基于位置锁存技术的线扫测量系统及线扫图像拼接方法与流程

1.本发明涉及精密测量领域，特别是涉及一种基于位置锁存技术的线扫测量系统及线扫图像拼接方法。


背景技术：

2.大尺寸高精度的快速测量一直是测量行业的难题，要想实现高精度，就需要提高光学镜头的倍率，而倍率提升意味着测量画面缩小。同时提高测量画面范围和光学镜头倍率则需要多相机的方案，或者提升相机的规格，成本也会成倍的增加，同时也会增加机构设计的复杂度。或者使用多相机的方案，但需要对相机之间的相对位置做系统标定，会导致成本高，而且因环境变化导致的相机在不同时间温度下的相对位置会出现偏差，会导致测量不稳定。


技术实现要素：

3.本发明为了解决上述现有技术中测量成本高或者测量效率低的技术问题，提出一种基于位置锁存技术的线扫测量系统及线扫图像拼接方法。
4.本发明采用的技术方案是：
5.本发明提出了一种基于位置锁存技术的线扫测量系统，包括：
6.运动平台，用于安装产品，并通过驱动组件带动沿导轨滑动调整所述产品的位置；
7.光栅尺，与所述导轨平行；
8.读数头，跟随所述运动平台运动，并与所述光栅尺对应；
9.线阵相机，悬设在所述运动平台的上方；
10.控制器，所述运动平台运动到达预设扫描起点时，控制所述线阵相机开始按照预设频率扫描所述产品，并控制所述读数头开始所述按预设频率锁存所述光栅尺的位置数据。
11.控制器包括：高速计数器、脉冲切换模块、输入模块和输出模块，所述高速计数器采集所述光栅尺的位置数据，所述输出模块用于触发脉冲切换模块，所述脉冲切换模块用于控制线扫相机的触发，所述输入模块与读数头配合工作，用于锁存光栅尺的位置数据。
12.本发明还包括机台，用于安装所述导轨和所述光栅尺。机台上还安装有两个支撑座，横向连接两个支撑座顶部的横梁座，所述横梁座的侧面设有相机滑轨，所述相机滑轨上设有安装所述线阵相机的安装座。所述横梁座与所述导轨垂直。
13.优选地，所述驱动组件为直线电机。
14.本发明还提出了一种线扫图像拼接方法，采用上述的线扫测量系统，具体包括步骤：
15.步骤1，运动平台运动到达预设扫描起点，控制所述线阵相机开始按照预设频率扫描所述产品，控制所述读数头开始按所述预设频率锁存每次扫描对应所述光栅尺的位置数据；
16.步骤2，输出一张产品扫描图像，且该产品扫描图像每次扫描的像素点的位置与每次扫描锁存的所述光栅尺的位置数据对应。
17.进一步的，还包括步骤：
18.步骤3，在所述产品扫描图像上寻找两个预设的特征点，计算两个预设特征点的距离参数；
19.步骤4，重复步骤1至3预设次数，获取预设张数的产品扫描图像和对应每张产品扫描图像的距离参数。
20.与现有技术比较，本发明具有如下优点：
21.1.可以解决大尺寸测量无法同时满足精度和效率的问题。
22.2.配置线阵相机，用一套相机即可完成多套面阵相机的功能，节省硬件成本，节省硬件空间。
23.3.解决了针对大尺寸产品高精度测量应用的设计难、成本高的问题，可以极大提高产品的竞争力。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明实施例中的立体结构示意图；
26.图2为本发明实施例中的流程图。
27.线阵相机1，安装座2，直线电机3，导轨4，运动平台5，光栅尺6，读数头7。
具体实施方式
28.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
29.下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。
30.现有的高精度测量当中，无论是使用大画面相机，还是使用多相机的方式，其成本都会呈指数型增长，而且到了一定尺寸大小，相机的规格是无法达到测量要求。多相机方案由于相机只能固定位置安装，在相机视野外的区域没办法测量，通用性不高，只能针对特殊产品进行定制方案。对比，本发明提出了一种基于位置锁存技术的线扫测量系统，基于位置锁存技术，通过运动位置与相机像素点之间的准确匹配，进行多画面图像的高精度拼接，来实现大尺寸范围的高精度测量，可以解决大尺寸测量无法同时满足精度和效率的问题。
31.本发明提出了一种基于位置锁存技术的线扫测量系统，主要包括：机台、运动平台5、光栅尺6、读数头7、线阵相机1和控制器。机台上安装有导轨4，以及跨过导轨横设在导轨正上方的安装支架；运动平台用于安装或者放置待测量的产品，运动平台5安装在导轨4上，可以通过驱动组件驱动沿着导轨4做直线运动，来调整产品的扫描位置；光栅尺6设置在机台上，与导轨4平行；读数头7安装在运动平台5上，跟随运动平台5运动，且读数头与光栅尺6
对应，实时获取位置数据；线阵相机1安装在位于导轨4上方的安装支架上，拍摄方向竖直朝下，驱动组件带动运动平台运动使产品从线阵相机的下方经过，使线阵相机可以进行扫描拍摄；控制器可以在运动平台到达预设扫描起点时，控制读数头开始按照预设频率锁存(即记录读数头停在光栅尺的位置)。
32.控制器具体包括：高速计数器、脉冲切换模块、输入模块和输出模块，高速计数器直接采集读数头对应光栅尺的位置数据，输出模块用于触发脉冲切换模块。运动平台运动到预先设置好的扫描起始点时，通过输出模块触发脉冲切换模块，脉冲切换模块按预设频率触发线扫相机进行高频扫描。扫描过程中，输入模块与读数头配合工作，锁存运动平台运动过程中每一个位置的光栅尺数据，而且锁存位置的频率与线扫相机的触发频率相同。
33.安装支架具体包括：支撑座、横梁座，两个支撑座设置在导轨的两侧，横梁座横向连接两个支撑座顶部，横设在导轨的上方并与导轨垂直，横梁座的侧面设有相机滑轨，相机滑轨上设有安装线阵相机的安装座2，线阵相机可以根据需要调整扫描位置，也可以给线阵相机配置驱动组件，从而通过控制器来自动调整线阵相机的位置。线阵相机也可以采用其他的安装方案进行安装固定，只要能使线阵相机悬设在轨道上方可以进行扫描，都在本发明的保护范围之内。
34.上述系统具体的工作流程如下：
35.启动直线电机，运动平台开始做直线运动；
36.运动平台运动到预设的扫描起始点时，控制器的输出模块触发脉冲切换模块，脉冲切换模块开始高频触发线阵相机工作，进行高频扫描；扫描的过程中，输入模块配合读数头锁存运动过程中每一个位置的光栅尺数据，锁存位置的频率与线扫相机触发频率相同。
37.扫描结束得到一张完整的产品扫描图像，产品扫描图像的像素点的间隔都与光栅尺的数据匹配，再在图像上找到两个特征点，计算特征点的距离参数。具体举例说明，线阵相机每次扫描一列像素点，就会锁存一次光栅尺的位置数据，即该次扫描在光栅尺上的实际位置，例如第n次扫描，对应锁存的光栅尺的数据为aμm，第n+1次扫描，对应锁存的光栅尺的数据为bμm，在后序图像拼接时，每次扫描的像素点与对应的锁存的光栅尺的位置数据对应，即n次扫描的一列像素点就放在aμm的位置，第n+1次扫描的一列像素点就放在bμm的位置，两列像素点的间隔为b-a，因为每次扫描的像素点都是根据实际的光栅尺的位置来排列，以组成一张完整的产品扫描图像，因此该产品扫描图像的精度很高，可以用于高精测的数据测量，同时出图速度快，测量效率也高。
38.重复上述步骤10次扫描，记录相同特征点的距离，并计算重复性，既可以验证准确性，同时又可以根据多组数据来进行校验以输出最准确的产品扫描图像。
39.在优选的实施例中，驱动组件具体可以为直线电机，具体的驱动方式可以是通过丝杆的方式，或者现有的其他方式来驱动运动平台沿导轨滑动。都在本发明的保护范围之内。
40.本发明还提出一种线扫图像拼接方法，采用上述的线扫测量系统，具体包括步骤：
41.步骤1，运动平台运动至预设的扫描起始点时，控制所述线阵相机按照预设频率进行扫描；并控制读数头按照预设频率读取运动平台运动过程中位置数据并存储(即锁存光栅尺上的刻度信息)；
42.步骤2，输出一张产品扫描图像，且该产品扫描图像每次扫描的像素点的位置与每
次扫描锁存的所述光栅尺的位置数据对应。
43.为了提高产品图像精度，可以重复进行多次扫描，验证重复性，具体包括如下步骤：
44.步骤3，在所述产品扫描图像上寻找两个预设的特征点，计算两个预设特征点的距离参数；
45.步骤4，重复步骤1至3预设次数，获取预设张数的产品扫描图像和对应每张产品扫描图像的距离参数。通过计算重复性，既可以验证准确性，同时又可以根据多组数据来进行校验以输出最准确的产品扫描图像。
46.在补充的实施例中，具体可以以距离参数相等数量最多的产品扫描图像中的任意一张作为输出的产品扫描图像，因为如果多张产品扫描图像的预设两个特征点的距离参数一致，说明这部分的产品扫描图像的扫描精度最高。
47.如果没有两张或者两张以上的距离参数相等的产品扫描图像，则计算预设张数产品扫描图像的距离参数的平均值，以最接近平均值的距离参数对应的产品扫描图像作为输出的产品扫描图像。
48.上述补充实施例仅作为本发明的补充实施例，并不限制本发明的保护范围。本领域技术人员还可以采用其他方式，例如可以先获取两个特征点的实际测量的距离参数，在选择最近接或者等于该距离参数的产品扫描图像作为输出图像，都在本发明的保护范围。
49.需要注意的是，上述所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
50.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
51.在本技术的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
52.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下
方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
53.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。
54.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。