CN114549408A - 基于图形图像的位置尺寸比对方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于图形图像的位置尺寸比对方法,包括通过图形文件获取设计尺寸、标定像素当量、采集加工成品的图像文件、从加工成品图像中提取位置和尺寸、计算修正像素当量、从像素坐标系到加工坐标系转换所述加工成品的位置和尺寸、建立加工坐标系、实现世界坐标系到加工坐标系的转换、检测加工工件的精度。本发明解决了孔特征拟合尺寸数据与设计尺寸数据的对比问题,并对全部孔排序后的位置坐标与直径尺寸的对比方法及误差进行分析,能够快速、准确、批量检测孔加工位置尺寸误差,节约了成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种位置尺寸比对方法,尤其涉及一种基于图形图像的位置尺寸比对方法。
背景技术
机械零部件一般都是根据设计图纸进行加工,加工成品的检测方式为人工检测时,难以达到加工标准要求,无法保证机械装置的安装质量。针对像铁塔这样连接构件多、体积大的空间桁架结构,连接构件上需要加工位置不规则排列的数量众多的孔,连接构件上孔的位置尺寸精度必须达到加工要求,否则将大大影响安装质量。对于该类构件人工检验耗时耗力,检测误差大,因此急需一种能够快速、准确、批量检测加工成品轮廓位置尺寸比对方法。
发明内容
本发明需要解决的问题是,提供一种基于图形图像的位置尺寸比对方法。
为了解决上述的技术问题,本发明所提供的技术方案为:
一种基于图形图像的位置尺寸比对方法,包括以下步骤:
步骤1:通过图形文件获取设计尺寸:所述设计尺寸包括轮廓边缘点的数量、孔的设计数量o,各孔的中心设计坐标和设计直径、各轮廓边缘点的设计坐标;
步骤2:标定像素当量:所述标定板与机器视觉采集设备平行;所述像素当量为标定线段的实际长度与其在图像中相应像素距离的比值K’;
步骤3:采集加工成品的图像文件:使用所述步骤2标定的机器视觉采集设备采集加工成品的图像文件,所述加工成品与所述机器视觉采集设备平行放置;
步骤6:从像素坐标系到加工坐标系转换所述加工成品的位置和尺寸:将加工成品的各轮廓边缘点的像素坐标、各孔的中心像素坐标转换为世界坐标系下的坐标:
将各孔的像素直径转换为世界坐标系下对应的加工直径;
步骤7:建立加工坐标系:
步骤7-1:选取距离世界坐标系X轴最近的点A和距离世界坐标系Y轴最近的点B;
步骤7-2:沿逆时针方向选取与点A邻近的边缘点作为点C;判断点B是否与点A和点C共线;如果是,转向步骤7-3,否则,转向步骤7-4;
步骤7-3:沿顺时针方向选取与点A邻近的点作为点C;
式中a为过点A、点C直线L1的斜率;
步骤7-5:建立过点B且垂直于直线L1的直线L2;
步骤8:实现世界坐标系到加工坐标系的转换:
步骤9:检测加工工件的精度:
步骤9-1:对比加工成品各孔的中心设计坐标和相应的中心加工坐标,逐一计算各孔的位置误差,判断是否大于预设的孔位误差值,如果出现大于预设的孔位误差值的孔的位置,判定为加工成品为不合格产品;
步骤9-2:对比加工成品各孔的直径设计坐标和相应的直径加工坐标,逐一计算直径误差,判断是否大于预设的直径误差值,如果出现大于预设的直径误差值的孔,判定为加工成品为不合格产品。
进一步,所述步骤1中,设计尺寸通过加载DXF图形文件获取,从文本文件开头扫描组码和组值开始,搜索实体段的开始标志,若读取到的组码为0,且组值为EOF时,立即结束文件扫描,否则一直扫描至出现组码为0,组值为SECTION为止;当出现组码和组值为代码段标识时,若该部分对应的组码、组值为2和ENTITIES,则该段被判别为实体段,继续读取下面的组码和组值;当读取的组码为0时,判断其对应的组值字符串,若为LINE,则表示该部分为直线的相关数据信息;若为CIRCLE,则表示该部分为圆的相关数据信息;若为POINT,则表示该部分为点的相关数据信息。
li为为标定板上第i孔和第i+1孔之间的实际距离,pi为为标定板上第i孔和第i+1孔之间的像素中心距离。
进一步,所述步骤9中,孔的位置误差计算方法为:
直径误差为:
采用上述技术方案,本发明取得的有益效果是:
1、本发明利用机器视觉图像代替人工检测加工工件的精度,可以减小人工操作造成的误差;
运用DXF图形文件进行位置尺寸的比对,可以实现设计数据和加工质量的一体化管理,减少人力和物力的浪费,为工厂生产节约成本。
附图说明
图1为本发明实施例1机器视觉采集设备标定像素当量示意图;
图2为本发明实施例1加工坐标系相对世界坐标系逆时针旋转示意图;
图3为本发明实施例1加工坐标系相对世界坐标系顺时针旋转示意图;
图4为本发明实施例1依据图形文件中的设计尺寸绘制的图形;
图5为本发明实施例1孔位置误差计算示意图;
图6为本发明实施例1孔直径尺寸误差计算示意图;
其中:
1-机器视觉采集设备;2-加工成品;3-标定板位置;4-工作台平面;5-设计直径;6-加工直径。
具体实施方式
实施例1:
一种基于图形图像的位置尺寸比对方法,包括以下步骤:
步骤1:通过图形文件获取设计尺寸:所述设计尺寸包括轮廓边缘点的数量、孔的设计数量o,各孔的中心设计坐标和设计直径、各轮廓边缘点的设计坐标;
所述步骤1中,设计尺寸通过加载DXF图形文件获取,从文本文件开头扫描组码和组值开始,搜索实体段的开始标志,若读取到的组码为0,且组值为EOF时,立即结束文件扫描,否则一直扫描至出现组码为0,组值为SECTION为止;当出现组码和组值为代码段标识时,若该部分对应的组码、组值为2和ENTITIES,则该段被判别为实体段,继续读取下面的组码和组值;当读取的组码为0时,判断其对应的组值字符串,若为LINE,则表示该部分为直线的相关数据信息;若为CIRCLE,则表示该部分为圆的相关数据信息;若为POINT,则表示该部分为点的相关数据信息。
li为为标定板上第i孔和第i+1孔之间的实际距离,pi为为标定板上第i孔和第i+1孔之间的像素中心距离。
步骤3:采集加工成品的图像文件:使用所述步骤2标定的机器视觉采集设备采集加工成品的图像文件,所述加工成品与所述机器视觉采集设备平行放置;
步骤6:从像素坐标系到加工坐标系转换所述加工成品的位置和尺寸:将加工成品的各轮廓边缘点的像素坐标、各孔的中心像素坐标转换为世界坐标系下的坐标:
式中(xw,yw)为世界坐标系中的坐标;(u,v)为像素坐标系中的坐标;
将各孔的像素直径转换为世界坐标系下对应的加工直径;
步骤7:建立加工坐标系:
步骤7-1:选取距离世界坐标系X轴最近的点A和距离世界坐标系Y轴最近的点B;
步骤7-2:沿逆时针方向选取与点A邻近的边缘点作为点C;判断点B是否与点A和点C共线;如果是,转向步骤7-3,否则,转向步骤7-4;
步骤7-3:沿顺时针方向选取与点A邻近的点作为点C;
式中a为过点A、点C直线L1的斜率;
步骤7-5:建立过点B且垂直于直线L1的直线L2;
步骤8:实现世界坐标系到加工坐标系的转换:
步骤9:检测加工工件的精度:
步骤9-1:对比加工成品各孔的中心设计坐标和相应的中心加工坐标,逐一计算各孔的位置误差,判断是否大于预设的孔位误差值,如果出现大于预设的孔位误差值的孔的位置,判定为加工成品为不合格产品;
步骤9-2:对比加工成品各孔的直径设计坐标和相应的直径加工坐标,逐一计算直径误差,判断是否大于预设的直径误差值,如果出现大于预设的直径误差值的孔,判定为加工成品为不合格产品。
本实施例针对铁塔构件加工生产规模大、检测覆盖样本少的特点,采用图形对象方法,实现铁塔构件加工孔的位置尺寸自动检测。本实施例基于Zernike矩的亚像素边缘检测算法实现图像特征边缘提取;采用最小二乘法对孔边缘进行拟合,通过像素点聚类方法改进了Hough变换直线检测算法,解决外轮廓线段识别不全的问题。分析DXF文件结构组成,制定尺寸数据提取流程,将特征数据从像素坐标转换为世界坐标,再进一步转换为加工坐标,实现了基于 DXF 文件的铁塔构件制孔尺寸对比,对铁塔构件特征孔加工测量后位置尺寸的检测。
像素当量法利用一个已知尺寸的高精度物体,经相机拍摄后得到其像素尺寸,计算每个像素单位所对应实际物理尺寸,由此来获取实际物理尺寸与像素距离尺寸之间的对应关系。本实施例通过霍夫圆检测来识别圆形阵列标定靶上的各个圆,计算其圆心位置后求取各个圆在水平方向与竖直方向上的中心像素距离,然后分别求取相邻圆心之间实际物理尺寸与像素距离尺寸之间的比值关系,得到相邻圆心之间的像素当量值。为减小偶然误差的影响,本实施例计算全部像素当量值的平均值,作为相机在标定板当前平面下的像素当量。本实施例中,标定板放置工作台上进行标定时,由于工件具有一定厚度,造成标定板平面与待测工件平面并不位于同一平面。若直接利用标定板的像素当量进行计算,会导致工件表面高度处计算得出的平均像素当量值不准确。已知相机与待测工件平面的距离为,标定平面与待测工件平面的距离为,即待测工件厚度。假设标定板平面内任意一组圆中心距实际物理尺寸为,则在工件检测平面的实际物理尺寸对应为。将标定板测得的实际物理尺寸进行转换,得到待测工件检测平面对应的实际物理尺寸后,再计算像素当量值,与的转换关系如下式:
世界坐标系(Ow-XwYwZw):世界坐标系为实际环境中的绝对坐标系,它用来描述相机的位置,为了便于工件的检测,本文将世界坐标系建立在垂直于工作台的正上方位置。世界坐标系与加工坐标系之间存在一定的位移和角度偏差,因此需将待测工件的世界坐标进行变换,才能得到检测工件在加工坐标系下的特征尺寸数据。先将世界坐标系旋转一个特定的角度,再沿轴和轴方向平移一定的距离后,实现世界坐标系到工件加工坐标系间的转换。检测时,工件摆放位置一般为顺时针偏移和逆时针偏移两种。在工件建立坐标系,假设偏移角度为,世界坐标系为,变换后工件的加工坐标系为,则工件坐标系的变换步骤的过程如下:
本实施例中加工成品为铁塔构件,铁塔构件在世界坐标系下的全部点沿轴负方向平移个坐标单位,并沿轴负方向平移个坐标单位,将铁塔构件平移后的坐标全部旋转一个角度,就能完成世界坐标系与工件加工坐标系之间的变换。坐标系变换计算表达式为:
完成坐标系的变换后,计算铁塔构件制孔的尺寸误差是实现工件检测合格与否的最后一步。铁塔构件制孔的测量参数包括表面各个加工孔的位置与直径尺寸两种,只有当各个加工孔的位置误差与直径尺寸误差均在允许范围内时,才可判断该工件为合格品。不同型号铁塔构件制孔设计的位置和直径尺寸都不相同,为保证各个孔计算出的误差值具有真实参考意义,在计算每个孔的误差之前,应当先对图像识别与 DXF文件提取后的每个孔进行序号匹配。本实施例采用识别图像的工件加工坐标系原点与DXF文件中的设计坐标系原点进行对准匹配,对比方法更加符合工厂工件加工的实际情况。理想状态下的工件加工坐标系与 DXF 文件设计坐标系的原点、坐标轴方向均相同,但由于铁塔构件钢板边缘加工不标准或工件加工安装时未与顶板对齐等因素,会导致工件加工坐标系与DXF文件坐标系不能完全重合,也会造成检测误差。对全部测量孔的排序方式为:先按每个孔圆心横坐标值的大小,将孔序号按照从小到大的方式进行整体排列,再按纵坐标值从大到小的方式排列。
孔位置误差的计算方式如下:
在实际情况下,工件的加工坐标系与DXF文件设计坐标系之间的原点与坐标轴
不完全重合,两坐标系存在一个角度误差和一个位移误差,下面进行误差计算:
则孔位置误差的计算方式如下:
工件各个孔的位置误差计算完毕后,利用孔的最大误差作为该孔是否合格的判
断依据,对每个孔进行判断,当误差值大于最大误差0.5mm时,判断该孔不合格,则待测工件为不合格品。
孔直径测量是对各个孔直径的误差值进行计算,通过判断计算出的误差大小是
Claims (4)
1.一种基于图形图像的位置尺寸比对方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:通过图形文件获取设计尺寸:所述设计尺寸包括轮廓边缘点的数量、孔的设计数量o,各孔的中心设计坐标和设计直径、各轮廓边缘点的设计坐标;
步骤2:标定像素当量:所述标定板与机器视觉采集设备平行;所述像素当量为标定线段的实际长度与其在图像中相应像素距离的比值K’;
步骤3:采集加工成品的图像文件:使用所述步骤2标定的机器视觉采集设备采集加工成品的图像文件,所述加工成品与所述机器视觉采集设备平行放置;
步骤6:从像素坐标系到加工坐标系转换所述加工成品的位置和尺寸:将加工成品的各轮廓边缘点的像素坐标、各孔的中心像素坐标转换为世界坐标系下的坐标:
式中(xw,yw)为世界坐标系中的坐标;(u,v)为像素坐标系中的坐标;
将各孔的像素直径转换为世界坐标系下对应的加工直径;
步骤7:建立加工坐标系:
步骤7-1:选取距离世界坐标系X轴最近的点A和距离世界坐标系Y轴最近的点B;
步骤7-2:沿逆时针方向选取与点A邻近的边缘点作为点C;判断点B是否与点A和点C共线;如果是,转向步骤7-3,否则,转向步骤7-4;
步骤7-3:沿顺时针方向选取与点A邻近的点作为点C;
式中a为过点A、点C直线L1的斜率;
步骤7-5:建立过点B且垂直于直线L1的直线L2;
步骤8:实现世界坐标系到加工坐标系的转换:
步骤9:检测加工工件的精度:
步骤9-1:对比加工成品各孔的中心设计坐标和相应的中心加工坐标,逐一计算各孔的位置误差,判断是否大于预设的孔位误差值,如果出现大于预设的孔位误差值的孔的位置,判定为加工成品为不合格产品;
步骤9-2:对比加工成品各孔的直径设计坐标和相应的直径加工坐标,逐一计算直径误差,判断是否大于预设的直径误差值,如果出现大于预设的直径误差值的孔,判定为加工成品为不合格产品。
2.根据权利要求1所述的基于图形图像的位置尺寸比对方法,其特征在于,所述步骤1中,设计尺寸通过加载DXF图形文件获取,从文本文件开头扫描组码和组值开始,搜索实体段的开始标志,若读取到的组码为0,且组值为EOF时,立即结束文件扫描,否则一直扫描至出现组码为0,组值为SECTION为止;当出现组码和组值为代码段标识时,若该部分对应的组码、组值为2和ENTITIES,则该段被判别为实体段,继续读取下面的组码和组值;当读取的组码为0时,判断其对应的组值字符串,若为LINE,则表示该部分为直线的相关数据信息;若为CIRCLE,则表示该部分为圆的相关数据信息;若为POINT,则表示该部分为点的相关数据信息。
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