基于表面微结构的高精度长度检测方法
【专利摘要】基于表面微结构的高精度长度检测方法，属于高精度长度检测领域，调整测量设备处于水平状态，开启照明光源和图像采集系统；放置待检测物体用防抖驱动的夹具于侧面固定调平；将分辨率测试卡紧贴待测物体表面放置，调整放大镜组一和放大镜组二倍率，获得合适分辨率条纹的图像，由于分辨率测试卡是透明的，同时可以使被检测物体表面的微结构在各自的摄像系统视场中占据合适视场，测量软件计算分辨率并显示；启动图像存储系统，此时平移待测物体，系统开始显示并存储摄像系统输出的数据；计算模块根据测试卡标定的分辨率等参数，计算并存储相邻图像间待检测物体表面微结构的位移量；完成检测，停止图像存储系统，此时直流电机和图像存储模块停止工作。
【专利说明】基于表面微结构的高精度长度检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用被检物体表面微结构在位移过程中连续性变化的长度检测方法，属于高精度长度检测领域。
【背景技术】
[0002]微位移测量有多种方法:机械测量法(游标卡尺、千分尺等)、光杠杆法、光干涉法及传感器转换法等。这些方法被广泛使用，但也存在其固有缺陷。机械测量法利用待测物体与标准具比较得出测量结果，需要给测量工具(游标卡尺、千分尺等)一个可以夹持的起点和终点，量程多在30厘米以内，分辨率可达10微米；光杠杆法是利用光学放大的办法实现距离测量的，需要较长的测量距离才能获得较高精度，调试光路有一定难度，一般用于细丝直径等相对变化量的测量，而不是绝对长度的测量，测量精度与使用的光波长相当；光干涉法利用相干光产生的干涉条纹来测量待测物体的厚度等信息，这要求被测物体具有透光性，一般由于干涉长度的限制，也不能用于大尺度测量，测量精度与使用的相关光波长相当；传感器转化法是将待测物理量转换为电学量来测量，受传感器形变尺寸等的限制，量程很小，一般为几十到数百微米，而且存在较大的非线性，测量精度不高。
[0003]在无固定起止夹持点、量程大且检测精度要求高的表面检测时，以上的测量方法无法得到精确的测量结果，比如光栅尺主尺长度的检测，检测长度为1-3米，检测误差小于3微米/米。且用现有的检测设备复杂且造价高。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决用现有技术检测无固定起止夹持点、量程大且检测精度要求高的表面无法得到精确的测量结果的问题，提供一种基于表面微结构的高精度长度检测方法。
[0005]基于表面微结构的高精度长度检测方法，其特征是，该方法包括以下步骤:
[0006]步骤一，调整测量设备处于水平状态，并开启待测设备侧上方的照明光源，启动第一图像采集系统和第二图像采集系统；
[0007]步骤二，将待检测物体放置于检测平台上，用四个夹持于待测物体侧面的防抖驱动装置固定并调平检测物体；
[0008]步骤三，通过位于待测物体正上方的高分辨率第一图像采集系统和第二图像采集系统获得的图像，并将图像传输到上位机显示；调整待测物体，使起始位置位于一级物镜视场内；调整放大镜组一和放大镜组二的放大倍率，使第一图像采集系统和第二图像采集系统视场中的表面微结构信息有适当大小的图形；将分辨率测试卡紧贴待测物体上表面放置，根据测试卡上的条纹间距使用图像识别算法得到条纹的轮廓信息，再利用质心算法获得两个图像采集系统的分辨率；第一图像采集系统是低倍率系统，获得较大视场的图像；第二图像采集系统是高倍率系统，视场小但获得的图形结构比第一图像采集系统精度高，用于精密位移计算；总位移最后由粗位移和精位移融合得到；
[0009]步骤四，上述步骤完成后，开始测量操作，接到启动命令后，直流电机带动轴承转动，轴承通过固连装置驱动四个模块组成的防抖驱动装置工作，待测物体在驱动装置的带动下向一侧运动，第一图像采集系统和第二图像采集系统采集图像，图像信息通过数传接口传输到计算机实时显示并存储，使用第一图像采集系统的图像数据通过图像识别算法和质心算法获得待测物体的粗位移，同时能够利用电子稳像技术防抖；
[0010]步骤五，当待测物体移动到待测区域之外后，给出停止命令使直流电机停转，且第一图像采集系统和第二图像采集系统的数据不再存储；
[0011]步骤六，根据存储的摄影系统的高放大倍率图像数据，选定测量区域的起止位置，计算软件模块根据测试卡标定的分辨率等参数，使用图像识别算法和质心算法获得待测物体的精位移，与粗位移信息融合得到测量结果，在软件中显示区间长度信息。
[0012]本发明的有益效果:本发明基于待测物体表面微结构的检测方法利用物体位移过程中表面微结构连续变化的物理特性，通过直流电机防抖驱动装置、高低放大镜组、高分辨率摄像机和质心算法可以实现高精度的位移量检测。用现在较容易实现的图像处理算法降低了对机械加工精度的要求和对检测物体尺寸的限制，是一种低成本的高精度长度检测方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为基于表面微结构的高精度长度检方法所用装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0015]基于表面微结构的高精度长度检测方法，具体实施步骤如下:结合图1所示，
[0016]步骤一，调整测量设备处于水平状态，并开启待测设备侧上方的照明光源6，启动第一图像采集系统10和第二图像采集系统12。
[0017]步骤二，将待测物体5置于支撑结构13上，用四个夹持于待测物体侧面的防抖驱动装置4固定并调平待测物体5。待测物体5可以是光栅尺等需要精密测量长度的设备。
[0018]步骤三，通过位于待测物体5正上方的高分辨率第一图像采集系统10和第二图像采集系统12获得的图像，并将图像传输到上位机显示。调整待测物体5，使起始位置位于一级物镜7视场内。调整放大镜组一 9和放大镜组二 11的放大倍率，使第一图像采集系统10和第二图像采集系统12视场中的表面微结构信息有适当大小的图形。将分辨率测试卡紧贴待测物体上表面放置，根据测试卡上的条纹间距使用图像识别算法得到条纹的轮廓信息，再利用质心算法获得两个图像采集系统的分辨率。第一图像采集系统10是低倍率系统，获得较大视场的图像，该系统帧频略低，如5帧/S。第二图像采集系统12是高倍率系统，视场小，但获得的图形结构比第一图像采集系统10精度高，用于精密位移计算。总位移最后由粗位移和精位移融合得到。
[0019]步骤四、当调整好摄像系统后，就可以开始测量操作。接到启动命令后，直流电机I带动轴承2转动，轴承2通过固连装置3驱动四个模块组成的防抖驱动装置4工作，待检物体5在驱动装置4的带动下向一侧运动，第一图像采集系统10和第二图像采集系统12采集图像，图像信息通过数传接口传输到计算机实时显示并存储于硬盘内，使用第一图像采集系统10的图像数据通过图像识别算法和质心算法获得待测物体的粗位移，同时能够利用电子稳像技术防抖，提高测量人员观测舒适度。
[0020]步骤五、当待测物体移动到待测区域之外后，给出停止命令使直流电机I停转，且第一图像采集系统10和第二图像采集系统12的数据不再存储。
[0021]步骤六、根据存储的摄影系统的高放大倍率图像数据，选定测量区域的起止位置，计算软件模块根据测试卡标定的分辨率等参数，使用图像识别算法和质心算法获得待测物体的精位移，与粗位移信息融合得到测量结果，在软件中显示区间长度信息。
【权利要求】
1.基于表面微结构的高精度长度检测方法，其特征是，该方法包括以下步骤: 步骤一，调整测量设备处于水平状态，并开启待测设备侧上方的照明光源(6)，启动第一图像采集系统(10)和第二图像采集系统(12)； 步骤二，将待检测物体(5)放置于检测平台上，用四个夹持于待测物体侧面的防抖驱动装置(4)固定并调平检测物体(5)； 步骤三，通过位于待测物体(5)正上方的高分辨率第一图像采集系统(10)和第二图像采集系统(12)获得的图像，并将图像传输到上位机显示；调整待测物体(5)，使起始位置位于一级物镜(7)视场内；调整放大镜组一(9)和放大镜组二(11)的放大倍率，使第一图像采集系统(10)和第二图像采集系统(12)视场中的表面微结构信息有适当大小的图形；将分辨率测试卡紧贴待测物体(5)上表面放置，根据测试卡上的条纹间距使用图像识别算法得到条纹的轮廓信息，再利用质心算法获得两个图像采集系统的分辨率；第一图像采集系统(10)是低倍率系统，获得较大视场的图像；第二图像采集系统(12)是高倍率系统，视场小但获得的图形结构比第一图像采集系统(10)精度高，用于精密位移计算；总位移最后由粗位移和精位移融合得到； 步骤四，上述步骤完成后，开始测量操作，接到启动命令后，直流电机(I)带动轴承(2)转动，轴承(2)通过固连装置(3)驱动四个模块组成的防抖驱动装置(4)工作，待测物体(5)在驱动装置(4)的带动下向一侧运动，第一图像采集系统(10)和第二图像采集系统(12)采集图像，图像信息通过数传接口传输到计算机实时显示并存储，使用第一图像采集系统(10)的图像数据通过图像识别算法和质心算法获得待测物体的粗位移，同时能够利用电子稳像技术防抖； 步骤五，当待测物体移动到待测区域之外后，给出停止命令使直流电机(I)停转，且第一图像采集系统(10)和第二图像采集系统(12)的数据不再存储； 步骤六，根据存储的摄影系统的高放大倍率图像数据，选定测量区域的起止位置，计算软件模块根据测试卡标定的分辨率等参数，使用图像识别算法和质心算法获得待测物体的精位移，与粗位移信息融合得到测量结果，在软件中显示区间长度信息。
【文档编号】G01B11/02GK104034266SQ201410268038
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】朱小明, 王晓东 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所