zhuǎn)化為多幀數(shù)字圖像傳入處理系統(tǒng)3中；將采集的多幀數(shù)字圖像中的每幀數(shù)字圖像及對(duì)應(yīng)角度參數(shù)經(jīng)過處理系統(tǒng)3中進(jìn)行預(yù)處理，之后將處理后多幀數(shù)字圖 像進(jìn)行每一層面的圖像分析；判斷平臺(tái)機(jī)體2-l是否旋轉(zhuǎn)一周；是，圖像采集 過程完成，否，返回繼續(xù)采集圖像；通過三維檢測算法得到待測寶石A的三 維表面和形狀參數(shù)；待測寶石A的三維表面和形狀參數(shù)與保存在處理系統(tǒng)3 中標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中的寶石標(biāo)準(zhǔn)類型的參數(shù)相比較，進(jìn)一步計(jì)算得到待測寶石A 形狀及切工參數(shù)；得到最終待測寶石A的類型及切工參數(shù)結(jié)果。
權(quán)利要求1、基于機(jī)器視覺的寶石三維自動(dòng)設(shè)計(jì)和檢測裝置，它包括圖像采集系統(tǒng)(1)、轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)設(shè)備(2)和處理系統(tǒng)(3)，其特征在于所述的圖像采集系統(tǒng)(1)由采集裝置(1-1)、圖像采集卡(1-2)和照明裝置(1-3)組成，采集裝置(1-1)的信號(hào)輸出端連接圖像采集卡(1-2)的信號(hào)輸入端，圖像采集卡(1-2)的信號(hào)輸出端連接處理系統(tǒng)(3)的信號(hào)輸入端，所述的采集裝置(1-1)、待測寶石(A)和照明裝置(1-3)依次設(shè)置在同一條照射軸線上，所述的轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)設(shè)備(2)由平臺(tái)機(jī)體(2-1)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)(2-2)和設(shè)備控制卡(2-3)組成，所述的處理系統(tǒng)(3)的信號(hào)輸出端連接設(shè)備控制卡(2-3)的信號(hào)輸入端，設(shè)備控制卡(2-3)的第一控制端連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)(2-2)的受控端，驅(qū)動(dòng)電機(jī)(2-2)的傳動(dòng)輸出端連接平臺(tái)機(jī)體(2-1)上，所述的照明裝置(1-3)的受控端連接設(shè)備控制卡(2-3)的第二控制端，所述裝置中至少有一個(gè)圖像采集系統(tǒng)(1)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的寶石三維自動(dòng)設(shè)計(jì)和檢測裝置， 其特征在于采集裝置(l-l)由鏡頭(l-l-l)和攝像機(jī)(l-l-2)組成，攝像機(jī)(l-l-2)設(shè) 置在鏡頭(l-l-l)的焦點(diǎn)上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的寶石三維自動(dòng)設(shè)計(jì)和檢測裝置， 其特征在于照明裝置(l-3)由輔助光源(l-3-l)和菲涅爾透鏡(l-3-2)組成，輔助光 源(l-3-l)設(shè)置在菲涅爾透鏡(l-3-2)的焦點(diǎn)上，所述的設(shè)備控制卡(2-3)的第二控 制端連接輔助光源(l-3-l)的受控端。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的寶石三維自動(dòng)設(shè)計(jì)和檢測裝置， 其特征在于它還包括了輔助照明裝置(l-4)，輔助照明裝置(l-4)設(shè)置在采集裝置 (1-1)、待測寶石(A)和照明裝置(1-3)所在的同一水平面內(nèi)的采集裝置(1-1)一側(cè)， 輔助照明裝置(1-4)由激光二極管(1-4-1)和狹縫透鏡(1-4-2)組成；激光二極管 (1-4-1)設(shè)置在狹縫透鏡(l-4-2)的焦點(diǎn)處，激光二極管(l-4-l)、狹縫透鏡(l-4-2) 和待測寶石(A)依次設(shè)置在一條照射軸線上，輔助照明裝置(l-4)的照射軸線與 照明裝置(l-3)的照射軸線之間的夾角為9 ，所述的設(shè)備控制卡(2-3)的第四控制 端連接激光二極管(l-4-l)的受控端。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于機(jī)器視覺的寶石三維自動(dòng)設(shè)計(jì)和檢測裝置， 其特征在于輔助照明裝置(l-4)的照射軸線與照明裝置(l-3)的照射軸線之間的夾角e為o.i° 80°。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于機(jī)器視覺的寶石三維自動(dòng)設(shè)計(jì)和檢測裝置， 其特征在于輔助照明裝置(l-4)的照射軸線與照明裝置(l-3)的照射軸線之間的夾角e為io° 70°。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于機(jī)器視覺的寶石三維自動(dòng)設(shè)計(jì)和檢測裝置， 其特征在于輔助照明裝置(l-4)的照射軸線與照明裝置(l-3)的照射軸線之間的 夾角e為45°。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的寶石三維自動(dòng)設(shè)計(jì)和檢測裝置， 其特征在于轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)設(shè)備(2)增加了氣泵(2-4)，設(shè)備控制卡(2-3)的第三控制端 連接氣泵(2-4)的受控端，氣泵(2-4)的氣口設(shè)置在平臺(tái)機(jī)體(2-l)上。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的寶石三維自動(dòng)設(shè)計(jì)和檢測裝置， 其特征在于它還包括顯示裝置(4)，處理系統(tǒng)(3)的輸出端連接顯示裝置(4)的輸 入端。
專利摘要基于機(jī)器視覺的寶石三維自動(dòng)設(shè)計(jì)和檢測裝置，它涉及寶石切工設(shè)計(jì)和檢測裝置，本實(shí)用新型為解決現(xiàn)有技術(shù)中成本高、工藝復(fù)雜、效率較低、實(shí)用性差、功能單一的缺點(diǎn)。本實(shí)用新型的圖像采集系統(tǒng)由采集裝置、圖像采集卡和照明裝置組成，采集裝置輸出端連圖像采集卡輸入端，圖像采集卡輸出端連處理系統(tǒng)輸入端，采集裝置、待測寶石和照明裝置依次放同一軸線上，轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)設(shè)備由平臺(tái)機(jī)體、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和設(shè)備控制卡組成，處理系統(tǒng)輸出端連設(shè)備控制卡信號(hào)輸入端，設(shè)備控制卡第一控制端連驅(qū)動(dòng)電機(jī)受控端，驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)輸出端連平臺(tái)機(jī)體上，照明裝置受控端連設(shè)備控制卡第二控制端，裝置中至少有一個(gè)圖像采集系統(tǒng)。它有設(shè)計(jì)和檢測自動(dòng)化、時(shí)間短、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B28D5/00GK201082573SQ20072011697
公開日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月12日
發(fā)明者屈楨深 申請(qǐng)人:許 焱;邵誠訓(xùn);葉成淳;許 卉