一种球心坐标测量装置及其测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及坐标测量领域，特别是涉及一种球心坐标测量装置及其测量方法。
【背景技术】
[0002] 坐标测量机简称CMM，是用于几何测量的最重要的测量设备之一，其测量精度是最 为重要的一个技术指标。为了检测坐标测量机的测量精度，有一种测量方法是固定结构阵 法，即将标准件上的点作为长度标准，利用坐标测量机对这些点进行测量从而计算出坐标 测量机本身的测量误差。而对这些点的测量一般体现为对标准球的测量，因而针对标准球 的测量已开发出了不同的测量方案。
[0003] 目前对标准球进行测量的方案主要有两种，一种是采用电容传感器进行测量，通 过在X、Y、Z方向布置的三个电容式传感器分别测量三个方向的传感器与被测球的距离，从 而得到球心的三维坐标，这种方案测量精度很高，但由于三个电容传感器的安装精度要求 很高，存在加工安装困难的问题，操作难度较大，而且高精度电容传感器的成本也很高。另 一种是接触式测量方法，通过将在空间上相交于一点的三个伸缩式长度测量杆与标准球的 下半球接触，从而得到三个伸缩杆的伸缩量，进而通过计算得到球心坐标，这种方案比电容 传感器测量方式操作较为简单，但是存在破坏标准球表面的危险，导致后续测量误差较大。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种球心坐标测量装置，本发明 的另一目的是提供一种球心坐标测量装置的测量方法。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006] -种球心坐标测量装置，用于测量标准球的球心坐标，包括窄带光源、第一图像采 集模块、第二图像采集模块以及主控单元，所述第一图像采集模块和第二图像采集模块均 用于在靠近标准球的位置采集标准球的测量图像并发送到主控单元，所述主控单元用于对 测量图像进行图像处理，并通过投影法线交汇的方法计算获得标准球的球心坐标。
[0007] 进一步，所述主控单元具体用于:分别将第一图像采集模块和第二图像采集模块 所采集的测量图像转换为灰度图后进行边缘提取，进而通过最小二乘法拟合获得两组同心 圆，进而分别获得每组同心圆的圆心坐标后，根据两个圆心坐标，通过投影法线交汇的方法 计算获得球心坐标。
[0008] 进一步，还包括用于安装窄带光源、第一图像采集模块以及第二图像采集模块的 安装支架。
[0009] 进一步，所述窄带光源包括第一窄带光源和第二窄带光源，所述第一图像采集模 块的前端安装有第一滤光片，所述第二图像采集模块的前端安装有第二滤光片。
[0010] 进一步，所述安装支架包括底座以及四个侧面固定件，所述的四个侧面固定件均 安装在底座上并形成一用于在测量时容纳标准球的斗状结构，所述第一窄带光源和第二窄 带光源相对地安装在其中两个侧面固定件上，所述第一图像采集模块和第二图像采集模块 相对地安装在另外两个侧面固定件上。
[0011]本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：
[00?2] -种球心坐标测量装置的测量方法，包括：
[0013] S1、采用窄带光源照射待测的标准球，同时将第一图像采集模块和第二图像采集 模块移动到靠近标准球的位置；
[0014] S2、采用第一图像采集模块采集获得标准球的第一测量图像，同时采用第二图像 采集模块采集获得标准球的第二测量图像；
[0015] S3、分别对第一测量图像和第二测量图像进行图像处理后，获得两个圆心坐标；
[0016] S4、根据第一测量图像和第二测量图像所对应获得的两个圆心坐标，通过投影法 线交汇的方法计算获得标准球的球心坐标。
[0017] 进一步，所述步骤S3,包括：
[0018] S31、针对第一测量图像和第二测量图像，分别将其转换为灰度图后进行边缘提 取，进而按照灰度值对灰度图的像素进行分组，获得多组代表不同灰度值的像素点；
[0019] S32、通过最小二乘法对多组像素点进行拟合后，获得一组同心圆，进而获得同心 圆的圆心坐标。
[0020]进一步，所述步骤S4,其具体为：
[0021] 根据第一测量图像和第二测量图像所对应获得的两个圆心坐标(xl，yl)和(x2， z2)，结合获取的第一测量图像和第二测量图像所在平面在测量装置的系统坐标上的偏移 量(xol，yol)和(xo2，zo2)，计算获得标准球的球心坐标为(xol+xl，yol+yl，zo2+z2)。
[0022] 进一步，所述第一测量图像和第二测量图像所在平面在测量装置的系统坐标上的 偏移量是由第一图像采集模块和第二图像采集模块与测量装置的安装支架之间的安装位 置决定的。
[0023] 本发明的有益效果是:本发明的一种球心坐标测量装置，用于测量标准球的球心 坐标，包括窄带光源、第一图像采集模块、第二图像采集模块以及主控单元，第一图像采集 模块和第二图像采集模块均用于在靠近标准球的位置采集标准球的测量图像并发送到主 控单元，主控单元用于对测量图像进行图像处理，并通过投影法线交汇的方法计算获得标 准球的球心坐标。本测量装置成本低、测量误差小、测量精度高，而且操作简单，大大提高了 测量速度。
[0024] 本发明的另一有益效果是：本发明的一种球心坐标测量装置的测量方法，包括： S1、采用窄带光源照射待测的标准球，同时将第一图像采集模块和第二图像采集模块移动 到靠近标准球的位置;S2、采用第一图像采集模块采集获得标准球的第一测量图像，同时采 用第二图像采集模块采集获得标准球的第二测量图像;S3、分别对第一测量图像和第二测 量图像进行图像处理后，获得两个圆心坐标;S4、根据第一测量图像和第二测量图像所对应 获得的两个圆心坐标，通过投影法线交汇的方法计算获得标准球的球心坐标。本测量方法 成本低、测量误差小、测量精度高，而且操作简单，大大提高了测量速度。
【附图说明】
[0025]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0026]图1是本发明的一种球心坐标测量装置的结构框图；
[0027] 图2是本发明的一种球心坐标测量装置的安装支架的立体图；
[0028] 图3是本发明的一种球心坐标测量装置的安装支架的侧视图；
[0029] 图4是本发明的一种球心坐标测量装置的安装支架的仰视图；
[0030] 图5是本发明的实施例一中图像采集模块与标准球靠近时的示意图；
[0031] 图6是本发明的实施例一中通过两圆心的法线相交得到球心位置的示意图；
[0032]图7是是本发明的实施例二中采集获得的测量图像样本；
[0033]图8是对图7的测量图像进行边缘提取后的结果；
[0034]图9是对图8的像素点进行圆拟合后获得的结果。
【具体实施方式】
[0035] 参照图1~图4,本发明提供了一种球心坐标测量装置，用于测量标准球1的球心坐 标，包括窄带光源、第一图像采集模块3、第二图像采集模块4以及主控单元，所述第一图像 采集模块3和第二图像采集模块4均用于在靠近标准球1的位置采集标准球1的测量图像并 发送到主控单元，所述主控单元用于对测量图像进行图像处理，并通过投影法线交汇的方 法计算获得标准球1的球心坐标。
[0036] 进一步作为优选的实施方式，所述主控单元具体用于:分别将第一图像采集模块3 和第二图像采集模块4所采集的测量图像转换为灰度图后进行边缘提取，进而通过最小二 乘法拟合获得两组同心圆，进而分别获得每组同心圆的圆心坐标后，根据两个圆心坐标，通 过投影法线交汇的方法计算获得球心坐标。
[0037] 进一步作为优选的实施方式，如图2所示，还包括用于安装窄带光源、第一图像采 集模块3以及第二图像采集模块4的安装支架6。
[0038] 进一步作为优选的实施方式，如图4所示，所述窄带光源包括第一窄带光源21和第 二窄带光源22,如图3所示，所述第一图像采集模块3的前端安装有第一滤光片51，所述第二 图像采集模块4的前端安装有第二滤光片52。
[0039] 进一步作为优选的实施方式，如图3所示，所述安装支架6包括底座61以及四个侧 面固定件，所述的四个侧面固定件均安装在底座61上并形成一用于在测量时容纳标准球1 的斗状结构，所述第一窄带光源21和第二窄带光源22相