本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)測量技術領域，尤其涉及一種確定表面平面度的方法及裝置。

背景技術：

平面度一直以來都是產(chǎn)品生產(chǎn)、組裝過程中的重要精度公差，其精度檢測一直以來都是產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重中之重?，F(xiàn)在隨著消費電子行業(yè)科技的進步，大尺寸顯示屏幕越來越受到消費者歡迎，這種大尺寸的玻璃面板在裝配過程中，如果與之配合的連接部件的平面度精度不夠，則會直接導致玻璃面板的報廢，增加了企業(yè)的成本。再比如，現(xiàn)在手機的外殼大都采用鋁制一體式外殼，由cnc(computernumericalcontrol，數(shù)控機床)直接加工完成，后續(xù)的屏幕直接裝在鋁制外殼上，如果這個鋁制外殼平面度精度不夠的話，在屏幕裝配時可能會導致這個屏幕報廢。

在實現(xiàn)本發(fā)明過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術中至少存在如下問題：

傳統(tǒng)的平面度測量方法大都比較繁瑣，無法應用到生產(chǎn)線給產(chǎn)品做全檢。比如圖1所示的打表測量法，手動拖動百分表在大理石平臺上移動，使表頭與被測平面保持接觸，并實時記錄百分表上的值，通過最大值減最小值來計算平面度。這種方法精度低、效率低。

還有一種常見的方法使用電子水平儀。電子水平儀的特點就是精度高、攜帶方便，但是，在測量平面度時需要反復移動該儀器，記錄各個測點的數(shù)據(jù)，費時費力且調(diào)整時間長，記錄完數(shù)據(jù)后還要進行繁瑣的數(shù)據(jù)處理，效率低。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供的一種確定表面平面度的方法及裝置，用于解決現(xiàn)有平面度測量方法精度低的技術問題。

本發(fā)明實施例提供的一種確定表面平面度的方法，包括以下步驟：

依次獲取待測表面上多個采集點的空間位置信息，空間位置信息包括采集點的橫坐標數(shù)據(jù)、縱坐標數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)；

確定基準平面，基準平面為根據(jù)多個采集點的空間位置信息擬合而成的平面；

分別確定每個采集點與基準平面之間的高度誤差，并根據(jù)高度誤差計算待測表面的平面度。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，確定基準平面包括：

建立基準平面的數(shù)學模型z＝a1+a2x+a3y，其中，a1,a2,a3為基準平面的三個待測參數(shù)；

確定每個采集點與基準平面在高度方向上的偏差平方和s，且其中，n為采集點的個數(shù)，xi,yi,zi分別為第i個采集點的橫坐標數(shù)據(jù)、縱坐標數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)；

確定基準平面的三個待測參數(shù)，待測參數(shù)是使得偏差平方和取得最小值的參數(shù)。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，確定基準平面的三個待測參數(shù)，包括：

依次以待測參數(shù)a1,a2,a3為變量確定偏差平方和的一階偏導數(shù)；

確定使得偏差平方和的三個一階偏導數(shù)均為零的待測參數(shù)a1,a2,a3。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，確定使得偏差平方和的三個一階偏導數(shù)均為零的待測參數(shù)a1,a2,a3，包括：

確定在偏差平方和的三個一階偏導數(shù)均為零時的系數(shù)矩陣b和系數(shù)矩陣c，且：

確定待測參數(shù)矩陣a，且：

在一種可能的實現(xiàn)方式中，根據(jù)高度誤差計算待測表面的平面度，包括：

將高度誤差的最大值和最小值的絕對值之和作為待測表面的平面度。

基于同樣的發(fā)明構思，本發(fā)明實施例還提供一種確定表面平面度的裝置，包括：

獲取模塊，用于依次獲取待測表面上多個采集點的空間位置信息，空間位置信息包括采集點的橫坐標數(shù)據(jù)、縱坐標數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)；

擬合模塊，用于確定基準平面，基準平面為根據(jù)多個采集點的空間位置信息擬合而成的平面；

處理模塊，用于分別確定每個采集點與基準平面之間的高度誤差，并根據(jù)高度誤差計算待測表面的平面度。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，擬合模塊包括：

模型建立單元，用于建立基準平面的數(shù)學模型z＝a1+a2x+a3y，其中，a1,a2,a3為基準平面的三個待測參數(shù)；

第一確定單元，用于確定每個采集點與基準平面在高度方向上的偏差平方和s，且其中，n為采集點的個數(shù)，xi,yi,zi分別為第i個采集點的橫坐標數(shù)據(jù)、縱坐標數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)；

第二確定單元，用于確定基準平面的三個待測參數(shù)，待測參數(shù)是使得偏差平方和取得最小值的參數(shù)。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，第二確定單元包括：

確定子單元，用于依次以待測參數(shù)a1,a2,a3為變量確定偏差平方和的一階偏導數(shù)；

處理子單元，用于確定使得偏差平方和的三個一階偏導數(shù)均為零的待測參數(shù)a1,a2,a3。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，處理子單元用于：

確定在偏差平方和的三個一階偏導數(shù)均為零時的系數(shù)矩陣b和系數(shù)矩陣c，且：

確定待測參數(shù)矩陣a，且：

在一種可能的實現(xiàn)方式中，處理模塊用于：將高度誤差的最大值和最小值的絕對值之和作為待測表面的平面度。

本發(fā)明實施例提供的一種確定表面平面度的方法及裝置，只需要獲取待測表面上采集點的空間位置信息，之后根據(jù)待測表面上采集點的空間位置信息可以擬合確定待測表面的基準平面，通過擬合確定的基準平面確定待測表面的平面度。該方法通過擬合的形式確定與采集點最相匹配的基準平面，有效避免了以實際存在的平面作為基準平面時的誤差，且排除了人工干預時的潛在誤差，從而極大地提高了平面度的檢測精度；且該方法可以實現(xiàn)運行自動化，提高了檢測重復性和可再現(xiàn)性，適用于自動化產(chǎn)線。且該方法根據(jù)采集點與基準平面之間的偏差平方和最小來確定基準平面，可以很方便的確定計算基準平面時的系數(shù)矩陣，計算速度快，效率高。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。

附圖說明

附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1為現(xiàn)有技術中打表測量法的示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中確定表面平面度的方法流程圖；

圖3為本發(fā)明實施例中確定基準平面的方法流程圖；

圖4為本發(fā)明實施例中基準平面與待測表面的示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例中確定表面平面度的裝置的結構圖；

圖6為本發(fā)明實施例中擬合模塊的結構圖；

圖7為本發(fā)明實施例中第二確定單元的結構圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

參見圖2，本發(fā)明實施例提供的一種確定表面平面度的方法的流程如下，具體包括步驟101-103：

步驟101：依次獲取待測表面上多個采集點的空間位置信息，空間位置信息包括采集點的橫坐標數(shù)據(jù)、縱坐標數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)。

本發(fā)明實施例中，待測表面具體可以為待測產(chǎn)品的一個表面，在該待測產(chǎn)品被相對固定后，即可以利用測距工具等設備確定待測表面上各個采集點的空間位置信息。同時，在獲取空間位置信息時，由于本發(fā)明實施例提供的方法會確定采集點的基準平面，隨著待測平面的放置角度的變化，該基準平面也會發(fā)生相應的變化，故在獲取采集點的空間位置信息時對該待測表面的放置角度并無太多要求。

可選的，本發(fā)明實施例中可以利用固定有測距傳感器的機械手來獲取采集點的空間位置信息。上述步驟101可以包括如下步驟a1-a2：

步驟a1：確定機械手的位置信息，該位置信息包括橫坐標數(shù)據(jù)和縱坐標數(shù)據(jù)。

步驟a1：確定待測表面上與位置信息相對應的高度數(shù)據(jù)，并將橫坐標數(shù)據(jù)、縱坐標數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)作為一個采集點的空間位置信息。

具體的，由于待測表面和機械手可以共用同一個坐標系，故可以直接將機械手的x/y坐標數(shù)據(jù)作為待測表面上相對應的采集點的橫坐標數(shù)據(jù)和縱坐標數(shù)據(jù)；同時，在機械手當前的x/y坐標下利用測距傳感器可以得到采集點的高度數(shù)據(jù)，該高度數(shù)據(jù)即可以作為采集點空間位置信息中的高度數(shù)據(jù)。通過控制機械手的運動來調(diào)整x/y坐標，并在不同的x/y坐標測量相對應的高度數(shù)據(jù)，進而可以分別確定多個采集點的空間位置信息。

步驟102：確定基準平面，基準平面為根據(jù)多個采集點的空間位置信息擬合而成的平面。

本發(fā)明實施例中，由于采集點的空間位置信息包括橫坐標數(shù)據(jù)、縱坐標數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)，故一個采集點對應三維坐標系中的一個坐標點，多個不同的采集點對應同一三維坐標系下多個不同的坐標點，根據(jù)所有采集點的坐標點即可以擬合得出相對應的基準平面。根據(jù)數(shù)學原理可知，擬合得出的基準平面與所有采集點之間的偏差最小。具體的，采集點與基準平面之間偏差的絕對值之和最小、或者偏差絕對值的最大值最小、或者偏差的平方和最小等，根據(jù)不同的最小條件確定的基準平面可能不同。

步驟103：分別確定每個采集點與基準平面之間的高度誤差，并根據(jù)高度誤差計算待測表面的平面度。

本發(fā)明實施例中，平面度指的是待測表面相對于其理想平面的變動量，在步驟102中擬合確定的基準平面即可以作為該待測表面的理想平面，故在確定待測表面上采集點的空間位置信息和基準平面后，可以很方便的確定該待測表面的平面度。本發(fā)明實施例中，采集點與基準平面之間的高度誤差具體可以為采集點距離基準平面的最短距離；也可以為在高度方向上采集點與基準平面之間的距離，該高度方向與上述采集空間位置信息的高度數(shù)據(jù)時的方向一致，例如z軸方向。在分別確定所有采集點與基準平面之間的高度誤差后即可以確定待測表面的平面度。

傳統(tǒng)的測量表面平面度的方法(如打表測量法、使用電子水平儀等)，需要使用某一個固定且實際存在的一個基準面作為評定基準，從而導致被測面相對于這個固定基準面的姿態(tài)(或角度)會影響平面度的測量結果。而本發(fā)明實施例提供的一種確定表面平面度的方法，只需要獲取待測表面上采集點的空間位置信息，之后根據(jù)待測表面上采集點的空間位置信息可以擬合確定待測表面的基準平面，通過擬合確定的基準平面確定待測表面的平面度。該方法通過擬合的形式確定與采集點最相匹配的基準平面，有效避免了以實際存在的平面作為基準平面時的誤差，且排除了人工干預時的潛在誤差，從而極大地提高了平面度的檢測精度；且該方法可以實現(xiàn)運行自動化，提高了檢測重復性和可再現(xiàn)性，適用于自動化產(chǎn)線。

本發(fā)明另一實施例提供了一種確定表面平面度的方法，其包括圖2所示的步驟101-103，且其具體實現(xiàn)過程和技術效果參見圖2所示的實施例；同時，在本發(fā)明實施例中，參見圖3所示，步驟102“確定基準平面”可以包括步驟1021-1023：

步驟1021：建立基準平面的數(shù)學模型z＝a1+a2x+a3y，其中，a1,a2,a3為基準平面的三個待測參數(shù)。

本發(fā)明實施例中，所有的采集點可以位于同一個三維坐標系下，故可以利用平面方程建立基準平面的數(shù)學模型z＝a1+a2x+a3y，其中，x、y、z表示基準平面的變量，a1,a2,a3為基準平面的三個待測參數(shù)，通過確定a1,a2,a3即可以確定基準平面。

步驟1022：確定每個采集點與基準平面在高度方向上的偏差平方和s，且其中，n為采集點的個數(shù)，xi,yi,zi分別為第i個采集點的橫坐標數(shù)據(jù)、縱坐標數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)。

本發(fā)明實施例中，該高度方向為獲取采集點的高度數(shù)據(jù)時參考的方向，本發(fā)明實施例中具體以三維坐標系下的z軸方向為例，且橫坐標數(shù)據(jù)為x軸方向上的數(shù)據(jù)，縱坐標數(shù)據(jù)為y軸方向上的數(shù)據(jù)。同時，為了避免最后確定的基準平面垂直于x軸或y軸，本發(fā)明實施例中，由橫坐標數(shù)據(jù)和縱坐標數(shù)據(jù)確定的二維平面上的點之間的距離不小于預設的閾值。具體的，若通過機械手來確定該空間位置信息，則只需要保證機械手在間隔足夠的x/y坐標下采集數(shù)據(jù)即可。

此外，根據(jù)數(shù)學知識可知，若基準平面與所有采集點之間的偏差最小，則當此偏差的一階偏導數(shù)為零時可以確定偏差的極值。若將采集點與基準平面之間偏差的絕對值之和最小作為判斷條件，則不容易確定其一階偏導數(shù)，故本發(fā)明實施例中以每個采集點與基準平面在高度方向上的偏差平方和作為判斷基準，不僅容易確定偏差平方和的一階偏導數(shù)，且偏差平方和s為非負二項式，其存在最小值；同時，本實施例中的偏差平方在幾何意義上表示的是一個采集點在高度數(shù)據(jù)方向上(即z軸方向)距離基準平面的距離的平方，偏差平方和為所有距離平方之和，故該偏差平方和也一定具有最小值，即通過確定偏差平方和s的一階偏導數(shù)，可以方便快速的確定基準平面。

步驟1023：確定基準平面的三個待測參數(shù)，待測參數(shù)是使得偏差平方和取得最小值的參數(shù)。

本發(fā)明實施例中，在偏差平方和最小時確定的平面即可以作為擬合而成的基準平面。具體的，在偏差平方和最小時，偏差平方和s的一階偏導數(shù)均為零。上述步驟1023確定基準平面的三個待測參數(shù)，包括如下步驟b1-b2：

步驟b1：依次以待測參數(shù)a1,a2,a3為變量確定偏差平方和的一階偏導數(shù)。

步驟b2：確定使得偏差平方和的三個一階偏導數(shù)均為零的待測參數(shù)a1,a2,a3。

本發(fā)明實施例中，基準平面的數(shù)學模型為z＝a1+a2x+a3y，若第i個采集點的空間位置信息對應的坐標點為pi(xi,yi,zi)，i＝1,2,……,n，xi,yi,zi分別為第i個采集點的橫坐標數(shù)據(jù)、縱坐標數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)，則采集點的數(shù)學模型可以表示為：

其中，fi為第i個采集點與基準平面之間的偏差。

設：

如上所述，xi、yi就是用來激光測距的位置點，也即是機械手運動的坐標點，為已知條件；a1、a2、a3是三個待估計的未知數(shù)，fi是實際待測表面上各個采集點相對于基準平面的偏差，它是n個相互獨立且符合正態(tài)分布(a1+a2xi+a3yi+δ)的隨機變量。那么上述的采集點的數(shù)學模型就可以用矩陣的形式來表示：

z＝xa+f；

同時，基準平面的數(shù)學模型為z＝a1+a2x+a3y，由于a1,a2,a3為基準平面的三個待測參數(shù)，此處為與上述的采集點統(tǒng)一且方便描述，將基準平面設為zi＝a1+a2xi+a3yi，基準平面與待測表面的示意圖參見圖4所示，其中曲線表示的圖形為待測表面，菱形表示的是基準平面。a1、a2、a3的取值應使得實際待測平面上的全部被測點的zi相對于基準平面的偏差平方和s最小，即：

最小。此時，確定偏差平方和的一階偏導數(shù)，即可以得到如下方程組：

將該方程組進一步簡化為：

此時，令：

用矩陣形式表示上述方程組即為：bc＝a。在確定系數(shù)矩陣b的逆矩陣b^-1后，a＝b^-1c。由于xi,yi,zi分別為第i個采集點的橫坐標數(shù)據(jù)、縱坐標數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)，即上述的系數(shù)矩陣b和c是可以直接確定，進而可以直接確定系數(shù)矩陣a，即可以確定三個待測參數(shù)a1,a2,a3。

可選的，上述步驟103中根據(jù)高度誤差計算待測表面的平面度，具體可以為：將高度誤差的最大值和最小值的絕對值之和作為待測表面的平面度。本發(fā)明實施例中，采集點與基準平面之間的高度誤差具體可以為采集點距離基準平面的最短距離；也可以為在高度方向上采集點與基準平面之間的距離，即上述的采集點與基準平面之間的偏差fi，即此時的平面度為|max(fi)|+|min(fi)|。

本發(fā)明實施例提供的一種確定表面平面度的方法，只需要獲取待測表面上采集點的空間位置信息，之后根據(jù)待測表面上采集點的空間位置信息可以擬合確定待測表面的基準平面，通過擬合確定的基準平面確定待測表面的平面度。該方法通過擬合的形式確定與采集點最相匹配的基準平面，有效避免了以實際存在的平面作為基準平面時的誤差，且排除了人工干預時的潛在誤差，從而極大地提高了平面度的檢測精度；且該方法可以實現(xiàn)運行自動化，提高了檢測重復性和可再現(xiàn)性，適用于自動化產(chǎn)線。且該方法根據(jù)采集點與基準平面之間的偏差平方和最小來確定基準平面，可以很方便的確定計算基準平面時的系數(shù)矩陣，計算速度快，效率高。

以上詳細介紹了本發(fā)明實施例中確定表面平面度的方法的流程，該方法也可以通過相應的裝置實現(xiàn)，下面詳細介紹該裝置的結構和功能。

本發(fā)明實施例提供的一種確定表面平面度的裝置，參見圖5所示，包括：獲取模塊51、擬合模塊52和處理模塊53。

獲取模塊51用于依次獲取待測表面上多個采集點的空間位置信息，空間位置信息包括采集點的橫坐標數(shù)據(jù)、縱坐標數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)。

擬合模塊52用于確定基準平面，基準平面為根據(jù)多個采集點的空間位置信息擬合而成的平面。

處理模塊53用于分別確定每個采集點與基準平面之間的高度誤差，并根據(jù)高度誤差計算待測表面的平面度。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，參見圖6所示，擬合模塊52包括：模型建立單元521、第一確定單元522和第二確定單元523。

模型建立單元521用于建立基準平面的數(shù)學模型z＝a1+a2x+a3y，其中，a1,a2,a3為基準平面的三個待測參數(shù)。

第一確定單元522用于確定每個采集點與基準平面在高度方向上的偏差平方和s，且其中，n為采集點的個數(shù)，xi,yi,zi分別為第i個采集點的橫坐標數(shù)據(jù)、縱坐標數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)。

第二確定單元523用于確定基準平面的三個待測參數(shù)，待測參數(shù)是使得偏差平方和取得最小值的參數(shù)。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，參見圖7所示，第二確定單元523包括：確定子單元5231和處理子單元5232。

確定子單元5231用于依次以待測參數(shù)a1,a2,a3為變量確定偏差平方和的一階偏導數(shù)。

處理子單元5232用于確定使得偏差平方和的三個一階偏導數(shù)均為零的待測參數(shù)a1,a2,a3。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，處理子單元5232具體用于：

確定在偏差平方和的三個一階偏導數(shù)均為零時的系數(shù)矩陣b和系數(shù)矩陣c，且：

確定待測參數(shù)矩陣a，且：

在一種可能的實現(xiàn)方式中，處理模塊53用于：將高度誤差的最大值和最小值的絕對值之和作為待測表面的平面度。

本發(fā)明實施例提供的一種確定表面平面度的方法及裝置，只需要獲取待測表面上采集點的空間位置信息，之后根據(jù)待測表面上采集點的空間位置信息可以擬合確定待測表面的基準平面，通過擬合確定的基準平面確定待測表面的平面度。該方法通過擬合的形式確定與采集點最相匹配的基準平面，有效避免了以實際存在的平面作為基準平面時的誤差，且排除了人工干預時的潛在誤差，從而極大地提高了平面度的檢測精度；且該方法可以實現(xiàn)運行自動化，提高了檢測重復性和可再現(xiàn)性，適用于自動化產(chǎn)線。且該方法根據(jù)采集點與基準平面之間的偏差平方和最小來確定基準平面，可以很方便的確定計算基準平面時的系數(shù)矩陣，計算速度快，效率高。

本領域內(nèi)的技術人員應明白，本發(fā)明的實施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器和光學存儲器等)上實施的計算機程序產(chǎn)品的形式。

本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實施例的方法、設備(系統(tǒng))、和計算機程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合?？商峁┻@些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器以產(chǎn)生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。