本发明涉及一种影像量测方法，尤指一种能方便校正且准确量测的刀具影像量测方法。
背景技术：
随着科技的日新月异及蓬勃发展，产品零组件的精密化及微小化，促使机械制造业对于加工精度极为重视；在加工过程中，用于现有工具机的刀具会因工件材料、用途、加工方法等因素，而使用不同几何形状的刀具，在传统的机械加工方式中，铣削加工为一种相当常见且频繁使用的加工方法，其中铣刀为一种具有多刀刃的圆形刀具，在对于工件进行铣削加工时，每一刀刃为间歇性铣削工件材料，属于一种不连续的切削，由于切屑的厚度小，故排屑良好且散热快，因此能使用较高转速进行铣削加工，且具有平整的加工面；进一步，依照装置于铣床的刀轴形式，现有铣刀能分为刀轴型铣刀、直柄型铣刀以及面铣刀等3种类型，其中面铣刀主要用于铣削工件较大平面，其将各刀刃间隔环状排列且通过焊接或夹置方式嵌至一钢制的刀座上。
现有面铣刀于铣削过程中，由于刀刃安装的刃口高度不一或是刀刃磨耗后所产生的刃口尖点参差不齐，使得个刀刃的尖点位置不在同一平面上，于铣削加工过程中容易让工件的表面产生粗糙不均匀的情形，在大量生产中，仅能通过研磨加工来改善其精度或是更换工件重新加工，相对降低加工效率且增加产生不良品的机率，进而增加加工所需的时间及成本；进一步，目前虽能通过一种刀具量测仪器，对于面铣刀的各刀刃的刃口高度进行量测，但现有刀具量测仪器于使用时必须先通过一测试棒进行影像校正，待校正完毕后再将测试棒换成待量测的面铣刀进行影像量测，然而，此种量测方法由于需对测试棒及待测刀具进行装设及拆卸，而待测面铣刀的装设角度及位置会因操作者的不同而有所差异，使得装设的稳定度不佳进而影响量测的准确度；再者，现有影像量测仪器在对于待测面铣刀各刀刃进行高度量测时，系通过人工手动的方式进行高度量测，此种量测方式亦会因人而异，致使量测结果的准确度不佳，诚有加以改良之处。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对现有刀具量测方法于使用上的缺点及不足，提供一种刀具影像量测方法，于使用时仅需将待测刀具置于该刀具影像量测方法上，即可进行影像校正及量测，不需再进行测试棒及待测刀具的更换，借此提供一能方便校正且准确量测的刀具影像量测方法，有效解决前述的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种刀具影像量测方法，其包含有以下的操作步骤，其中：
前置处理：准备一刀具影像量测装置、一具影像量测软件的电脑及一待测刀具，该刀具影像量测装置设有一平台组、一微调组及一量测组，该平台组设有一底座、一轨道座及一刀把座，该微调组与该平台组相结合且设有一固定座、一位移滑台及一微调器，该量测组与该微调组相结合且设有一影像撷取器、一线性编码器及一投射器，而该具影像量测软件的电脑与该量测组相电性连接，借以对于该量测组所撷取到的影像进行后续的影像处理；
影像对焦：将该待测刀具设置于该刀把座上，借由该轨道座的作动，使该影像撷取器的位置对焦于该待测刀具；
影像校正：固定该影像撷取器与该待测刀具之间的距离，让该影像撷取器以固定倍率及焦距进行影像撷取，转动微调器让位于该位移滑台上的影像撷取器，随着该位移滑台而相对该固定座移动，使得该影像撷取器相对该待测刀具移动，该位移滑台通过该线性编码器的位移经由影像量测软件进行记录，该影像撷取器再次撷取影像，将两次撷取影像中待测刀具移动的像素差，与该影像量测软件所记录该位移滑台移动的物理量，进行换算能求得一影像单位元换算系数；
影像撷取及处理：完成影像校正后，通过该影像撷取器撷取待测刀具其中一刀刃的刃口影像，对于撷取影像进行刃口的边缘轮廓与背景的处理，借以清楚呈现刀刃的刃口边缘轮廓；
高度量测：撷取的刀刃影像进行影像处理后，对于刀刃的刃口最高点进行像素量测并经该影像单元换算系数进行换算，以取得该刀刃的刃口离画面边框的实际高度，通过转动该刀把座让该影像撷取器对于该待测刀具的各刀刃进行量测；以及
输出结果：将所量测到的各刀刃的高度值，传送至该电脑的影像量测软件中，比对计算其他刀刃的刃口高度的相对偏差量，作为后续进行该待测刀具各刀刃高度调整的依据。
进一步，所述刀具影像量测方法，在影像对焦的操作步骤中，系过计算数位影像模糊区域面积作为影像模糊度的指标，对于待测刀具与背景中的模糊部分进行计算，其以待测刀具影像的平均灰阶值值加上一个阀值补偿系数，可得黑色阀值，再以背景影像的平均灰阶值减掉一个阀值补偿系数，可得白色阀值，并通过模糊判定值方程式取得一影像对焦模糊度，再通过影像对焦模糊度取得一正规化对焦模糊度，以该正规化对焦模糊度是否为零，作为是否已取得最佳影像的对焦位置。
再进一步，所述刀具影像量测方法，在影像处理的操作步骤中，以otsu方法找出临界值，且通过该临界值对于刀刃的刃口边缘轮廓进行二值化处理，借以清楚呈现刀刃的刃口边缘轮廓。
较佳的是，所述刀具影像量测方法，在影像处理的操作步骤中，能进一步通过中值滤波去除影像噪点，以过滤掉影像中突起的高频噪点部分，又能保持影像的边缘。
借由上述的技术特征，本发明刀具影像量测方法，于使用时仅需将如面铣刀等的待测刀具设置于该刀把座上，并沿着投射器发出的光源通过该轨道座的横向滑座及纵向滑座移动调整的方式，让该影像撷取器朝向于该面铣刀的其中一刀刃，且于对焦后通过该微调组的位移滑台与该量测组的线性编码器的移动记录，经由换算后即能完成影像的校正，因此，本发明的刀具影像量测方法，不需如现有技术于量测时需先通过一测试棒进行影像校正，待校正完毕后再将测试棒换成待量测的面铣刀进行影像量测时，容易因操作者的不同而影响装设的稳定度不佳以及量测的准确度；因此，本发明刀具影像量测方法在完成影像校正后，即可直接对于面铣刀的刀刃进行影像处理与量测，不会因操作者的不同而影响量测结果，进而提供一能方便校正且准确量测的刀具影像量测方法。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明刀具影像量测方法的方块流程图；
图2为本发明刀具影像量测装置的外观立体图；
图3为本发明刀具影像量测装置的另一外观立体图；
图4为本发明刀具影像量测装置的外观侧视图；
图5为本新型刀具影像量测装置局部放大的剖面侧视图；
图6为本发明刀具影像量测装置的方块架构图；
图7为本发明刀具影像量测装置用以量测一刀具的操作示意图；
图8为本发明刀具影像量测装置用以量测一刀具的局部放大操作示意图；
图9为本发明刀具影像量测装置撷取一待测刀具的刀刃影像示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
请配合参看如图1所示，本发明刀具影像量测方法包含有以下的操作步骤，其中：
a、前置处理：准备一刀具影像量测装置、一具影像量测软件的电脑及一待测刀具，请配合参看如图2至4及6所示，该刀具影像量测装置设有一平台组10、一微调组20及一量测组30，其中该平台组10设有一底座11、一轨道座12及一刀把座13，其中该底座11为一横向设置的矩形座体，较佳的是，该底座11于底面设有数个调整支脚111，借以让该底座11保持一水平状态，进一步，该底座11于相对两短侧边分别设有一握柄112，让使用者能通过握持两握柄112的方式，对于该底座11进行搬运或移动，该轨道座12设于该底座11的顶面且位于该底座11的一侧，该轨道座12设有一横向组及一纵向组，该横向组设有一横向轨条121及一横向滑座122，其中该横向轨条121固设于该底座11的顶面且与该底座11的两相对长边相平行设置，该横向轨条122的一端邻近该底座的其中一短侧边，该横向滑座122能滑动地设于该横向轨条121上，较佳的是，该横向滑座122于一侧边设有一把手125，让使用者能通过推动该把手125的方式，使该横向滑座122相对该横向轨条121滑动，进一步，该横向滑座122于一侧边朝下凸设有一指示板126，其中该底座11能于顶面设有一与该指示板126相配合的刻度尺，进而能通过该指示板126位于该刻度尺的位置，而得知该横向滑座122相对该横向轨条121移动的距离，较佳的是，该横向滑座122在远离该指示板126的一侧设有一能相对横向滑座122转动的定位转柄127，该定位转柄127的一端经该横向滑座122而与该横向轨条121相抵靠，借以将该横向滑座122定位于该横向轨条121上而不会任意滑动。
该纵向组与该横向组相结合且设有一纵向轨条123以及一纵向滑座124，其中该纵向轨条123固设于该横向滑座122的顶面，进一步，该纵向轨条123在远离该横向滑座122的顶端处设有一挡板128，而该纵向滑座124能滑动地设于该纵向轨条123上而位于该横向滑座122的上方处，较佳的是，该纵向滑座124于一侧面设有一能与该纵向轨条123相抵靠的旋钮129，使该纵向滑座124能定位于该纵向轨条123上而不会任意滑动；该刀把座13设固设于该底座11的顶面而间隔设置于该轨道座12的一侧，该刀把座13用以供夹持一刀具使用。
请配合参看如图2、4及5所示，该微调组20与该平台组10相结合且设有一固定座21、一位移滑台22及一微调器23，该固定座21与该纵向滑座124的外侧面相固设结合，该固定座21于一侧面横向凸设有一结合片211，而该位移滑台22能移动地与该固定座21相结合而位于远离该纵向滑座124的另一侧面上，进一步，该位移滑台22在朝向该固定座21的内侧面设有至少一位于该固定座21及该位移滑台22之间的弹性件221，通过该至少一弹性件221的弹性拉力，让该位移滑台22能相对该固定座21移动至初始位置，该位移滑台22于一外侧面设有一位于该结合片211下方处且呈l形的推抵板222，较佳的是，该推抵板222于顶面凸设有一半球型的定位珠223。
该微调器23与该固定座21相结合且与该位移滑台22相抵靠，较佳的是，该微调器23为一分厘卡，该微调器23设有一本体231、一转动头232及一推抵杆233，该微调器23的本体231与该结合片211相固设结合，而该转动头232呈能转动地设于该本体231的顶部，而该推抵杆233呈能伸缩地设于该本体231的底部，该推抵杆233朝下伸出该结合片211且与该推抵板222的定位珠223相抵靠，当该转动头232相对本体231转动时，会带动该推抵杆233相对该本体231移动，进而通过推动该推抵板222的方式，使该位移滑台22相对该固定座21移动。
该量测组30与该微调组20相结合且设有一影像撷取器31、一线性编码器32及一投射器33，该影像撷取器31固设于该位移滑台22的外侧面且朝向该刀把座13的方向，该线性编码器32固设于该位移滑台22上且位于该影像撷取器31的一侧，该线性编码器32为用以显示该位移滑台22相对该固定座21的移动距离(毫米，millimeter)，该投射器33固设于该固定座21的外侧面而位于该影像撷取器31的上方处，该投射器33为朝向该刀把座13的方向，较佳的是，该影像撷取器31为一互补金属氧化物半导体(complementarymetal-oxide-semiconductor；cmos)摄影机，该线性编码器32为一光学尺，而该投射器33为一线激光二极管发射器，而该具影像量测软件的电脑为与该量测组30相电性连接，借以对于该量测组所撷取到的影像进行后续的影像处理。
b、影像对焦：请配合参看如图1及6至8所示，将该待测刀具(如一面铣刀50)设置于该刀把座13上，开启该投射器33的光源，通过该光源投射于该面铣刀50的位置而推动该把手125的方式，使该横向滑座122相对该横向轨条121移动，并且通过该纵向滑座124相对该纵向轨条123移动的方式，使该光源投射于该面铣刀50的其中一刀刃51上，进而让该影像撷取器31(固定倍率及焦距)对焦于该面铣刀50的其中一刀刃51，其中通过计算数位影像模糊区域面积作为影像模糊度的指标，对于面铣刀50与背景中的模糊部分进行计算，首先以待测刀具影像的平均灰阶值(fb)加上一个阀值补偿系数(c)，可得黑色阀值(tb)，再以背景影像的平均灰阶值(fw)减掉一个阀值补偿系数(c)，可得白色阀值(tw)，其中黑色阀值(tb)与白色阀值(tw)的方程式分别如下所示：
将上述方程式(1)及(2)代入一模糊判定值方程式(3)中，将背景(白色区域)与待测刀具(黑色区域)的像素值去除，以萃取出影像中高频信号(模糊区域)，将其模糊判定值加总可得一影像对焦模糊度s(i)，如方程式(4)所示。
其中gh(x,y)为模糊判定值，f(x,y)为影像的像素灰阶值。
其中i为影像撷取器31的位置。
进一步，将上述的影像对焦模糊度s(i)代入一方程式(5)中，可取得一正规化对焦模糊度(n(i)normalize)。
其中当该正规化对焦模糊度为零时，可得到最佳影像的对焦位置，亦即完成影像对焦，借由上述的对焦方式不仅能降低光源不稳定所产生的误差影响，且能得到高精度的对焦影像，进而取得如图9所示该刀刃51刃口影像，此时，如图3所示通过转动该定位转柄127及该旋钮129，让该横向滑座122与该纵向滑座124分别定位于该横向轨条121及纵向轨条123上，进而让位于该纵向滑座124上的影像撷取器31与面铣刀50的相对位置固定。
c、影像校正：由于影像撷取器31在撷取影像时，会受到感光元件的尺寸及镜头的放大倍率而影响，导致影像尺寸与实际物体的大小有所差异，其中在机械视觉中影像测量单位元为像素(pixel)，因此，进行影像量测时需将所量测的像素(pixel)单位元转换成一般公制单位毫米(mm)，本发明以位移滑台22的相对位移，作为影像单位元换算的依据，在影像单位元换算前，固定该影像撷取器31与该面铣刀50之间的距离(如维持在39.5毫米)，并固定影像撷取器31的倍率及焦距进行影像撷取，再转动微调器23的转动头232，使该推抵杆233推动该推抵板222的定位珠223，进而让位于该位移滑台22上的影像撷取器31，随着该位移滑台22相对该固定座21移动的方式，让该影像撷取器31相对该面铣刀50的刀刃51移动，其中该位移滑台22移动的物理量(毫米)能通过该影像量测软件进行记录，该影像撷取器31再次撷取影像，其中假设线性编码器32移动的物理量为0.05毫米(mm)(d1-d2)，经由影像量测出刀刃51至影像边缘为7pixels，再与第二张影像量测出刀刃51至影像边缘为19pixels，两pixels相减(y1-y2)，借由方程式(6)，能求得影像单位元换算为数(e)为0.0041mm/pixel(即1pixel等于多少毫米)。
其中dspecimen为线性编码器移动的实际尺寸(mm)，dimage为撷取刀刃影像的量测尺寸(pixel)，即可通过该影像单元换算系数作为影像校正使用。
d、影像撷取及处理：当完成影像校正后，即能通过该影像撷取器31撷取面铣刀50的其中一刀刃51的刃口影像，并对于撷取的影像以otsu方法找出最佳值(临界值)，且通过该最佳值对于刀刃51的刃口边缘轮廓进行二值化处理，借以清楚呈现刀刃51的刃口边缘轮廓，其中otsu方法依照影像的灰阶特性，分成背景与目标两个群集，其中假设影像灰阶有l个变化，而每一个灰阶值的总数分别为n1,n2,……,nl，全部像素的总点数为n，则每个灰阶值i出现的机率为
其中u1及u2分别代表c1及c2的平均值，其分别如方程式(9)及(10)所示。
而各群集的变异数及变异数总合如方程式(11)、(12)及(13)所示。
在上述的otsu方法中，当能找到一个k值使变异数总合为最小时，该k值及为最佳的临界值(t0)，进一步，关于影像二值化处理的部分，二值化处理又称临界值处理，主要是将待测物与背景做分成两个灰阶族群，以达到影像分割的目的，本发明利用上述所提到的otsu方法求得最佳的临界值(k)，并以此临界值(k)为基准进行二值化，其中若影像中像素点的灰阶大于临界值设为255，并视为轮廓信息，若影像中像素点的灰阶小于或等于临界值时则设为0，以达到将待测物与背景分割并突显出，其二值化方程式(14)如下所示。
较佳的是，能进一步通过中值滤波去除影像噪点，其为所有的灰阶值，经由有小到大排序后，取其中间的灰阶值，取代目前影像中所对应的像素，此法不仅滤掉影像中突起的高频噪点部分，又能保持影像边缘，不至于像低通滤波器一样把影像的边缘滤掉，该中值滤波的数学表示如方程式(15)所示。
g(x,y)＝median{f(x+m,y+n)-r≤m,n≤r,(r∈n)}(15)
e、高度量测：当对于撷取的刀刃影像进行影像处理后，对于刀刃51的刃口最高点进行像素量测并经该影像单元换算系数(e)进行换算，借以取得该刀刃51的刃口离画面边框实际高度，再通过转动该刀把座13的方式，让该影像撷取器31依序对于该面铣刀50的各刀刃51进行量测。
f、输出结果：将所量测到的各刀刃51的高度值，传送至该电脑的影像量测软件中，且以拍摄画面上方的边框作为基准零点，借此比对计算其他刀刃51的刃口高度的相对偏差量，即可作为后续进行该面铣刀50各刀刃51高度调整的依据。
借由上述的技术特征，本发明刀具影像量测方法，于使用时仅需将如面铣刀50等的待测刀具设置于该刀把座13上，并沿着投射器33发出的光源通过该轨道座12的横向滑座122及纵向滑座124移动调整的方式，让该影像撷取器31朝向于该面铣刀50的其中一刀刃51，且于对焦后通过该微调组20的位移滑台22与该量测组30的线性编码器32的移动记录，经由换算后即能完成影像的校正，因此，本发明的刀具影像量测方法，不需如现有技术于量测时需先通过一测试棒进行影像校正，待校正完毕后再将测试棒换成待量测的面铣刀进行影像量测时，容易因操作者的不同而影响装设的稳定度不佳以及量测的准确度；因此，本发明刀具影像量测方法在完成影像校正后，即可直接对于面铣刀50的刀刃51进行影像处理与量测，不会因操作者的不同而影响量测结果，进而提供一能方便校正且准确量测的刀具影像量测方法。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。