本實(shí)用新型涉及拉絲模具測量領(lǐng)域，尤其涉及一種利用圖像拼接技術(shù)來測量拉絲模具上的孔徑尺寸的測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

圖像拼接就是將同一場景的相互有部分重疊的一系列圖片拼接成大幅的、寬視角的、與原始圖像接近且失真小、沒有明顯縫合線的高分辨率圖像?；诮屈c(diǎn)的圖像拼接技術(shù)一般包括角點(diǎn)檢測、圖像配準(zhǔn)和圖像融合三個部分。圖像拼接的質(zhì)量主要依賴于圖像的配準(zhǔn)精度，在實(shí)際操作中，圖像拼接需要檢測到足夠多的角點(diǎn)數(shù)才能滿足高精度的圖像配準(zhǔn)要求，而現(xiàn)有的拉絲模具測量中的角點(diǎn)只有一小段圓弧，顯然達(dá)不到高精度(1um)的拼接要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠增加拉絲模具的測量角點(diǎn)并提高測量精度的自動測量系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于圖像拼接的自動測量系統(tǒng)，包括用于驅(qū)動拉絲模具移動的雙軸電控平臺、刻有規(guī)則圖案的掩膜板、顯微鏡、圖像傳感器、用于圖像采集、處理及控制模具位移的控制系統(tǒng)、升降支座、以及底座。其中，顯微鏡和圖像傳感器同軸安裝，其光軸垂直于雙軸電控平臺。

具體的，將拉絲模具固定在所述雙軸電控平臺上，所述掩膜板設(shè)置在模具上方，所述雙軸電控平臺、模具和掩膜板三者相對固定，在移動過程中不會產(chǎn)生相對位移，雙軸電控平臺在控制系統(tǒng)的驅(qū)動下步進(jìn)拍照并通過抓取圖像中的角點(diǎn)來測出模具的尺寸信息。所述顯微鏡位于掩膜板的上方，與升降支座的一端固定連接，所述圖像傳感器設(shè)置在顯微鏡上，通過顯微鏡采集模具的圖像信息并傳送給控制系統(tǒng)，所述升降支座的另一端設(shè)置在底座上，通過調(diào)節(jié)顯微鏡的高度來提高圖像傳感器的成像質(zhì)量。

所述控制系統(tǒng)包括圖像采集模塊、控制模塊和測量處理模塊。所述圖像采集模塊與圖像傳感器連接，通過圖像傳感器將采集到的圖像信息轉(zhuǎn)化為可處理的圖像數(shù)據(jù)。所述控制模塊與雙軸電控平臺連接，控制模具和掩膜板在平臺上的步進(jìn)距離。所述測量處理模塊對圖像采集模塊生成的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行角點(diǎn)檢測、配準(zhǔn)和拼接，并通過圓擬合運(yùn)算獲得模具上的孔徑尺寸。

所述自動測量系統(tǒng)還包括測量前用于標(biāo)定圖像中單位尺寸對應(yīng)的實(shí)際尺寸的標(biāo)定板。在正式測量前，利用所述標(biāo)定板對圖像采集和處理系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，確定準(zhǔn)確的放大倍率，所述標(biāo)定板設(shè)置在雙軸電控平臺上，標(biāo)定板上設(shè)有規(guī)則圖案，通過圖像傳感器進(jìn)行采集，對圖像進(jìn)行標(biāo)定，操作簡單方便，可以明顯提高系統(tǒng)的測量的精度。

作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，所述掩膜板為玻璃材質(zhì)，采用激光工藝在表面上雕刻用于增加圖像角點(diǎn)數(shù)量的規(guī)則圖案。該圖案的線寬約為模具孔徑圓環(huán)線寬的十分之一，方便后期圖像處理中采用腐蝕膨脹算法將模具孔徑圓環(huán)和掩膜板圖案順利分割。

作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，所述雙軸電控平臺為X軸和Y軸電控平臺。所述掩膜板采用激光工藝來雕刻，有助于很好地控制線寬，雕刻精度高、效果好，而且在雕刻的同時不會傷及工件表面或引起工件變形。所述顯微鏡采用可變焦遠(yuǎn)心測微顯微鏡，可根據(jù)模具尺寸選擇不同的放大倍率和工作距離，而且成像質(zhì)量高。所述顯微鏡上設(shè)有用于調(diào)節(jié)焦距的調(diào)節(jié)環(huán)，所述調(diào)節(jié)環(huán)用于調(diào)整顯微鏡的成像焦距，使圖像傳感器采集的圖像清晰可見。

一種基于圖像拼接的自動測量系統(tǒng)的測量方法，包括如下步驟：

步驟S1:根據(jù)拉絲模具的孔徑尺寸來選擇合適的步進(jìn)拍照方案。其中，所述步驟S1中還包括如下步驟：

步驟S11:將模具固定在測量平臺上，使模具平面與圖像傳感器和顯微鏡的測量光軸保持垂直；

步驟S12:調(diào)節(jié)顯微鏡放大倍率，在滿足精度要求下使得像素容許誤差大于4個像素，用于降低后期圓形擬合產(chǎn)生的誤差；

步驟S13:調(diào)節(jié)顯微鏡的調(diào)節(jié)環(huán)進(jìn)行對焦，并選擇合適的工作距離，使圖像傳感器采集的圖像清晰，成像質(zhì)量好；

步驟S14:根據(jù)模具上的孔徑大小，為測量平臺選擇合適的步進(jìn)間隔、步進(jìn)量和步進(jìn)路線，步進(jìn)間隔小于圖像寬度的二分之一，使得相鄰兩幅圖像的重疊區(qū)域較大，確保后期圖像處理中圖像拼接的準(zhǔn)確度，步進(jìn)量和步進(jìn)路線按照步進(jìn)間隔連續(xù)環(huán)繞模具孔徑一周。

步驟S2:將標(biāo)定板放到電控平臺上，對圖像采集模塊進(jìn)行標(biāo)定。其中，所述步驟S2中還包括如下步驟：

步驟S21:將標(biāo)定板水平放置于測量平臺上，通過圖像采集模塊對標(biāo)定板進(jìn)行圖像采集；

步驟S22:對所拍攝的標(biāo)定板圖像進(jìn)行標(biāo)定點(diǎn)像素坐標(biāo)提取，在測量處理模塊中進(jìn)行攝像頭系統(tǒng)標(biāo)定，得出準(zhǔn)確的放大倍率。

步驟S3:取走標(biāo)定板，將模具和掩膜板固定在電控平臺上，控制模塊驅(qū)動電控平臺對模具進(jìn)行步進(jìn)拍照。其中，所述步驟S3中還包括如下步驟：

步驟S31:根據(jù)模具大小選擇激光光刻掩膜板的尺寸大小，使掩膜板可完全覆蓋模具；

步驟S32:根據(jù)模具上的孔徑在測微顯微鏡放大下的圓環(huán)線寬來決定激光光刻掩膜板規(guī)則圖案的線寬，掩膜板規(guī)則圖案的線寬為拉絲模具孔徑圓環(huán)線寬的十分之一；

步驟S33:根據(jù)圖像采集模塊的視場大小，繪制激光光刻掩膜板的圖案，確保掩膜板圖案在兩個視場大小內(nèi)無重復(fù)圖樣，且圖樣間距適中，不可過密，線條間距大于十倍線寬，防止掩膜板圖案過密而掩蓋下方模具的孔徑；

步驟S34:激光光刻掩膜板的圖案線條為反射率較低的非透明材質(zhì)，該材質(zhì)的線條在成像中較為明顯，有助于角點(diǎn)的檢測和配準(zhǔn)，可以明顯提高圖像的處理效率，降低工作量；

步驟S35:將激光光刻掩膜板刻有規(guī)則圖案的一面貼緊模具表面，并保持掩膜板、拉絲模具和電控平移臺載物臺三者相對固定，在步進(jìn)拍照時不會產(chǎn)生相對位移，提高系統(tǒng)的測量精度。

步驟S4:測量處理模塊對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行角點(diǎn)檢測、配準(zhǔn)、融合和拼接，并通過圓擬合運(yùn)算獲得模具的孔徑尺寸。其中，所述步驟S4中還包括如下步驟：

步驟S41:對連續(xù)采集到的圖像進(jìn)行角點(diǎn)檢測和配準(zhǔn)，獲得多張圖像的相對坐標(biāo)，然后進(jìn)行圖像融合；

步驟S42:對拼接完成的圖像進(jìn)行灰度閾值分割和腐蝕膨脹運(yùn)算，去除激光光刻掩膜板圖案在圖像上的干擾，獲得分割后的拉絲模具孔徑圓環(huán)區(qū)域；

步驟S43:提取拉絲模具孔徑圓環(huán)的亞像素邊緣輪廓，并進(jìn)行圓擬合運(yùn)算，獲得拉絲模具的孔徑直徑。

本實(shí)用新型的工作過程和原理是：本實(shí)用新型首先通過標(biāo)定板對測量系統(tǒng)的圖像采集和處理模塊進(jìn)行標(biāo)定，得出精確的放大倍率；然后將模具和掩膜板一起放到測量平臺上，選擇合適的步進(jìn)拍照方案和步進(jìn)線路并開始拍照測量；最后通過圖像采集模塊生成可處理的圖像數(shù)據(jù)，通過圖像處理模塊對生成的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行角點(diǎn)檢測、配準(zhǔn)和融合，對圖像進(jìn)行拼接、分割和取出干擾，最后通過圓擬合運(yùn)算獲得模具的孔徑尺寸，解決了現(xiàn)有測量方案中基于角點(diǎn)的圖像拼接法測量拉絲模具孔徑時角點(diǎn)數(shù)不足難以達(dá)到微米級測量精度的技術(shù)缺陷，獲得精度更高的孔徑尺寸。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用方便，利用帶有規(guī)則圖案的掩膜板增加角點(diǎn)數(shù)量并結(jié)合基于圖像拼接技術(shù)的測量方案，可以明顯提高測量系統(tǒng)的精度；另外，本實(shí)用新型在不升級原有平臺的基礎(chǔ)上將測量精度提高一個數(shù)量級(從10um提高到1um)，不僅大大地節(jié)省了成本，而且還縮短了處理時間，提高了工作效率。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)與傳統(tǒng)的人工光電圖像測量系統(tǒng)相比，本實(shí)用新型使用10um精度的雙軸電控平移臺實(shí)現(xiàn)自動化控制。

(2)本實(shí)用新型通過帶有規(guī)則圖案的掩膜板來增加角點(diǎn)的數(shù)量，有效解決了現(xiàn)有測量技術(shù)中角點(diǎn)過少導(dǎo)致測量精度不高的缺陷。

(3)本實(shí)用新型通過掩膜板來增加角點(diǎn)，并結(jié)合圖像拼接技術(shù)，可以顯著提高圖像的拼接精度，從而獲得高精度的孔徑尺寸，與采用昂貴的1微米精度雙軸電控平臺驅(qū)動方案相比，具有極低的成本優(yōu)勢，大大節(jié)省了設(shè)備的一次性投入。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型所提供的自動測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型所提供的基于圖像拼接技術(shù)的測量方法的流程圖。

圖3是本實(shí)用新型所提供的帶有規(guī)則圖案的掩膜板。

圖4是本實(shí)用新型所提供的規(guī)則圖案的局部放大圖。

上述附圖中的標(biāo)號說明：1-掩膜板，3-顯微鏡，4-圖像傳感器，5-升降支座，6-底座。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：

如圖1所示，本實(shí)用新型公開了一種基于圖像拼接技術(shù)的拉絲模具微米級自動測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要適用于單孔徑類的精密模具測量領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)單孔徑直徑測量，測量精度達(dá)到1um。該測量系統(tǒng)主要包括：雙軸電控平移臺(圖中未示出)、激光光刻掩膜板1、標(biāo)定板(圖中未示出)、顯微鏡3、圖像傳感器4、升降支座5、底座6、圖像采集系統(tǒng)(圖中未示出)、計算機(jī)控制及測量處理系統(tǒng)(圖中未示出)。

其中，10um精度的雙軸電控平移臺由雙軸平移臺和數(shù)字控制箱組成，用于水平放置拉絲模具，可實(shí)現(xiàn)X軸和Y軸的單步或多步平移控制，實(shí)現(xiàn)測量自動化。

其中，如圖3和圖4所示，激光光刻掩膜板1刻有自定義規(guī)則圖案，覆蓋于拉絲模具表面，增加圖像角點(diǎn)，可顯著提高后期圖像角點(diǎn)檢測、配準(zhǔn)和拼接的精度。

其中，圖像采集系統(tǒng)由圖像傳感器4和可變焦遠(yuǎn)心測微顯微鏡3組成，圖像采集系統(tǒng)光軸線與雙軸電控平移臺互相垂直，可變焦遠(yuǎn)心測微顯微鏡3設(shè)有調(diào)節(jié)環(huán)(圖中未示出)，可微調(diào)工作距達(dá)到對焦的效果，也可實(shí)現(xiàn)不同的倍率和工作距。

其中，計算機(jī)控制及測量處理系統(tǒng)可進(jìn)行雙軸電控平移臺控制、攝像頭系統(tǒng)標(biāo)定、圖像角點(diǎn)檢測與配準(zhǔn)運(yùn)算、亞像素邊緣輪廓提取與圓的擬合測量運(yùn)算。

如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型還公開了一種基于圖像拼接技術(shù)的拉絲模具微米級自動測量方法，主要包括如下步驟：

S1：根據(jù)測量精度要求選擇合適的放大倍率，根據(jù)拉絲模具的孔徑尺寸選擇合適的平移臺步進(jìn)方案；

S2：圖像采集系統(tǒng)的標(biāo)定；

S3：結(jié)合激光光刻掩膜板1采集圖像；

S4：在計算機(jī)測量處理系統(tǒng)里對圖像進(jìn)行處理和拼接，測量出模具的孔徑尺寸。

作為優(yōu)選方案，對于步驟S1，根據(jù)測量精度要求選擇合適的放大倍率，根據(jù)拉絲模具尺寸選擇合適的平移臺步進(jìn)方案包括如下步驟：

S1-1：將拉絲模具固定于雙軸電控平移臺載物臺，與圖像傳感器4和可變焦遠(yuǎn)心測微顯微鏡3組保持垂直；

S1-2：調(diào)節(jié)測微顯微鏡3放大倍率，在滿足精度要求下使得像素容許誤差大于4個像素；

S1-3：調(diào)節(jié)可變焦遠(yuǎn)心測微顯微鏡3調(diào)節(jié)環(huán)進(jìn)行對焦，選擇合適工作距離；

S1-4：根據(jù)拉絲模具孔徑大小，選擇合適的電控平移臺步進(jìn)間隔、步進(jìn)量和步進(jìn)路線，步進(jìn)間隔應(yīng)小于圖像寬度的二分之一，步進(jìn)量和步進(jìn)路線應(yīng)確保按照步進(jìn)間隔連續(xù)環(huán)繞拉絲模具孔徑一周。

作為優(yōu)選方案，對于步驟S2，圖像采集系統(tǒng)的標(biāo)定包括如下步驟：

S2-1：將標(biāo)定板水平放置于電控平移臺，用圖像采集系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定板圖像采集；

S2-2：對所拍攝的標(biāo)定板圖像進(jìn)行標(biāo)定點(diǎn)像素坐標(biāo)提取，在計算機(jī)測量處理系統(tǒng)中進(jìn)行攝像頭系統(tǒng)標(biāo)定，得出準(zhǔn)確放大倍率。

作為優(yōu)選方案，對于步驟S3，結(jié)合激光光刻掩膜板采集圖像包括如下步驟：

S3-1：根據(jù)拉絲模具大小選擇激光光刻掩膜板1大小，使掩膜板1可完全覆蓋拉絲模具；

S3-2：根據(jù)拉絲模具孔徑在測微顯微鏡3放大下的圓環(huán)線寬來決定激光光刻掩膜板1圖案線寬，掩膜板1圖案線寬約為拉絲模具孔徑圓環(huán)線寬的十分之一；

S3-3：根據(jù)圖像采集系統(tǒng)視場大小，繪制激光光刻掩膜板1圖案，要求掩膜1板圖案在兩個視場大小內(nèi)無重復(fù)圖樣，且圖樣不可過密，線條間距應(yīng)大于十倍線寬；

S3-4：激光光刻掩膜板1圖案線條應(yīng)為反射率較低的非透明材質(zhì)；

S3-5：將激光光刻掩膜板1刻有自定義規(guī)則圖案的一面貼緊拉絲模具表面，保持掩膜板1、拉絲模具和電控平移臺載物臺無相對位移。

作為優(yōu)選方案，對于步驟S4，在計算機(jī)測量處理系統(tǒng)里對圖像進(jìn)行處理和拼接，測量出孔徑直徑，具體步驟如下：

S4-1：對連續(xù)采集到的圖像進(jìn)行角點(diǎn)檢測和配準(zhǔn)，獲得多張圖像的相對坐標(biāo)，然后進(jìn)行圖像融合；

S4-2：對拼接完成的圖像進(jìn)行灰度閾值分割、腐蝕膨脹運(yùn)算，去除激光光刻掩膜板圖案干擾，成功分割出拉絲模具孔徑圓環(huán)區(qū)域；

S4-3：提取拉絲模具孔徑圓環(huán)的亞像素邊緣輪廓，并進(jìn)行圓擬合運(yùn)算，獲得孔徑直徑。

本實(shí)用新型的工作過程和原理是：本實(shí)用新型首先通過標(biāo)定板對測量系統(tǒng)的圖像采集和處理模塊進(jìn)行標(biāo)定，得出精確的放大倍率；然后將模具和掩膜板1一起放到測量平臺上，選擇合適的步進(jìn)拍照方案和步進(jìn)線路并開始拍照測量；最后通過圖像采集模塊生成可處理的圖像數(shù)據(jù)，通過圖像處理模塊對生成的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行角點(diǎn)檢測、配準(zhǔn)和融合，對圖像進(jìn)行拼接、分割和取出干擾，最后通過圓擬合運(yùn)算獲得模具的孔徑尺寸，解決了現(xiàn)有測量方案中基于角點(diǎn)的圖像拼接法測量拉絲模具孔徑時角點(diǎn)數(shù)不足難以達(dá)到微米級測量精度的技術(shù)缺陷，獲得精度更高的孔徑尺寸。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用方便，利用帶有規(guī)則圖案的掩膜板1增加角點(diǎn)數(shù)量并結(jié)合基于圖像拼接技術(shù)的測量方案，可以明顯提高測量系統(tǒng)的精度；另外，本實(shí)用新型在不升級原有平臺的基礎(chǔ)上將測量精度提高一個數(shù)量級(從10um提高到1um)，不僅大大地節(jié)省了成本，而且還縮短了處理時間，提高了工作效率。

上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。