一种基于图像处理的工件多尺寸多参数测量方法与流程

本发明涉及图像处理、机器视觉以及传感器等技术，是一种以图像处理为核心，基于激光扫描的多尺寸多参数通用测量方法。

背景技术：

传统的检测方法主要采用接触式测量，通常是在固定的测量平台上使用正弦规、游标卡尺、百分尺等工具，或者利用接触式传感器的三坐标测量机等。传统测量方式在速度方面的表现并不理想，很难满足现阶段工业生产检测的需求。随着光电技术和计算机技术以及机器视觉的发展，摄影测量、线激光、激光扫描仪等非接触的测量方法得到了广泛应用。激光扫描方式可以在极短的时间内获取大量的测量点，因此被广泛地应用到三维形貌检测、几何尺寸检测、大型设备缺陷检测等领域。

基于图像处理的工件测量技术，以其具有非接触、高速度、动态范围大、信息量丰富、成本相对低廉等诸多优点，在工业测量和零件检测中占有越来越重要的作用。在大型工件测量系统中，为准确地测量工件的结构尺寸，首先要提取工件的高分辨率完整的图像。然而由于测量的视场、拍摄距离等因素的限制，在图像获取时并不能通过一次拍摄获得。当被测工件长度超出摄像机拍摄范围时，则要求通过多次拍摄得到多幅图像，利用图像拼接技术合成高分辨率完整图像。

目前非接触测量的方法较多，但针对多种尺寸、多种参数统一的测量平台不多，这是创新之处。同时视觉和激光相结合，以往的结合是由视觉读激光反射点的位置。我们的专利特点是：通过软件预输入和利用视觉（拍摄标志物辅助识别）判断需测量的工件所在的大致位置，由直线电机自动控制。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的上述缺点，提供基于图像处理的工件多尺寸多参数测量方法，具体有两套方案。

第一套方案为：一种基于图像处理的工件多尺寸多参数测量方法，基于一种测量平台实现，所述测量平台组成包括：表面设置有刻度标定的待测区域平台、设置于待测区域平台上方固定工业测量相机和龙门架结构，所述龙门架结构具有二维滑轨，电机固定在二维滑轨上，可在待测区域平台上方的XY二维平面内滑动，所述电机安装有激光扫描仪；所述测量方法包括以下步骤：

第1步、输入需要测量的工件参数；

第2步、固定工业测量相机拍摄对工件进行拍摄，利用待测区域平台的刻度标定估算工件大小和位置；

第3步、通过估算的工件在X轴方向上的长度与激光扫描仪的单次扫描宽度的关系，判断工件能否被一次扫描完成；

第4步、如果工件能够被一次扫描完成，则将电机移动至对应位置，使用激光扫描仪对工件进行扫描，对扫描所获取的点云数据进行处理，获得所需的工件参数；

第5步、如果工件不能被一次扫描完成，则在工件表面沿X轴方向均匀放置[N/M]个标志物，其中N为工件在X轴方向上的长度，M为激光扫描仪单次扫描宽度，工件在X轴方向被标志物分割为[N/M]+1个区域；

第6步、利用激光扫描与对工件的[N/M]+1个区域分别进行扫描，并利用标志物为参照物对获得的点云数据进行拼接，获得工件的点云数据，处理后获得所需的工件参数。

其中，所述工件参数包括工件尺寸、开孔直径、开孔的圆心距离等。

进一步的，所述直线电机上还安装有工业测量相机，用于对工件进行拍摄。

更进一步的，所述标志物为菱形。作为优选，菱形的长对角线与Y轴平行，菱形的短对角线与X轴平行。

另一套方案是：一种基于图像处理的工件多尺寸多参数测量方法，其特征在于：基于一种测量平台实现，所述测量平台组成包括：表面设置有刻度标定的待测区域平台、设置于待测区域平台上方固定工业测量相机和龙门架结构，所述龙门架结构具有二维滑轨，电机固定在二维滑轨上，可在待测区域平台上方的XY二维平面内滑动，所述电机安装有工业测量相机；所述测量方法包括以下步骤：

第1步、输入需要测量的工件表面参数信息；

第2步、固定工业测量相机拍摄对工件进行拍摄，利用待测区域平台的刻度标定估算工件大小和位置；

第3步、根据估算得到的工件大小，判断安装于电机上的工业测量相机能否一次性获取工件表面图像；

第4步、如果工件表面图像能够被所述工业测量相机一次拍摄获取,则直线电机移动至工件上方，通过其上的工业测量相机对工件进行拍摄，获取工件图像，并转至第6步；

第5步、如果工件表面图像不能被所述工业测量相机一次拍摄获取,则电机移动至工件上方，通过其上的工业测量相机对工件进行多次拍摄，对获取的图像进行拼接，得到工件图像，并转至第6步；

第6步、对工件图像进行图像处理；

第7步、对图像进行特征提取，进而获得工件表面参数。

进一步的，第5步中，对多副图像进行特征提取，并依据提取的特征进行图像拼接。

更进一步的，第6步中，先将图像进行滤波处理和增强处理，然后通过二值化阈值分割提取工件，最后利用边缘检测和定位确认工件的边界信息。

本发明的有益效果为：由于不需要使用复杂的激光路径设定，用现有的技术基础加以应用改善，减少测量成本的同时，还降低了测量的难度，并节省了测量的时间。由于使用的是激光扫描仪器，并且可根据需求选用不同的型号，在测量的精度方面也得到了保障。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1-1是测量平台俯视图示意图。

图1-2是测量平台侧视图示意图。

图2-1是本发明实例1中的工件测量流程图。

图2-2是本发明实例2中的工件测量流程图。

图3是大工件扫描标志物放置示意图。

具体实施方式

首先按图1所示，构建平台框架。龙门架结构具有二维滑轨，直线电机在二维方向上可以移动。如图所示，这里使用X来标记直线电机纵向运动方向，Y来标记横向移动方向，同时根据平台测量的需求设定X，Y的长度，X，Y长度可达3-4M，可以满足精度要求。直线电机上用设计好机械固件连接CCD高清摄像机（工业测量相机）以及激光扫描仪，并且CCD高清摄像机和激光扫描仪可以通过机械固件进行角度的微调，以便适应不同情况下的测量环境。

其次，待测区域平台如图1所示，与直线电机导轨即直线电机运动层有着一定的高度H，H必须满足激光扫描仪的最大高度要求范围内，否则扫描的精度会产生较大的误差，同时CCD高清相机也要根据H的数据进行相应的设定。待测区域平台层表面光滑平整，并且其上有明显的刻度标定即辅助标定，亦可在固定距离加上标志物即辅助标志物，辅助标定和辅助标志物的引入可以更好更方便的估算工件的位置以及工件的大小，并且可以节省一部分时间。若所需的参数过于简单单一，也可以在图1 X轴两端下方，H上半区域追加安装两个摄像头来进行辅助拍摄，对于工件宽度和高度的信息可以进行辅助确定，能节省一定的时间，考虑成本和价格的因素进行取舍，在X轴中央上方同样是安装的一个高清摄像机，在没有安装上述两个摄像机的前提下，用于辅助拍摄，这个摄像机的视角可以含括测量平台。两个层面之间用支架或者其他进行连接固定，并留有改造升级的空间。平台还配有专用PC机，PC机的硬件是可以单独进行升级，以便达到不同需求的硬件配置要求。数据传输采用有线无线两种方式，有线进行数据连接稳定，但是线路繁多，空间占据较多；无线数据连接简单，快捷，占用空间少，缺点是稳定性不如有线传输。数据存储都配有大容量固态硬盘。

实施例1测量方法：

在某些情形下，需要采用激光扫描来获取工件参数，那么采用如图2-1的流程，进行工件测量，包括以下步骤：

第1步、输入需要测量的工件参数，工件参数包括工件尺寸、开孔直径、开孔的圆心距离等；

第2步、固定工业测量相机拍摄对工件进行拍摄，利用待测区域平台的刻度标定估算工件大小和位置；

第3步、通过估算的工件在X轴方向上的长度与激光扫描仪的单次扫描宽度的关系，判断工件能否被一次扫描完成；

第4步、如果工件能够被一次扫描完成，则将电机移动至对应位置，使用激光扫描仪对工件进行扫描，对扫描所获取的点云数据进行处理，获得所需的工件参数；

第5步、如果工件不能被一次扫描完成，则在工件表面沿X轴方向均匀放置 [N/M]个菱形标志物，菱形的长对角线与Y轴平行，菱形的短对角线与X轴平行，其中N为工件在X轴方向上的长度，M为激光扫描仪单次扫描宽度，工件在X轴方向被标志物分割为[N/M]+1个区域；以图3为例，工件表面摆放有2个菱形标志物，将工件表面分割为3个区域；

第6步、利用激光扫描与对工件的[N/M]+1个区域分别进行扫描，并利用菱形标志物为参照物对获得的点云数据进行拼接，获得工件的点云数据，处理后获得所需的工件参数。以图3为例，工件对3个区域（三个条带）分别（逐次）进行扫描，获得三份点云数据，数据中存在相互重叠的成分，在将数据传输给计算机之后，进行数据拼接处理，获得完整的工件点云数据。

实施例2测量方法：

在某些情形下，需要采用拍照来获取工件参数，比如：需要工件表面的图像参数信息或者只需要单方面工件表面信息，那么采用如图2-2的流程，进行工件测量，包括以下步骤：

第1步、输入需要测量的工件表面参数信息；

第2步、固定工业测量相机拍摄对工件进行拍摄，利用待测区域平台的刻度标定估算工件大小和位置；

第3步、根据估算得到的工件大小，判断安装于电机上的工业测量相机能否一次性获取工件表面图像；

第4步、如果工件表面图像能够被所述工业测量相机一次拍摄获取,则直线电机移动至工件上方，通过其上的工业测量相机对工件进行拍摄，获取工件图像，并转至第6步；

第5步、如果工件表面图像不能被所述工业测量相机一次拍摄获取,则电机移动至工件上方，通过其上的工业测量相机对工件进行多次拍摄，对获取的图像进行拼接，得到工件图像，并转至第6步；本步骤中，对多副图像进行特征提取，并依据提取的特征进行图像拼接；

第6步、对工件图像进行图像处理，图像处理过程是：先将图像进行滤波处理和增强处理，然后通过二值化阈值分割提取工件，最后利用边缘检测和定位确认工件的边界信息；

第7步、对图像进行特征提取，进而获得工件表面参数。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。