CN109916341B - 一种产品表面水平倾斜角度的测量方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种产品表面水平倾斜角度的测量方法及***。该方法的一具体实施方式包括：沿产品待测表面的第一方向选取两个与产品待测表面的中心实际距离相同的测试点；在将已知CCD相机焦距及像元尺寸的成像***的成像光轴对准产品待测表面中心的情况下，在成像***中对产品的待测表面成像，并分别计算沿第一方向的两个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的成像距离；根据CCD相机的焦距及像元尺寸和沿第一方向的两个测试点的成像距离，计算得到产品待测表面在第一方向的倾斜角度。该实施方式测量精度高且测量效率高。

Description

一种产品表面水平倾斜角度的测量方法及***

技术领域

本发明涉及产品测量测试技术领域。更具体地，涉及一种产品表面水平倾斜角度的测量方法及***。

背景技术

目前，测量例如手机等电子设备的显示屏的倾斜角度、水平距离的方式主要是使用激光三角法测量。但是这种方式在没有激光器条件、或者测试空间无法安装激光器的环境下存在很大不便。

除了上述激光三角法测量的方式外，使用机械或者电子测量仪器的平面测量存在两方面问题：第一、测量精度低；第二、测量效率低，不能做到水平面X轴和Y轴方向的同时区别测量，其中，如果重复多次机械测量则需要耗费较多的时间和人力成本。

因此，需要提供一种新的产品表面水平倾斜角度的测量方法及***。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的产品表面水平倾斜角度的测量方法及***，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明第一方面提供了一种产品表面水平倾斜角度的测量方法，该方法包括：

沿产品待测表面的第一方向选取两个与所述产品待测表面的中心实际距离相同的测试点；

在将已知CCD相机焦距及像元尺寸的成像***的成像光轴对准产品待测表面中心的情况下，在所述成像***中对所述产品的待测表面成像，并分别计算沿第一方向的两个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的成像距离；

根据所述CCD相机的焦距及像元尺寸和所述沿第一方向的两个测试点的所述成像距离，计算得到产品待测表面在第一方向的倾斜角度。

可选地，所述沿产品待测表面的第一方向选取两个与所述产品待测表面的中心实际距离相同的测试点进一步包括：沿产品待测表面的第一方向选取两个与所述产品待测表面的中心实际距离相同且分别位于所述产品待测表面的边缘位置的测试点。

可选地，所述根据所述CCD相机的焦距及像元尺寸和所述沿第一方向的两个测试点的所述成像距离，计算得到产品待测表面在第一方向的倾斜角度进一步包括：根据下述公式计算得到产品待测表面在第一方向的倾斜角度：

其中，θ₁为产品待测表面在第一方向的倾斜角度；f为CCD相机焦距；L₁和L₂分别为沿第一方向的两个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的成像距离，

和

分别为沿第一方向的两个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的像素距离，r为CCD相机的像元尺寸。

可选地，该方法还包括：

沿产品待测表面的第一方向选取多组测试点，每组测试点包括两个与所述产品待测表面的中心实际距离相同的测试点；

分别计算沿第一方向的每个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的成像距离；

根据所述CCD相机的焦距及像元尺寸和沿第一方向的每组测试点的所述成像距离，计算得到每组测试点对应的产品待测表面在第一方向的倾斜角度，并将每组测试点对应的产品待测表面在第一方向的倾斜角度的均值作为产品待测表面在第一方向的倾斜角度。

可选地，该方法还包括：

在所述沿产品待测表面的第一方向选取两个与所述产品待测表面的中心实际距离相同的测试点的同时，沿产品待测表面的第二方向选取两个与所述产品待测表面的中心实际距离相同的测试点；

在所述分别计算沿第一方向的两个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的成像距离的同时，分别计算沿第二方向的两个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的成像距离；

在所述计算得到产品待测表面在第一方向的倾斜角度的同时，根据所述CCD相机的焦距及像元尺寸和所述沿第二方向的两个测试点的所述成像距离，计算得到产品待测表面在第二方向的倾斜角度。

可选地，所述第二方向垂直于所述第一方向。

可选地，所述产品待测表面为长方形，所述第一方向平行于长方形的长边，所述第二方向平行于长方形的短边。

可选地，采用标准图像对产品待测表面选取测试点。

本发明第二方面提供了一种执行本发明第一方面提供的方法的产品表面水平倾斜角度的测量***，该***包括：

用于承载产品的测量平台；

用于对产品待测表面进行成像的CCD相机；及

用于计算沿第一方向的两个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的成像距离，并根据所述CCD相机的焦距及像元尺寸和所述沿第一方向的两个测试点的所述成像距离，计算得到产品待测表面在第一方向的倾斜角度的数据处理单元。

可选地，该***还包括：用于存储已知的CCD相机的焦距及像元尺寸的存储单元。

本发明的有益效果如下：

本发明所述技术方案利用单相机的视觉***即可实现高精度、高效率的产品表面水平倾斜角度测量。进一步，由于无需进行预先的视觉标定，易于实现且适用场景更广。另外，可通过一次基于成像的测量，同时计算得到产品表面分别沿X轴和Y轴方向的倾斜角度。本发明所述技术方案特别适用于对平面度有较高要求的产品的大规模测试流水线，例如对手机等电子设备的显示屏的大规模测试流水线等。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；

图1示出本发明实施例提供的产品表面水平倾斜角度的测量方法的流程图。

图2示出CCD相机的成像光路示意图。

图3示出测量结果的界面截图。

图4示出本发明实施例提供的产品表面水平倾斜角度的测量***的示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的一个实施例提供了一种产品表面水平倾斜角度的测量方法，该方法包括：

沿产品待测表面的第一方向选取两个与所述产品待测表面的中心实际距离相同的测试点；

在将已知CCD相机焦距及像元尺寸的成像***的成像光轴对准产品待测表面中心的情况下，在所述成像***中对所述产品的待测表面成像，并分别计算沿第一方向的两个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的成像距离；

根据所述CCD相机的焦距及像元尺寸和所述沿第一方向的两个测试点的所述成像距离，计算得到产品待测表面在第一方向的倾斜角度。

其中，CCD相机可采用定焦镜头，如果采用的不是定焦镜头，也可通过现有的多种方式获取CCD相机的焦距。CCD相机的像元尺寸，或者说CCD相机的感光芯片的像元尺寸，可直接从例如CCD相机的参数说明书等相机规格介绍中获得。另外，成像光轴对准产品待测表面中心时允许有几个像素的偏差，但是偏差应小于像素点的直径的1/4，以保证测量的精度。

本实施例提供的产品表面水平倾斜角度的测量方法，利用单相机的视觉***即可实现高精度、高效率的产品表面水平倾斜角度测量。进一步，由于无需进行预先的视觉标定，易于实现且适用场景更广。

在本实施例的一些可选的实现方式中，所述沿产品待测表面的第一方向选取两个与所述产品待测表面的中心实际距离相同的测试点进一步包括：沿产品待测表面的第一方向选取两个与所述产品待测表面的中心实际距离相同且分别位于所述产品待测表面的边缘位置的测试点。将测试点选取在产品待测表面的边缘位置的实现方式有利于保证测量精度，进一步，在将本实施例提供的产品表面水平倾斜角度的测量方法应用于批量测量例如手机等电子设备的显示屏时，由于显示屏为刚性，因此在其存在水平倾斜角度的情况下，其不同区域的X轴或Y轴方向的倾斜角度也是基本一致的。因此此实现方式便于选取与显示屏的中心实际距离相同两个测试点，直接选取显示屏在X轴或Y轴方向的两端边缘位置的两个点作为测试点即可保证两个测试点与显示屏的中心实际距离相同。

在本实施例的一些可选的实现方式中，所述根据所述CCD相机的焦距及像元尺寸和所述沿第一方向的两个测试点的所述成像距离，计算得到产品待测表面在第一方向的倾斜角度进一步包括：根据下述公式计算得到产品待测表面在第一方向的倾斜角度：

其中，θ₁为产品待测表面在第一方向的倾斜角度；f为CCD相机焦距；L₁和L₂分别为沿第一方向的两个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的成像距离，

和

分别为沿第一方向的两个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的像素距离，r为CCD相机的像元尺寸。

采用此可选方式，可巧妙地利用CCD相机光学成像的几何原理，脱离两个测试点的实际距离而仅利用两个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的成像距离，结合CCD相机的焦距及像元尺寸即可计算得到产品待测表面在第一方向的倾斜角度。

上述公式的原理通过下述具体示例说明：

如图2所示，存在倾斜角度的产品待测表面上的两个测试点分别为A和B，测试点A和测试点B在CCD相机成像平面上的成像点分别为成像点C和成像点D，本示例中，测试点A距离CCD相机成像平面较近，所以测试点A的成像点C与CCD相机成像平面中心点F之间的距离FC大于测试点B的成像点D与CCD相机成像平面中心点F之间的距离FD。

通过几何关系可得到：

即

其中，f为CCD相机焦距，即CCD相机成像平面中心点F与CCD相机镜头中心点O之间的距离FO；L为测试点A与产品待测表面中心E的水平距离(即测试点A与测试点A在CCD相机成像光轴上的水平投影点A`之间的距离AA`)，可理解的是，测试点B与产品待测表面中心E的水平距离(即测试点B与测试点B在CCD相机成像光轴上的水平投影点B`之间的距离BB`)同样为L；OA`为CCD相机镜头中心点O(非视野FOV中心)与测试点A在CCD相机成像光轴上的水平投影点A`之间的距离；

即

其中，OB`为CCD相机镜头中心点O与测试点B在CCD相机成像光轴上的水平投影点B`之间的距离；

A`B`＝M*sinθ₁，

其中，A`B`为测试点A在CCD相机成像光轴上的水平投影点A`与测试点B在CCD相机成像光轴上的水平投影点B`之间的距离，M为测试点A与测试点B之间的实际距离，θ₁为产品待测表面在第一方向的倾斜角度；

则可得到：

即

其中，

为成像点C与CCD相机成像平面中心点之F之间的像素距离，

为成像点D与CCD相机成像平面中心点之F之间的像素距离，像素距离

和

分别可通过现有的图像测量方法得到；r为CCD相机的像元尺寸。

在本实施例的一些可选的实现方式中，本实施例提供的产品表面水平倾斜角度的测量方法还包括：

沿产品待测表面的第一方向选取多组测试点，每组测试点包括两个与所述产品待测表面的中心实际距离相同的测试点；

分别计算沿第一方向的每个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的成像距离；

根据所述CCD相机的焦距及像元尺寸和沿第一方向的每组测试点的所述成像距离，计算得到每组测试点对应的产品待测表面在第一方向的倾斜角度，并将每组测试点对应的产品待测表面在第一方向的倾斜角度的均值作为产品待测表面在第一方向的倾斜角度。

采用此实现方式，可基于第一方向的多对测试点，得到更加精确的测量结果、

在本实施例的一些可选的实现方式中，本实施例提供的一种产品表面水平倾斜角度的测量方法还包括：

在所述沿产品待测表面的第一方向选取两个与所述产品待测表面的中心实际距离相同的测试点的同时，沿产品待测表面的第二方向选取两个与所述产品待测表面的中心实际距离相同的测试点；

在所述分别计算沿第一方向的两个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的成像距离的同时，分别计算沿第二方向的两个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的成像距离；

在所述计算得到产品待测表面在第一方向的倾斜角度的同时，根据所述CCD相机的焦距及像元尺寸和所述沿第二方向的两个测试点的所述成像距离，计算得到产品待测表面在第二方向的倾斜角度。

进一步，所述第二方向垂直于所述第一方向。

采用此实现方式可通过一次基于成像的测量，同时计算得到产品表面分别沿X轴和Y轴方向的倾斜角度，特别适用于对平面度有较高要求的产品的大规模测试流水线，例如对手机等电子设备的显示屏的大规模测试流水线等。在一个具体示例中，测量结果如图3所示。可理解的是，测量产品待测表面在第二方向的倾斜角度可采用前述测量产品待测表面在第一方向的倾斜角度的具体流程，在此不再赘述。

在本实施例的一些可选的实现方式中，所述产品待测表面为长方形，所述第一方向平行于长方形的长边，所述第二方向平行于长方形的短边。

在本实施例的一些可选的实现方式中，采用标准图像对产品待测表面选取测试点。采用此可选方式，便于在批量测量相同尺寸的例如手机等电子设备的显示屏时选取测试点。

如图4所示，本发明的另一个实施例提供了一种执行上述方法的产品表面水平倾斜角度的测量***，该***包括：

用于承载产品的测量平台；

用于对产品待测表面进行成像的CCD相机；及

用于计算沿第一方向的两个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的成像距离，并根据所述CCD相机的焦距及像元尺寸和所述沿第一方向的两个测试点的所述成像距离，计算得到产品待测表面在第一方向的倾斜角度的数据处理单元(图中未示出)。

在本实施例的一些可选的实现方式中，该***还包括：用于存储已知的CCD相机的焦距及像元尺寸的存储单元(图中未示出)。可理解的是，存储单元可以为集成的本地存储设备，或扩展存储设备，如：可插拔的存储卡等，本实施例对此不作具体限定。

需要说明的是，本实施例提供的产品表面水平倾斜角度的测量***的原理及工作流程与上述产品表面水平倾斜角度的测量方法相似，相关之处可以参照上述说明，在此不再赘述。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种产品表面水平倾斜角度的测量方法，其特征在于，该方法包括：

沿产品待测表面的第一方向选取两个与所述产品待测表面的中心实际距离相同的测试点；

在将已知CCD相机焦距及像元尺寸的成像***的成像光轴对准产品待测表面中心的情况下，在所述成像***中对所述产品的待测表面成像，并分别计算沿第一方向的两个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的成像距离；

根据所述CCD相机的焦距及像元尺寸和所述沿第一方向的两个测试点的所述成像距离，计算得到产品待测表面在第一方向的倾斜角度；

其中，所述根据所述CCD相机的焦距及像元尺寸和所述沿第一方向的两个测试点的所述成像距离，计算得到产品待测表面在第一方向的倾斜角度进一步包括：根据下述公式计算得到产品待测表面在第一方向的倾斜角度：

其中，θ₁为产品待测表面在第一方向的倾斜角度；f为CCD相机焦距；L₁和L₂分别为沿第一方向的两个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的成像距离，

和

分别为沿第一方向的两个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的像素距离，r为CCD相机的像元尺寸。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沿产品待测表面的第一方向选取两个与所述产品待测表面的中心实际距离相同的测试点进一步包括：沿产品待测表面的第一方向选取两个与所述产品待测表面的中心实际距离相同且分别位于所述产品待测表面的边缘位置的测试点。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

沿产品待测表面的第一方向选取多组测试点，每组测试点包括两个与所述产品待测表面的中心实际距离相同的测试点；

分别计算沿第一方向的每个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的成像距离；

根据所述CCD相机的焦距及像元尺寸和沿第一方向的每组测试点的所述成像距离，计算得到每组测试点对应的产品待测表面在第一方向的倾斜角度，并将每组测试点对应的产品待测表面在第一方向的倾斜角度的均值作为产品待测表面在第一方向的倾斜角度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

在所述沿产品待测表面的第一方向选取两个与所述产品待测表面的中心实际距离相同的测试点的同时，沿产品待测表面的第二方向选取两个与所述产品待测表面的中心实际距离相同的测试点；

在所述分别计算沿第一方向的两个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的成像距离的同时，分别计算沿第二方向的两个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的成像距离；

在所述计算得到产品待测表面在第一方向的倾斜角度的同时，根据所述CCD相机的焦距及像元尺寸和所述沿第二方向的两个测试点的所述成像距离，计算得到产品待测表面在第二方向的倾斜角度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二方向垂直于所述第一方向。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述产品待测表面为长方形，所述第一方向平行于长方形的长边，所述第二方向平行于长方形的短边。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用标准图像对产品待测表面选取测试点。

8.一种执行如权利要求1-7中任一项所述方法的产品表面水平倾斜角度的测量***，其特征在于，该***包括：

用于承载产品的测量平台；

用于对产品待测表面进行成像的CCD相机；及

用于计算沿第一方向的两个测试点在CCD相机成像平面上的成像点与CCD相机成像平面中心点之间的成像距离，并根据所述CCD相机的焦距及像元尺寸和所述沿第一方向的两个测试点的所述成像距离，计算得到产品待测表面在第一方向的倾斜角度的数据处理单元。

9.根据权利要求8所述的产品表面水平倾斜角度的测量***，其特征在于，该***还包括：用于存储已知的CCD相机的焦距及像元尺寸的存储单元。

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