專利名稱：基于機器視覺的直線度自動測量方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種測量方法，特別涉及一種基于機器視覺的直線度自動測量方法。
背景技術(shù)：
由人工按傳統(tǒng)方法測量和評定直線度誤差時，采用兩端點連線法對所測得的零件 輪廓點信息進行直線度誤差評定，由于有固定的算法模式，比較簡單，但有時存在著數(shù)據(jù)處 理的原理誤差；而最小包容區(qū)域法的評定比較精確，但由于須按最高最低相間法則確定最 小包容區(qū)域，故對不同的測量所得的不同的原始數(shù)據(jù)群的處理模式是不同的，例如依圖1 中的測量數(shù)據(jù)，構(gòu)成最小包容區(qū)域的一定是從左到右第1、3、4號輪廓點，它不具普遍性，這 影響了檢測的效率，同時也對直線度誤差的自動檢測和評定造成了障礙。
此外，傳統(tǒng)的直線度誤差的檢測是采用一定跨距的橋尺配合自準直儀或水平儀進 行的，因而對較短的零件無法采用傳統(tǒng)的方法檢測其直線度誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對傳統(tǒng)的直線度誤差的檢測存在的問題，提出了一種基于機器視覺的 直線度自動測量方法，開發(fā)了"逐點劃線-比較"推理機制，達到了此智能水平可以自動確 定最小包容區(qū)域的兩平行直線，計算出直線度誤差，從而完成直線度誤差的快速自動檢測。
本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于機器視覺的直線度自動測量方，包括如下具體步 驟 1)被測零件裝夾環(huán)節(jié)裝夾被測零件和安裝攝像頭的裝置，為取得合適的圖像， 攝像頭被安裝在雙層移動平臺上，由電機帶動滾珠絲杠驅(qū)動其移動； 2)圖像輸入通過攝像頭采集被測零件的圖像信息，根據(jù)屏幕各像素點的灰度值 進行圖像處理，并由物_屏參數(shù)標定得到各實際輪廓點坐標信息； 3)智能模塊依據(jù)國家標準規(guī)定的直線度誤差的評定方法-最小包容區(qū)域法和算 法——"逐點劃線_比較"推理機制； 設從圖像輸入模塊得到的輪廓點坐標信息為P' (x' i，y'》，X' i為直線度檢 測跨距方向的坐標值，為跨距L的倍數(shù)；y' i為對應x' i處的實際輪廓的高度值；逐點劃 線_比較推理機制對兩兩輪廓點逐點劃線，每劃一線進行逐點比較①連線外其余各點是 否在該線的同側(cè)； 離該線最遠的點是否位于組成該線的兩點之間，逐點劃線_比較推理 機制以此判據(jù)來決定是否搜索到形成最小包容區(qū)域的兩平行直線； 4)判定與輸出對智能模塊傳送的測量結(jié)果進行甄別，如數(shù)據(jù)有誤向智能模塊提 出移動攝像頭的要求，位置調(diào)整模塊接受來自于判定與輸出并經(jīng)智能模塊傳輸?shù)囊苿訑z像 頭要求的指令，分配被測零件裝夾環(huán)節(jié)中的各電機的運動，以實現(xiàn)攝像頭位置的調(diào)整；如數(shù) 據(jù)合理則最后輸出直線度誤差的測量結(jié)果； 5)人機界面向操作人員提供友好的人機互動的平臺，可以設置必要的參數(shù)，顯 示所采集的圖像和測量結(jié)果，還可以選擇是否進行模擬測量。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明基于機器視覺的直線度自動測量方法，采用啟發(fā) 式搜索作為推理策略可節(jié)省大量的搜索時間。而且此推理機制不存在原理誤差，故不影響 測量精度；摒棄了人工直線度測量中使用的橋尺等工具而使用攝像頭采集被測物體的圖像 進行直線度檢測，故可從根本上改變原先接觸式測量的模式，還可應用于短小零件的直線 度誤差檢測。


圖1為本發(fā)明最小包容區(qū)域法示意圖； 圖2為本發(fā)明基于機器視覺的直線度自動測量方法框圖。
具體實施例方式
如圖2所示基于機器視覺的直線度自動測量方法框圖，包括如下步驟 (1)被測零件裝夾環(huán)節(jié)裝夾被測零件和安裝攝像頭的裝置，為取得合適的圖像，
攝像頭被安裝在雙層移動平臺上，由電機帶動滾珠絲杠驅(qū)動其移動。 (2)圖像輸入圖像輸入元件采用大恒DH-HV1302UM-M攝像頭，它采集被測零件的 圖像信息，根據(jù)屏幕各像素點的灰度值進行圖像處理，并由物-屏參數(shù)標定得到各實際輪 廓點坐標信息。 (3)智能模塊它包含了依據(jù)國家標準規(guī)定的直線度誤差的評定方法(最小包容 區(qū)域法)所設計的算法——"逐點劃線_比較"推理機制。 設從圖像輸入模塊得到的輪廓點坐標信息為P' (x' i，y'》，X' i為直線度檢
測跨距方向的坐標值，為跨距L的倍數(shù)；y' i為對應x' i處的實際輪廓的高度值。逐點劃
線_比較推理機制對兩兩輪廓點逐點劃線，每劃一線進行逐點比較①連線外其余各點是
否在該線的同側(cè)；②離該線最遠的點是否位于組成該線的兩點之間。逐點劃線_比較推理
機制以此判據(jù)來決定是否搜索到形成最小包容區(qū)域的兩平行直線，如圖1所示。 由于具有圖像采集和識別功能的直線度測量儀是基于機器視覺進行檢測的，故跨
距可以取得較小，跨距數(shù)則可以較大，由此形成狀態(tài)空間的組合爆炸，因而逐點劃線_比較
推理機制必須在較大的狀態(tài)空間中搜索出滿足上述兩點判據(jù)的目標直線lj,k*。 為了縮短搜索的路徑和時間，逐點劃線_比較推理機制采用啟發(fā)式搜索方式，首
先按"對稱抵消"來"剪枝"較大的狀態(tài)空間，形成下列矩陣所表示的搜索空間S。<formula>formula see original document page 4</formula> 其次依據(jù)最高(低)點優(yōu)先匹配的法則構(gòu)造一個優(yōu)先級隊列l(wèi)u， lj,n， l2,k，……， 即按行列、首尾交替的搜索方向，由最高(低)點向次高(低)點等逐點劃線，按上述判據(jù) 決定搜索是否終止若滿足，則即找到了形成最小包容區(qū)域的兩平行直線之一 ；否則，由次 高(低)點向除最高(低)點之外的各點劃線，同樣進行逐點比較。以此類推，直到求得滿<formula>formula see original document page 4</formula>足最小包容區(qū)域要求的兩平行直線之一，進而按至最遠點距離確定另一條平行直線。
建立lj,k直線方程的一般式Ajkx+Bjky+Cjk = 0
(2)
其中各系數(shù)由構(gòu)成直線lj 各點P(Xi， y》至lj,k直線的距離為=
的兩個輪廓點P^Xj， y》和PK(xk， yk)的坐標確定, 若各點至直線的數(shù)學距離異號，則表示該線兩側(cè)均有輪廓點，該線為不可取直線；
全部同號為可能直線，進而由"離該線最遠的點是否位于組成該線的兩點之間"而甄別出是 否為可取直線。 在軟件實現(xiàn)中利用臨時數(shù)據(jù)庫設置二維數(shù)學距離數(shù)組，例如，各點至過最高點諸 線的數(shù)學距離數(shù)組由下式各元素構(gòu)成 <formula>formula see original document page 5</formula>
軟件運行時逐行計算各點至直線的數(shù)學距離并甄別，滿足最小包容區(qū)域判據(jù)則終 止運算，輸出結(jié)果；否則繼續(xù)循環(huán)運算，若臨時數(shù)據(jù)庫中過最高點諸線的數(shù)據(jù)運算完畢還未 推理出合理結(jié)果，則按啟發(fā)式搜索所定搜索方向刷新臨時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)繼續(xù)運算，直至推理 結(jié)束。 (4)判定與輸出對智能模塊傳送的測量結(jié)果進行甄別，數(shù)據(jù)有誤向智能模塊提 出移動攝像頭的要求，數(shù)據(jù)合理最后輸出直線度誤差的測量結(jié)果。 (5)人機界面向操作人員提供友好的人機互動的平臺，可以設置必要的參數(shù)，顯 示所采集的圖像和測量結(jié)果，還可以選擇是否進行模擬測量。 (6)位置調(diào)整模塊接受來自于判定與輸出并經(jīng)智能模塊傳輸?shù)囊苿訑z像頭要求 的指令，分配被測零件裝夾環(huán)節(jié)中的各電機的運動，以實現(xiàn)攝像頭位置的調(diào)整。
權(quán)利要求
一種基于機器視覺的直線度自動測量方法，其特征在于，包括如下具體步驟1)被測零件裝夾環(huán)節(jié)裝夾被測零件和安裝攝像頭的裝置，為取得合適的圖像，攝像頭被安裝在雙層移動平臺上，由電機帶動滾珠絲杠驅(qū)動其移動；2)圖像輸入通過攝像頭采集被測零件的圖像信息，根據(jù)屏幕各像素點的灰度值進行圖像處理，并由物-屏參數(shù)標定得到各實際輪廓點坐標信息；3)智能模塊依據(jù)國家標準規(guī)定的直線度誤差的評定方法——最小包容區(qū)域法——所設計的軟件算法——“逐點劃線-比較”推理機制；設從圖像輸入模塊得到的輪廓點坐標信息為P′(x′i，y′i)，x′i為直線度檢測跨距方向的坐標值，為跨距L的倍數(shù)；y′i為對應x′i處的實際輪廓的高度值；逐點劃線-比較推理機制對兩兩輪廓點逐點劃線，每劃一線進行逐點比較①連線外其余各點是否在該線的同側(cè)；②離該線最遠的點是否位于組成該線的兩點之間，逐點劃線-比較推理機制以此判據(jù)來決定是否搜索到形成最小包容區(qū)域的兩平行直線；4)判定與輸出對智能模塊傳送的測量結(jié)果進行甄別，如數(shù)據(jù)有誤向智能模塊提出移動攝像頭的要求，位置調(diào)整模塊接受來自于判定與輸出并經(jīng)智能模塊傳輸?shù)囊苿訑z像頭要求的指令，分配被測零件裝夾環(huán)節(jié)中的各電機的運動，以實現(xiàn)攝像頭位置的調(diào)整；如數(shù)據(jù)合理則最后輸出直線度誤差的測量結(jié)果；5)人機界面向操作人員提供友好的人機互動的平臺，可以設置必要的參數(shù)，顯示所采集的圖像和測量結(jié)果，還可以選擇是否進行模擬測量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于機器視覺的直線度自動測量方法，通過攝像頭采集圖像信號后采用“逐點劃線-比較”推理機制，達到自動確定最小包容區(qū)域的兩平行直線，計算出直線度誤差，從而完成直線度誤差的快速自動檢測。采用啟發(fā)式搜索作為推理策略可節(jié)省大量的搜索時間，而且此推理機制不存在原理誤差，故不影響測量精度；摒棄了人工直線度測量中使用的橋尺等工具而使用攝像頭采集被測物體的圖像進行直線度檢測，故可從根本上改變原先接觸式測量的模式，還可應用于短小零件的直線度誤差檢測。
文檔編號G01B11/26GK101709957SQ20091020102
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者劉有毅, 談理, 龔德利 申請人:上海應用技術(shù)學院