專利名稱：一種應(yīng)用于平面型工件的數(shù)據(jù)化測繪方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及逆向工程中工件、樣件的測量、測繪的技術(shù)領(lǐng)域，特別是非接觸式的數(shù) 據(jù)化測繪方法。
背景技術(shù)：
在工業(yè)品的原創(chuàng)設(shè)計(jì)到規(guī)?；a(chǎn)的過程中， 一般需要釆用逆向工程，即將原始設(shè) 計(jì)的工件或手工制作的樣件經(jīng)過測量、測繪，獲得其適用于機(jī)械化、自動(dòng)化加工的參數(shù)、 數(shù)據(jù)，作為后續(xù)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。目前，在逆向工程中較常用的母件測量、測繪方式有手 工臨摹式、光學(xué)掃描儀式、碰數(shù)系統(tǒng)式、激光三維掃描式等四種。其中，手工臨摹式最 為原始、落后，僅靠人手臨摹、換算，精確度差、隨意性大，已不適應(yīng)規(guī)?；a(chǎn)加工 的需要；光學(xué)掃描儀式則只適用于厚度不大、重量較輕的薄片型工件、樣件，且容易受 工件、樣件的尺寸規(guī)格大小限制，應(yīng)用面窄、通用性差；碰數(shù)系統(tǒng)式雖然精度和通用性 不差，但由于是采用點(diǎn)觸碰方式工作，操作使用繁瑣、測量速度慢，所用設(shè)備成本也較 昂貴；激光三維掃描式雖精度高、適用范圍廣，但設(shè)備極其昂貴，屬專用設(shè)備，普及率 低，難以在一般企業(yè)廣泛應(yīng)用。而在實(shí)際的加工生產(chǎn)過程中，盡管工件、樣件絕大部分 是三維構(gòu)件，但其中有很大一部分則是等厚度或者厚度均一的平面型構(gòu)件，對(duì)于這樣類 型的工件、樣件，光學(xué)掃描儀式測量無法適應(yīng)、碰數(shù)系統(tǒng)式測量效率低下、激光三維掃 描式測量成本高。如何對(duì)平面型工件、樣件進(jìn)行簡單、高效、準(zhǔn)確、低成本的測量測繪， 是傳統(tǒng)技術(shù)還沒有完善解決的。而在一般普通的生產(chǎn)加工企業(yè)中，帶動(dòng)被加工工件作X 軸、Y軸位移的工作臺(tái)…-XY平臺(tái)是最多見、最常用的設(shè)備，而且XY平臺(tái)的規(guī)格尺寸 與待加工工件的大小尺寸相適應(yīng)。如何組合、利用常規(guī)通用設(shè)備實(shí)現(xiàn)精確的母件測量測 繪，正是本發(fā)明要解決的重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提出一種設(shè)備簡單、操作使用 方便、測量精度高、適應(yīng)性強(qiáng)，成本低廉的應(yīng)用于平面型工件的數(shù)據(jù)化測繪方法。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 一種應(yīng)用于平面型工件的數(shù)據(jù)化測繪方 法，包括有常規(guī)的可作X軸、Y軸位移的X Y平臺(tái)，常規(guī)的攝像機(jī)，常規(guī)的控制P C機(jī) 及軟件，其特征在于工件母件水平放置于XY平臺(tái)的機(jī)臺(tái)面上，攝像機(jī)固定于XY平 臺(tái)的移動(dòng)托架上且鏡頭垂直正對(duì)機(jī)臺(tái)面上的工件母件，X Y平臺(tái)的移動(dòng)托架帶著攝像機(jī)作等間距的間歇式步進(jìn)位移，且攝像機(jī)在每次位移間隔之間的停歇點(diǎn)即對(duì)機(jī)臺(tái)面上工件 母件的對(duì)應(yīng)局部進(jìn)行正投影攝像取樣，并將取樣圖像與該攝像取樣停歇點(diǎn)對(duì)應(yīng)的X Y座 標(biāo)參數(shù)一同送入P C機(jī)保存，根據(jù)工件母件的尺寸大小，攝像機(jī)在移動(dòng)托架的帶動(dòng)下圍 繞工件母件來回往復(fù)步進(jìn)攝像取樣，并走完全程，從而將工件母件的形狀化整為零、分 成若千個(gè)局部的正投影取樣圖像，P C機(jī)將所有取樣圖像與各自對(duì)應(yīng)的X Y座標(biāo)綜合建 立圖像數(shù)據(jù)庫，然后將各取樣圖像按照X Y座標(biāo)參數(shù)在P C機(jī)的屏幕上依次還原排列， 重新拼接出工件母件的完整的正投影圖像，接著通過P C機(jī)的常規(guī)圖片處理軟件，人工 從工件母件的正投影拼接圖像中勾勒出其整體及內(nèi)部的輪廓線、形狀線，整理并光滑連 接形成工件母件的測繪線條圖，該線條圖包含XY座標(biāo)參數(shù)，為后續(xù)的工件規(guī)?；?、數(shù) 字化加工奠定了基礎(chǔ)。進(jìn)一步地，攝像取樣的方式可以是攝像機(jī)固定于機(jī)臺(tái)上的原點(diǎn)不 動(dòng)，工件母件則由XY平臺(tái)帶動(dòng)在攝像機(jī)的鏡頭下作等間距的間歇式步進(jìn)位移。為使工 件母件的尺寸參數(shù)測繪更準(zhǔn)確，在工件母件的下方可鋪設(shè)帶有標(biāo)準(zhǔn)尺寸刻度或網(wǎng)格的背 景。為避免取樣圖像的不完整、連接不連貫，攝像機(jī)獲得的每個(gè)取樣圖像最好與相鄰的 取樣圖像有局部的交叉重疊。對(duì)于只有外輪廓形狀的實(shí)體工件母件，為節(jié)省測繪時(shí)間， 攝像機(jī)的步進(jìn)位移可由人手或人工控制手柄調(diào)控，攝像機(jī)只沿著工件母件的外輪廓形狀 作等間距的攝像取樣。為方便重新拼接，用于拼接的取樣圖像最好為同 一大小的正方形， 面積在lmmx lmm~ 1 5mmx l 5 mm之間。 這樣的設(shè)計(jì)，本發(fā)明具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢；
1、 通過X Y平臺(tái)和攝像機(jī)這些常規(guī)設(shè)備就可對(duì)工件母件進(jìn)行精確的測繪，能滿足、 適應(yīng)各種不同規(guī)格尺寸的平面型工件母件，還可根據(jù)需要作自動(dòng)或手動(dòng)的選擇，靈活性 好。
2、 X Y平臺(tái)是一般的通用設(shè)備，易于推廣普及，通用性強(qiáng)，無須重復(fù)投資。
3、 可通過PC機(jī)的屏幕直觀、清晰地了解測繪過程、圖像，操作簡單。
4、 對(duì)工件母件的測繪精度高，線條圖的尺寸精度可達(dá)O. 0 2mm。
5、 測繪效率大大提高，完成一個(gè)工件母件的近千張圖像的拍攝取樣，只需約2 0 分鐘。
6、 整套方法所用設(shè)備常用而簡單，其成本不高。
7、 最重要的是，可直接將工件母件轉(zhuǎn)換成精確的數(shù)據(jù)，為以后的規(guī)?；⒆詣?dòng)化 加工創(chuàng)造了十分有利的基礎(chǔ)。


圖1是本發(fā)明的示意圖2是實(shí)施例1的攝像示意圖3是實(shí)施例1的攝像及拼接圖像示意圖4是實(shí)施例2的攝像及拼接圖像示意圖5是實(shí)施例3的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的方法主要適用于二維的平面工件，或者是特殊的三維工件---即有一維是 等厚度或厚度均 一 的平面型構(gòu)件。
實(shí)施例l,參見圖1，以測繪木工加工中椅子的椅背工件母件為例，本實(shí)施例的數(shù) 據(jù)化測繪方法所需要的設(shè)備包括有常規(guī)的X Y平臺(tái)1,常規(guī)的攝像機(jī)2，常規(guī)的控制P C機(jī)3及公知的軟件，攝像機(jī)2鏡頭垂直朝下地被固定于X Y平臺(tái)1的移動(dòng)托架11上， 母件4水平放置于X Y平臺(tái)1的機(jī)臺(tái)面12上。測繪前，先根據(jù)母件4的長寬尺寸1200 mm x 60mm粗略圈定攝像機(jī)2在X Y平臺(tái)1上的X軸、Y軸的行程范圍---X軸為1220 mm、 Y軸為100mm所圍成的長方形內(nèi)，然后將掘j象機(jī)2移動(dòng)至起始測繪點(diǎn)、調(diào)好焦 距。
測繪開始，攝像機(jī)2先在起始測繪點(diǎn)拍攝第1幅圖像，而起始拍攝點(diǎn)在XY平臺(tái)1 上的對(duì)應(yīng)座標(biāo)為xl、 yl, P C機(jī)3將第一幅圖像及座標(biāo)參數(shù)xl、 yl保存，然后移動(dòng)托 架11帶動(dòng)攝像機(jī)2沿X軸水平移動(dòng)10mm，在第2個(gè)停歇點(diǎn)拍攝第2幅圖像，對(duì)應(yīng)的 座標(biāo)為x2、 yl,第2幅圖像及對(duì)應(yīng)的座標(biāo)參數(shù)x2、 yl也保存入PC機(jī)3，接著再沿X 軸水平移動(dòng)10mm,在第3個(gè)停歇點(diǎn)拍攝第3幅圖像，如此以10mm為一個(gè)間距水平 移動(dòng)拍攝一幅圖像，直至在1220mm范圍內(nèi)拍攝完12 2幅圖像及對(duì)應(yīng)的12 2個(gè)座標(biāo)參數(shù), 如圖2所示，此位置時(shí)攝像機(jī)2的座標(biāo)為x122、 yl;接著移動(dòng)托架11帶動(dòng)攝像機(jī)2沿 Y軸上移10mm,拍攝第123幅圖像，其對(duì)應(yīng)的座標(biāo)參數(shù)x122、 y2，然后，移動(dòng)托架 11帶動(dòng)攝像機(jī)2沿X軸反方向水平移動(dòng)10 m m,拍攝第12 4幅圖像，其對(duì)應(yīng)的座標(biāo)參 數(shù)xl21、 y2，如此以10mm為一個(gè)間距水平移動(dòng)拍攝一幅圖像，就這樣交替循還，如圖3所示，攝像機(jī)2在X軸為1220mm、 Y軸為100mm所圍成的長方形內(nèi)共拍攝完1220 幅圖像；P C機(jī)3將這1220幅圖像及1220組座標(biāo)參數(shù)建立圖像數(shù)據(jù)庫。接著，P C機(jī) 3對(duì)這1220幅圖像進(jìn)行取樣-—即每幅圖像只截取中心點(diǎn)范圍內(nèi)的10mm x 10mm的圖 像作為取樣圖像，然后將這1220幅取樣圖像按原來對(duì)應(yīng)的座標(biāo)關(guān)系在P C機(jī)3的屏幕 上依次還原排列，重新拼接出母件4的完整的拼接圖像，由于每幅圖像都是由攝像機(jī)2 垂直正對(duì)母件4及機(jī)臺(tái)面12拍攝的，涉及到母件4的所有局部圖像都是正投影關(guān)系的， 母件4的所有形狀細(xì)節(jié)都能夠得到逼真的還原。接著，利用P C機(jī)3內(nèi)的圖片處理軟件， 人手通過鼠標(biāo)從母件4的正投影拼接圖像中勾圖，勾勒出母件4的整體輪廓線，最后， 整理并光滑連接形成工件母件的測繪線條圖。本實(shí)施例中，由于X Y平臺(tái)1可以設(shè)定自 動(dòng)進(jìn)給，以每1秒拍攝一幅圖像計(jì)算，拍攝1220幅圖像所需要的時(shí)間僅需20分鐘左右， 完成一個(gè)母件4的測繪到出線條圖，所花時(shí)間可以以小時(shí)來計(jì)算。效率是以往技術(shù)的數(shù) 十倍。此外，為便于測繪時(shí)校正母件4的真實(shí)尺寸參數(shù)，可在機(jī)臺(tái)面12上、母件4的 下方鋪設(shè)帶有標(biāo)準(zhǔn)尺寸刻度或網(wǎng)格的背景，這樣，重新拼接出母件4的完整的拼接圖像 時(shí)，可在圖像的背景中及時(shí)了解母件4所有局部線條的大小、尺寸參數(shù)。方便對(duì)線條圖 的量化轉(zhuǎn)換。為了便于圖像的拼接，攝像機(jī)獲得的每幅圖像最好與相鄰的圖像有局部的 交叉重疊，從而可避免出現(xiàn)局部輪廓線斷開、不接續(xù)的情況。
實(shí)施例2，參見圖4,本實(shí)施例所需要的設(shè)備與實(shí)施例1類同，只是由人手操控或 者增加人工控制手柄，人工控制手柄與X Y平臺(tái)的控制系統(tǒng)連接，主要是針對(duì)那些只有 外輪廓而沒有內(nèi)部線條、形狀的實(shí)心母件4'。為了提高測繪的效率、節(jié)省測繪時(shí)間， 對(duì)于那些實(shí)心的母件4',可以只對(duì)母件4，的外輪廓形狀進(jìn)行拍攝，而不必死板地往 復(fù)來回走全程，因此，在測繪時(shí)，從起始測繪點(diǎn)開始，就可通過人工控制攝像機(jī)2的停 歇點(diǎn)，使攝像機(jī)2只沿著母件4，的輪廓形狀在附近等間距移動(dòng)拍攝，然后沿著母件4， 的輪廓形狀等間距推進(jìn)，直到走回起始測繪點(diǎn)，這樣，所拍攝的輪廓圖像依然與XY平 臺(tái)的座標(biāo)參數(shù)對(duì)應(yīng)的，同樣可以依座標(biāo)將輪廓圖像還原排列成母件4，，但卻可以省略 了母件4'內(nèi)部無關(guān)形狀的拍攝，以實(shí)施例1的椅背母件4為例，本方法只需要拍攝約 300幅圖片即可完成測繪，大大節(jié)省了時(shí)間。
實(shí)施例3，參見圖5,攝像取樣的方式可以是攝像機(jī)2'固定于機(jī)臺(tái)上的原點(diǎn)不動(dòng)， 工件母件4則由XY平臺(tái)1'帶動(dòng)在攝像機(jī)2'的鏡頭下作等間距的間歇式步進(jìn)位移，P C機(jī)3'進(jìn)行軟件數(shù)據(jù)處理。這同樣可以達(dá)到實(shí)施例1的從母件轉(zhuǎn)換為線條圖的技術(shù) 效果。
當(dāng)然，這里僅列舉了三種較佳的實(shí)施方式，其它等同、類同的構(gòu)造均應(yīng)屬于本專利 的保護(hù)范疇，這里不再贅述。
權(quán)利要求
1、一種應(yīng)用于平面型工件的數(shù)據(jù)化測繪方法，包括有常規(guī)的可作X軸、Y軸位移的XY平臺(tái)，常規(guī)的攝像機(jī)，常規(guī)的控制PC機(jī)及軟件，其特征在于工件母件水平放置于XY平臺(tái)的機(jī)臺(tái)面上，攝像機(jī)固定于XY平臺(tái)的移動(dòng)托架上且鏡頭垂直正對(duì)機(jī)臺(tái)面上的工件母件，XY平臺(tái)的移動(dòng)托架帶著攝像機(jī)作等間距的間歇式步進(jìn)位移，且攝像機(jī)在每次位移間隔之間的停歇點(diǎn)即對(duì)機(jī)臺(tái)面上工件母件的對(duì)應(yīng)局部進(jìn)行正投影攝像取樣，并將取樣圖像與該攝像取樣停歇點(diǎn)對(duì)應(yīng)的XY座標(biāo)參數(shù)一同送入PC機(jī)保存，根據(jù)工件母件的尺寸大小，攝像機(jī)在移動(dòng)托架的帶動(dòng)下圍繞工件母件來回往復(fù)步進(jìn)攝像取樣，并走完全程，從而將工件母件的形狀化整為零、分成若干個(gè)局部的正投影取樣圖像，PC機(jī)將所有取樣圖像與各自對(duì)應(yīng)的XY座標(biāo)綜合建立圖像數(shù)據(jù)庫，然后將各取樣圖像按照XY座標(biāo)參數(shù)在PC機(jī)的屏幕上依次還原排列，重新拼接出工件母件的完整的正投影圖像，接著通過PC機(jī)的常規(guī)圖片處理軟件，人工從工件母件的正投影拼接圖像中勾勒出其整體及內(nèi)部的輪廓線、形狀線，整理并光滑連接形成工件母件的測繪線條圖，該線條圖包含XY座標(biāo)參數(shù)，為后續(xù)的工件規(guī)?；?shù)字化加工奠定了基礎(chǔ)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)化測繪方法，其特征是攝像取樣的方式可以是攝像 機(jī)固定于機(jī)臺(tái)上的原點(diǎn)不動(dòng)，工件母件則由X Y平臺(tái)帶動(dòng)在攝像機(jī)的鏡頭下作等間距的 間歇式步進(jìn)位移。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)據(jù)化測繪方法，其特征是在工件母件的下方可鋪 設(shè)帶有標(biāo)準(zhǔn)尺寸刻度或網(wǎng)格的背景。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)據(jù)化測繪方法，其特征是攝像機(jī)獲得的每個(gè)取樣 圖像最好與相鄰的取樣圖像有局部的交叉重疊。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)據(jù)化測繪方法，其特征是攝像機(jī)的步進(jìn)位移可由 人手或人工控制手柄調(diào)控，攝像機(jī)只沿著工件母件的外輪廓形狀作等間距的攝像取樣。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)據(jù)化測繪方法，其特征是用于拼接的取樣圖像最好為 同一大小的正方形，面積、在1 mm x lmm 1 5 mm x 1 5 mm之間。
全文摘要
本發(fā)明公開一種應(yīng)用于平面型工件的數(shù)據(jù)化測繪方法，包括有常規(guī)XY平臺(tái)，攝像機(jī)控制PC機(jī)及軟件，通過XY平臺(tái)帶動(dòng)攝像機(jī)作等間距的步進(jìn)位移，對(duì)母件的對(duì)應(yīng)局部進(jìn)行攝像取樣，并將取樣圖像與該攝像取樣停歇點(diǎn)對(duì)應(yīng)的XY座標(biāo)參數(shù)一同送入PC機(jī)保存，從而將母件的形狀分成若干個(gè)局部的正投影取樣圖像，PC機(jī)將各取樣圖像按照XY座標(biāo)參數(shù)在PC機(jī)的屏幕上依次還原排列，重新拼接出母件的完整的正投影圖像，通過PC機(jī)的圖片處理軟件，人工從母件的正投影拼接圖像中勾勒、整理并光滑連接形成工件母件的測繪線條圖，為后續(xù)的工件規(guī)?；?shù)字化加工奠定了基礎(chǔ)，這樣的方法，具有設(shè)備簡單、操作使用方便、測量精度高、適應(yīng)性強(qiáng)，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B11/24GK101458070SQ20081018974
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2008年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日
發(fā)明者陳偉良 申請(qǐng)人:陳偉良