專利名稱：基于機(jī)器視覺的直線度自動(dòng)測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量方法，特別涉及一種基于機(jī)器視覺的直線度自動(dòng)測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
由人工按傳統(tǒng)方法測(cè)量和評(píng)定直線度誤差時(shí)，采用兩端點(diǎn)連線法對(duì)所測(cè)得的零件 輪廓點(diǎn)信息進(jìn)行直線度誤差評(píng)定，由于有固定的算法模式，比較簡單，但有時(shí)存在著數(shù)據(jù)處 理的原理誤差；而最小包容區(qū)域法的評(píng)定比較精確，但由于須按最高最低相間法則確定最 小包容區(qū)域，故對(duì)不同的測(cè)量所得的不同的原始數(shù)據(jù)群的處理模式是不同的，例如依圖1 中的測(cè)量數(shù)據(jù)，構(gòu)成最小包容區(qū)域的一定是從左到右第1、3、4號(hào)輪廓點(diǎn)，它不具普遍性，這 影響了檢測(cè)的效率，同時(shí)也對(duì)直線度誤差的自動(dòng)檢測(cè)和評(píng)定造成了障礙。
此外，傳統(tǒng)的直線度誤差的檢測(cè)是采用一定跨距的橋尺配合自準(zhǔn)直儀或水平儀進(jìn) 行的，因而對(duì)較短的零件無法采用傳統(tǒng)的方法檢測(cè)其直線度誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)傳統(tǒng)的直線度誤差的檢測(cè)存在的問題，提出了一種基于機(jī)器視覺的 直線度自動(dòng)測(cè)量方法，開發(fā)了"逐點(diǎn)劃線-比較"推理機(jī)制，達(dá)到了此智能水平可以自動(dòng)確 定最小包容區(qū)域的兩平行直線，計(jì)算出直線度誤差，從而完成直線度誤差的快速自動(dòng)檢測(cè)。
本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于機(jī)器視覺的直線度自動(dòng)測(cè)量方，包括如下具體步 驟 1)被測(cè)零件裝夾環(huán)節(jié)裝夾被測(cè)零件和安裝攝像頭的裝置，為取得合適的圖像， 攝像頭被安裝在雙層移動(dòng)平臺(tái)上，由電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)其移動(dòng)； 2)圖像輸入通過攝像頭采集被測(cè)零件的圖像信息，根據(jù)屏幕各像素點(diǎn)的灰度值 進(jìn)行圖像處理，并由物_屏參數(shù)標(biāo)定得到各實(shí)際輪廓點(diǎn)坐標(biāo)信息； 3)智能模塊依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的直線度誤差的評(píng)定方法-最小包容區(qū)域法和算 法——"逐點(diǎn)劃線_比較"推理機(jī)制； 設(shè)從圖像輸入模塊得到的輪廓點(diǎn)坐標(biāo)信息為P' (x' i，y'》，X' i為直線度檢 測(cè)跨距方向的坐標(biāo)值，為跨距L的倍數(shù)；y' i為對(duì)應(yīng)x' i處的實(shí)際輪廓的高度值；逐點(diǎn)劃 線_比較推理機(jī)制對(duì)兩兩輪廓點(diǎn)逐點(diǎn)劃線，每劃一線進(jìn)行逐點(diǎn)比較①連線外其余各點(diǎn)是 否在該線的同側(cè)； 離該線最遠(yuǎn)的點(diǎn)是否位于組成該線的兩點(diǎn)之間，逐點(diǎn)劃線_比較推理 機(jī)制以此判據(jù)來決定是否搜索到形成最小包容區(qū)域的兩平行直線； 4)判定與輸出對(duì)智能模塊傳送的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行甄別，如數(shù)據(jù)有誤向智能模塊提 出移動(dòng)攝像頭的要求，位置調(diào)整模塊接受來自于判定與輸出并經(jīng)智能模塊傳輸?shù)囊苿?dòng)攝像 頭要求的指令，分配被測(cè)零件裝夾環(huán)節(jié)中的各電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)攝像頭位置的調(diào)整；如數(shù) 據(jù)合理則最后輸出直線度誤差的測(cè)量結(jié)果； 5)人機(jī)界面向操作人員提供友好的人機(jī)互動(dòng)的平臺(tái)，可以設(shè)置必要的參數(shù)，顯 示所采集的圖像和測(cè)量結(jié)果，還可以選擇是否進(jìn)行模擬測(cè)量。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明基于機(jī)器視覺的直線度自動(dòng)測(cè)量方法，采用啟發(fā) 式搜索作為推理策略可節(jié)省大量的搜索時(shí)間。而且此推理機(jī)制不存在原理誤差，故不影響 測(cè)量精度；摒棄了人工直線度測(cè)量中使用的橋尺等工具而使用攝像頭采集被測(cè)物體的圖像 進(jìn)行直線度檢測(cè)，故可從根本上改變?cè)冉佑|式測(cè)量的模式，還可應(yīng)用于短小零件的直線 度誤差檢測(cè)。


圖1為本發(fā)明最小包容區(qū)域法示意圖； 圖2為本發(fā)明基于機(jī)器視覺的直線度自動(dòng)測(cè)量方法框圖。
具體實(shí)施例方式
如圖2所示基于機(jī)器視覺的直線度自動(dòng)測(cè)量方法框圖，包括如下步驟 (1)被測(cè)零件裝夾環(huán)節(jié)裝夾被測(cè)零件和安裝攝像頭的裝置，為取得合適的圖像，
攝像頭被安裝在雙層移動(dòng)平臺(tái)上，由電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)其移動(dòng)。 (2)圖像輸入圖像輸入元件采用大恒DH-HV1302UM-M攝像頭，它采集被測(cè)零件的 圖像信息，根據(jù)屏幕各像素點(diǎn)的灰度值進(jìn)行圖像處理，并由物-屏參數(shù)標(biāo)定得到各實(shí)際輪 廓點(diǎn)坐標(biāo)信息。 (3)智能模塊它包含了依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的直線度誤差的評(píng)定方法(最小包容 區(qū)域法)所設(shè)計(jì)的算法——"逐點(diǎn)劃線_比較"推理機(jī)制。 設(shè)從圖像輸入模塊得到的輪廓點(diǎn)坐標(biāo)信息為P' (x' i，y'》，X' i為直線度檢
測(cè)跨距方向的坐標(biāo)值，為跨距L的倍數(shù)；y' i為對(duì)應(yīng)x' i處的實(shí)際輪廓的高度值。逐點(diǎn)劃
線_比較推理機(jī)制對(duì)兩兩輪廓點(diǎn)逐點(diǎn)劃線，每劃一線進(jìn)行逐點(diǎn)比較①連線外其余各點(diǎn)是
否在該線的同側(cè)；②離該線最遠(yuǎn)的點(diǎn)是否位于組成該線的兩點(diǎn)之間。逐點(diǎn)劃線_比較推理
機(jī)制以此判據(jù)來決定是否搜索到形成最小包容區(qū)域的兩平行直線，如圖1所示。 由于具有圖像采集和識(shí)別功能的直線度測(cè)量儀是基于機(jī)器視覺進(jìn)行檢測(cè)的，故跨
距可以取得較小，跨距數(shù)則可以較大，由此形成狀態(tài)空間的組合爆炸，因而逐點(diǎn)劃線_比較
推理機(jī)制必須在較大的狀態(tài)空間中搜索出滿足上述兩點(diǎn)判據(jù)的目標(biāo)直線lj,k*。 為了縮短搜索的路徑和時(shí)間，逐點(diǎn)劃線_比較推理機(jī)制采用啟發(fā)式搜索方式，首
先按"對(duì)稱抵消"來"剪枝"較大的狀態(tài)空間，形成下列矩陣所表示的搜索空間S。<formula>formula see original document page 4</formula> 其次依據(jù)最高(低)點(diǎn)優(yōu)先匹配的法則構(gòu)造一個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列l(wèi)u， lj,n， l2,k，……， 即按行列、首尾交替的搜索方向，由最高(低)點(diǎn)向次高(低)點(diǎn)等逐點(diǎn)劃線，按上述判據(jù) 決定搜索是否終止若滿足，則即找到了形成最小包容區(qū)域的兩平行直線之一 ；否則，由次 高(低)點(diǎn)向除最高(低)點(diǎn)之外的各點(diǎn)劃線，同樣進(jìn)行逐點(diǎn)比較。以此類推，直到求得滿<formula>formula see original document page 4</formula>足最小包容區(qū)域要求的兩平行直線之一，進(jìn)而按至最遠(yuǎn)點(diǎn)距離確定另一條平行直線。
建立lj,k直線方程的一般式Ajkx+Bjky+Cjk = 0
(2)
其中各系數(shù)由構(gòu)成直線lj 各點(diǎn)P(Xi， y》至lj,k直線的距離為=
的兩個(gè)輪廓點(diǎn)P^Xj， y》和PK(xk， yk)的坐標(biāo)確定, 若各點(diǎn)至直線的數(shù)學(xué)距離異號(hào)，則表示該線兩側(cè)均有輪廓點(diǎn)，該線為不可取直線；
全部同號(hào)為可能直線，進(jìn)而由"離該線最遠(yuǎn)的點(diǎn)是否位于組成該線的兩點(diǎn)之間"而甄別出是 否為可取直線。 在軟件實(shí)現(xiàn)中利用臨時(shí)數(shù)據(jù)庫設(shè)置二維數(shù)學(xué)距離數(shù)組，例如，各點(diǎn)至過最高點(diǎn)諸 線的數(shù)學(xué)距離數(shù)組由下式各元素構(gòu)成 <formula>formula see original document page 5</formula>
軟件運(yùn)行時(shí)逐行計(jì)算各點(diǎn)至直線的數(shù)學(xué)距離并甄別，滿足最小包容區(qū)域判據(jù)則終 止運(yùn)算，輸出結(jié)果；否則繼續(xù)循環(huán)運(yùn)算，若臨時(shí)數(shù)據(jù)庫中過最高點(diǎn)諸線的數(shù)據(jù)運(yùn)算完畢還未 推理出合理結(jié)果，則按啟發(fā)式搜索所定搜索方向刷新臨時(shí)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)繼續(xù)運(yùn)算，直至推理 結(jié)束。 (4)判定與輸出對(duì)智能模塊傳送的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行甄別，數(shù)據(jù)有誤向智能模塊提 出移動(dòng)攝像頭的要求，數(shù)據(jù)合理最后輸出直線度誤差的測(cè)量結(jié)果。 (5)人機(jī)界面向操作人員提供友好的人機(jī)互動(dòng)的平臺(tái)，可以設(shè)置必要的參數(shù)，顯 示所采集的圖像和測(cè)量結(jié)果，還可以選擇是否進(jìn)行模擬測(cè)量。 (6)位置調(diào)整模塊接受來自于判定與輸出并經(jīng)智能模塊傳輸?shù)囊苿?dòng)攝像頭要求 的指令，分配被測(cè)零件裝夾環(huán)節(jié)中的各電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)攝像頭位置的調(diào)整。
權(quán)利要求
一種基于機(jī)器視覺的直線度自動(dòng)測(cè)量方法，其特征在于，包括如下具體步驟1)被測(cè)零件裝夾環(huán)節(jié)裝夾被測(cè)零件和安裝攝像頭的裝置，為取得合適的圖像，攝像頭被安裝在雙層移動(dòng)平臺(tái)上，由電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)其移動(dòng)；2)圖像輸入通過攝像頭采集被測(cè)零件的圖像信息，根據(jù)屏幕各像素點(diǎn)的灰度值進(jìn)行圖像處理，并由物-屏參數(shù)標(biāo)定得到各實(shí)際輪廓點(diǎn)坐標(biāo)信息；3)智能模塊依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的直線度誤差的評(píng)定方法——最小包容區(qū)域法——所設(shè)計(jì)的軟件算法——“逐點(diǎn)劃線-比較”推理機(jī)制；設(shè)從圖像輸入模塊得到的輪廓點(diǎn)坐標(biāo)信息為P′(x′i，y′i)，x′i為直線度檢測(cè)跨距方向的坐標(biāo)值，為跨距L的倍數(shù)；y′i為對(duì)應(yīng)x′i處的實(shí)際輪廓的高度值；逐點(diǎn)劃線-比較推理機(jī)制對(duì)兩兩輪廓點(diǎn)逐點(diǎn)劃線，每劃一線進(jìn)行逐點(diǎn)比較①連線外其余各點(diǎn)是否在該線的同側(cè)；②離該線最遠(yuǎn)的點(diǎn)是否位于組成該線的兩點(diǎn)之間，逐點(diǎn)劃線-比較推理機(jī)制以此判據(jù)來決定是否搜索到形成最小包容區(qū)域的兩平行直線；4)判定與輸出對(duì)智能模塊傳送的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行甄別，如數(shù)據(jù)有誤向智能模塊提出移動(dòng)攝像頭的要求，位置調(diào)整模塊接受來自于判定與輸出并經(jīng)智能模塊傳輸?shù)囊苿?dòng)攝像頭要求的指令，分配被測(cè)零件裝夾環(huán)節(jié)中的各電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)攝像頭位置的調(diào)整；如數(shù)據(jù)合理則最后輸出直線度誤差的測(cè)量結(jié)果；5)人機(jī)界面向操作人員提供友好的人機(jī)互動(dòng)的平臺(tái)，可以設(shè)置必要的參數(shù)，顯示所采集的圖像和測(cè)量結(jié)果，還可以選擇是否進(jìn)行模擬測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于機(jī)器視覺的直線度自動(dòng)測(cè)量方法，通過攝像頭采集圖像信號(hào)后采用“逐點(diǎn)劃線-比較”推理機(jī)制，達(dá)到自動(dòng)確定最小包容區(qū)域的兩平行直線，計(jì)算出直線度誤差，從而完成直線度誤差的快速自動(dòng)檢測(cè)。采用啟發(fā)式搜索作為推理策略可節(jié)省大量的搜索時(shí)間，而且此推理機(jī)制不存在原理誤差，故不影響測(cè)量精度；摒棄了人工直線度測(cè)量中使用的橋尺等工具而使用攝像頭采集被測(cè)物體的圖像進(jìn)行直線度檢測(cè)，故可從根本上改變?cè)冉佑|式測(cè)量的模式，還可應(yīng)用于短小零件的直線度誤差檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01B11/26GK101709957SQ20091020102
公開日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者劉有毅, 談理, 龔德利 申請(qǐng)人:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院