CN115127493B - 一种用于产品测量的坐标标定方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及产品尺寸检测设备领域，具体涉及一种用于产品测量的坐标标定方法及装置，所述标定方法包括在治具表面分别设置与产品各边对应的标记点，并建立治具坐标系；分别以标记点中心的连线作为轴线建立与产品每条边对应的治具子坐标系；将被测产品放置于治具上，沿产品的各边分别进行扫描得到各边对应的扫描子图像，以扫描数据建立图像子坐标系；将图像子坐标系上的产品坐标转换至治具子坐标系上；以标记点为基准拼接各扫描子图像，并将治具子坐标系上的产品坐标转换至治具坐标系上。本发明能够避免对产品不同边缘扫描时可能产生的轴误差。

Description

一种用于产品测量的坐标标定方法及装置
技术领域
本发明涉及产品尺寸检测设备领域，具体涉及一种用于产品测量的坐标标定方法及装置。
背景技术
在产品的尺寸测量过程中，一般采用3D轮廓仪对产品的轮廓进行扫描，得到尺寸管控位置关键点的坐标，再根据扫得到的坐标计算产品的尺寸。在对产品不同的边缘进行扫描时，需要多次旋转3D轮廓仪来改变扫描的轨迹。3D轮廓仪的旋转轴在转动过程中可能会由于抖动等因素，使得对于不同边缘扫描时产生轴误差，从而影响测量的精度。
发明内容
为了消除扫描过程中的轴误差，提高测量的精度，本发明提供了一种用于产品测量的坐标标定方法及装置，其具体技术方案如下。
一种用于产品测量的坐标标定方法，包括如下步骤：
在治具表面分别设置与产品各边对应的标记点，并建立治具坐标系；
分别以标记点中心的连线作为轴线建立与产品每条边对应的治具子坐标系；
将被测产品放置于治具上，沿产品的各边分别进行扫描得到各边对应的扫描子图像，以扫描数据建立图像子坐标系；
将图像子坐标系上的产品坐标转换至治具子坐标系上；
以标记点为基准拼接各扫描子图像，并将治具子坐标系上的产品坐标转换至治具坐标系上。
进一步的，所述将图像子坐标系上的产品坐标转换至治具子坐标系上的过程包括：建立治具子坐标系时以一标记点的中心作为坐标原点；以图像子坐标系中该标记点与图像子坐标系中坐标原点的之差作为转换关系来转换产品坐标。
进一步的，对应产品的每条边分别设置两个标记点，对于产品的每条边进行扫描时，以两标记点的连线作为扫描轨迹。
进一步的，所述以标记点为基准拼接各扫描子图像包括：
在设置标记点时，使相邻的两个扫描子图像之间至少包含一个相同的标记点；依次将治具上各标记点连线，并根据标记点在治具坐标系中的坐标计算相邻边上标记点连线的夹角；
在拼接扫描子图像时，使相同的标记点圆心重合，并使两个相邻扫描子图像的夹角与相邻边上标记点连线的夹角相等。
进一步的，相邻边上标记点连线的夹角设置为90°。
进一步的，将图像子坐标系上的产品坐标转换至治具子坐标系上之前，先对图像子坐标系上的产品坐标进行空间校正，所述空间校正的过程包括：
在图像子坐标系中以扫描轨迹作为X轴方向；
计算图像子坐标系中两标记点连线与水平面所呈的角度θ；
将扫描子图像中的产品坐标以Y轴为旋转轴、角度θ为旋转角进行旋转。
进一步的，所述计算图像子坐标系中两标记点连线与水平面所呈的角度θ包括：
获取两标记点的坐标（X1，Y1，Z1）、（X2，Y2，Z2）；
计算角度θ=arctan((z2-z1)/(x2-x1))。
进一步的，扫描子图像中旋转前的产品坐标为（X，Y，X），旋转后的产品坐标为（X’，Y’，X’）；
X’=X*cos(θ)+Z*sin(θ)
Y’=Y
Z’=Z*cos(θ)-X*sin(θ)。
一种用于产品测量的坐标标定装置，包括：
标记模块，被配置为在治具表面分别设置与产品各边对应的标记点，并建立治具坐标系；
标记子模块，被配置为分别以标记点中心的连线作为轴线建立与产品每条边对应的治具子坐标系；
扫描模块，被配置为将被测产品放置于治具上，沿产品的各边分别进行扫描得到各边对应的扫描子图像，以扫描数据建立图像子坐标系；
第一转换模块，被配置为将图像子坐标系上的产品坐标转换至治具子坐标系上；
第二转换模块，被配置为以标记点为基准拼接各扫描子图像，并将治具子坐标系上的产品坐标转换至治具坐标系上。
一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被计算机读取并运行时，执行如上述任一项所述的一种用于产品测量的坐标标定方法。
有益效果：本发明所提供的一种用于产品测量的坐标标定方法，在治具上设置标记点并建立治具坐标系，再根据标记点拼接扫描子图像，并根据标记点将每个扫描子图像中的坐标转换至治具坐标系中，消除了扫描产品不同边缘所产生的轴误差，提高了测量的精度；在发明的进一步改进，对扫描子图像中的产品坐标进行空间校正，消除因治具平面倾斜带来的误差，进一步提高了测量的精度。
附图说明
图1为标定方法的流程框图；
图2为实施例1中各标记点在治具坐标系下的示意图；
图3为实施例1中各标记点在治具子坐标系下的示意图；
图4为实施例1中扫描子图像在产品子坐标系和治具子坐标系下的示意图；
图5为实施例1中扫描子图像拼接后在治具坐标系下的的示意图；
图6为实施例2中各标记点在治具坐标系下的示意图；
图7为实施例2中各标记点在治具子坐标系下的示意图；
图8为实施例2中扫描子图像在产品子坐标系下的示意图；
图9为实施例2中扫第一次扫描子图像和第二次扫描子图像中竖向投影示意图；
图10为实施例2中扫描子图像拼接后在治具坐标系下的的示意图；
图11为的装置示意图。
附图标记：1、治具；2、产品。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了一种用于产品测量的坐标标定方法，用于对产品上个管控位置关键点的坐标进行标定，便于测量产品各管控位置的尺寸，并消除扫描过程中可能产生的轴误差，参照图1所示，该方法具体包括如下步骤：
S1、在治具表面分别设置与产品各边对应的标记点，并建立治具坐标系；
S2、分别以标记点中心的连线作为轴线建立与产品每条边对应的治具子坐标系；
S3、将被测产品放置于治具上，沿产品的各边分别进行扫描得到各边对应的扫描子图像，以扫描数据建立图像子坐标系；
S4、将图像子坐标系上的产品坐标转换至治具子坐标系上；
S5、以标记点为基准拼接各扫描子图像，并将治具子坐标系上的产品坐标转换至治具坐标系上。
在本实施例中，以标记点为基准拼接各扫描子图像，在治具上设置标记点并建立治具坐标系，再根据标记点拼接扫描子图像，并根据标记点将每个扫描子图像中的坐标转换至治具坐标系中，消除了扫描产品不同边缘所产生的轴误差，提高了测量的精度。
本发明所提供的坐标标定方法可以应用于平面坐标系中，也可以应用至空间坐标系中，在本实施例中，以平面坐标系进行举例说明。
参照图2所示，本实施例中所举例的产品包括四条边，在治具表面设置标记点时，使得产品每条边对应设置两个标记点，或设置多个共线的标记点，并且使得相邻两个边上存在一个相同的标记点，并以其中一个标记点的圆心作为坐标原点建立治具坐标系，具体包括标记点A（0,0），标记点B（10,0），标记点C（10,10），标记点D（0,10）。同时分别以标记点中心的连线作为X轴建立与产品每条边对应的治具子坐标系；参照图3所示，其具体包括：A1（0,0）、B1（10,0）；B2（0,0）、C2（10,0）；C3（0,0）、D3（10,0）；D4（0,0）、A4（10,0）。
参照图4所示，在对产品的各边进行扫描时，以两标记点的连线作为扫描轨迹进行扫描，在扫描所得到的扫描子图像中，3D轮廓仪会自动获得图中标记点的坐标以及产品关键点的坐标。其具体为：
在第一扫描子图像中包括：标记点a1（0.5,0.5），标记点b1（10.5,0.5）；关键点e（5.5，1.2）
在第二扫描子图像中包括：标记点b2（0.5,0.5），标记点c2（10.5,0.5）；
在第三扫描子图像中包括：标记点c3（0.5,0.5），标记点d3（10.5,0.5）；关键点f（5.5，0.9）
在第四扫描子图像中包括：标记点d4（0.5,0.5），标记点a4（10.5,0.5）。
需要说明的是，在本实施例中不仅可以利用3D轮廓仪对产品进行扫描，还可以利用相机对产品进行拍摄或利用其他图像扫描设备进行扫描。
所述将图像子坐标系上的产品坐标转换至治具子坐标系上的过程包括：建立治具子坐标系时以一标记点的中心作为坐标原点；以图像子坐标系中该标记点与图像子坐标系中坐标原点的之差作为转换关系来转换产品坐标。具体来说，将关键点e和关键点f的坐标转换至治具子坐标系中时，转换关系为：
标记点a1（0.5,0.5）→（0.5-0.5,0.5-0.5）→A1（0,0）；关键点e（5.5，1.2）→（5.5-0.5，1.2-0.5）→E1（5,0.7）。
标记点c3（0.5,0.5）→（0.5-0.5,0.5-0.5）→C3（0,0）；关键点f（5.5,0.9）→（5.5-0.5,0.9-0.5）→F1（5,0.4）。
在设置标记点时，使相邻的两个扫描子图像之间至少包含一个相同的标记点；依次将治具上各标记点连线，并根据标记点在治具坐标系中的坐标计算相邻边上标记点连线的夹角；
在拼接扫描子图像时，使相同的标记点圆心重合，并使两个相邻扫描子图像的夹角与相邻边上标记点连线的夹角相等。从而将将产品不同边缘的扫描结果拼接到同一个图像内，为了方便各扫描子图像的拼接，设置标记点时使相邻边上标记点连线的夹角设置为90°。
将治具子坐标系上的产品坐标转换至治具坐标系上时，根据治具子坐标系与治具坐标系之间的转换关系将治具子坐标系内的产品坐标转换至治具坐标系内，使各关键点位于同一个坐标系内，从而实现对各点的标记。需要将治具子坐标系旋转至与治具坐标系的轴线方向相同、原点重合。
参照图5所示，具体来说，将关键点e的治具子坐标转换至治具坐标系中时，由于其原点相同且X轴和Y轴的方向相同，因此不需要变换坐标，关键点E1（5,0.7）→E（5,0.7）。
将关键点f的治具子坐标转换至治具坐标系中时，先将将原点分别沿X轴和Y轴平移-10，再将坐标轴旋转180°，关键点F1（5,0.4）→（-（5-10）,-（0.4-10））→F（5,9.6）。
实施例2
在本实施例中以空间坐标系进行举例说明，具体过程如下：
本实施例中所举例的产品包括四条边，在治具表面设置标记点时，使得产品每条边对应设置两个标记点，或设置多个共线的标记点，并且使得相邻两个边上存在一个相同的标记点，并以其中一个标记点的圆心作为坐标原点建立治具坐标系，参照图6所示，具体包括标记点A（0,0,1），标记点B（10,0,1），标记点C（10,10,1），标记点D（0,10,1）。需要说明的是，治具为一个标准平面，各标记点位于同一平面上。
同时分别以标记点中心的连线作为X轴建立与产品每条边对应的治具子坐标系；参照图7所示，其具体包括：A1（0,0,1）、B1（10,0,1）；B2（0,0,1）、C2（10,0,1）；C3（0,0,1）、D3（10,0,1）；D4（0,0,1）、A4（10,0,1）。
参照图3所示，在对产品的各边进行扫描时，以两标记点的连线作为扫描轨迹进行扫描，在扫描所得到的扫描子图像中，3D轮廓仪会自动获得图中标记点的坐标以及产品关键点的坐标。其具体为：
在第一扫描子图像中包括：标记点a1（0.5,0.5,0.9），标记点b1（10.5,0.5,1）；关键点e（5.5,1.2,0.955）
在第二扫描子图像中包括：标记点b2（0.5,0.5,1），标记点c2（10.5,0.5,1.1）；
在第三扫描子图像中包括：标记点c3（0.5,0.5,1.1），标记点d3（10.5,0.5,1）；关键点f（5.5,0.9,1.045）
在第四扫描子图像中包括：标记点d4（0.5,0.5,1），标记点a4（10.5,0.5,0.9）。
由于治具平面可能发生微小的倾斜，因此在空间坐标系中，若直接按照原点平移的方式将图像子坐标系转换至治具子坐标系中，必定为带来误差，需要先进行空间校正，再将图像子坐标系转换至治具子坐标系中。
所述空间校正的过程包括：
在图像子坐标系中以扫描轨迹作为X轴方向；
计算图像子坐标系中两标记点连线与水平面所呈的角度θ；
将扫描子图像中的产品坐标以Y轴为旋转轴、角度θ为旋转角进行旋转。
具体来说，根据上述扫描子图像中标记点的坐标可以明显的发现治具绕标记点B、D的连线为轴进行一定的偏转，因此需要对该偏转进行校正。以关键点e的校正为例，该关键点e位于第一次的扫描子图像中，参照图9所示，标记点a1、b1之间存在的高度差为0.1，因此计算标记点a1、b1连线与水平面所形成的角度，θ=arctan(0.1/10)= 0.5729387；e（5.5,1.2,0.955）→（5.5*cos(θ)+0.955*sin(θ),1.2，0.955*cos(θ)-5.5*sin(θ)）→（5.509275-0.5,1.2-0.5,0.89995）→E1（5.09275,0.7,0.89995），相应的可以计算出关键点F1（4.98918,0.4,1.09995）。
参照图5所示，具体来说，将关键点e的治具子坐标转换至治具坐标系中时，由于其原点相同且X轴和Y轴的方向相同，因此不需要变换坐标，关键点E1（5.09275,0.7,0.89995）→E（5.09275,0.7,0.89995）。
将关键点f的治具子坐标转换至治具坐标系中时，先将将原点分别沿X轴和Y轴平移-10，Z轴平移-0.2，再将坐标轴绕Z轴旋转180°，F1（4.98918,0.4,1.09995）→（-（4.98918-10）,-（0.4-10）,1.09995-0.2）→F（5.01082,9.6,0.89995）。
在本实施例，通过对空间坐标进行校正，避免了治具倾斜带来的测量误差，进一步提高了产品上坐标标定的精度，从而提高了尺寸的测量精度。
本实施例还提供了一种用于产品测量的坐标标定装置，参照图11所示，其具体包括标记模块，被配置为在治具表面分别设置与产品各边对应的标记点，并建立治具坐标系；
标记子模块，被配置为分别以标记点中心的连线作为轴线建立与产品每条边对应的治具子坐标系；
扫描模块，被配置为将被测产品放置于治具上，沿产品的各边分别进行扫描得到各边对应的扫描子图像，以扫描数据建立图像子坐标系；
第一转换模块，被配置为将图像子坐标系上的产品坐标转换至治具子坐标系上；
第二转换模块，被配置为以标记点为基准拼接各扫描子图像，并将治具子坐标系上的产品坐标转换至治具坐标系上。
本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被计算机读取并运行时，执行上述中任一项所述的一种用于产品测量的坐标标定方法。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于产品测量的坐标标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
在治具表面分别设置与产品各边对应的标记点，使得产品每条边对应设置多个共线的标记点，并建立治具坐标系；
分别以标记点中心的连线作为轴线建立与产品每条边对应的治具子坐标系；
将被测产品放置于治具上，沿产品的各边分别进行扫描得到各边对应的扫描子图像，以扫描数据建立图像子坐标系；
将图像子坐标系上的产品坐标转换至治具子坐标系上；
以标记点为基准拼接各扫描子图像，并将治具子坐标系上的产品坐标转换至治具坐标系上。
2.根据权利要求1所述的一种用于产品测量的坐标标定方法，其特征在于，所述将图像子坐标系上的产品坐标转换至治具子坐标系上的过程包括：建立治具子坐标系时以一标记点的中心作为坐标原点；以图像子坐标系中该标记点与图像子坐标系中坐标原点的之差作为转换关系来转换产品坐标。
3.根据权利要求1所述的一种用于产品测量的坐标标定方法，其特征在于，对应产品的每条边分别设置两个标记点，对于产品的每条边进行扫描时，以两标记点的连线作为扫描轨迹。
4.根据权利要求3所述的一种用于产品测量的坐标标定方法，其特征在于，所述以标记点为基准拼接各扫描子图像包括：
在设置标记点时，使相邻的两个扫描子图像之间至少包含一个相同的标记点；依次将治具上各标记点连线，并根据标记点在治具坐标系中的坐标计算相邻边上标记点连线的夹角；
在拼接扫描子图像时，使相同的标记点圆心重合，并使两个相邻扫描子图像的夹角与相邻边上标记点连线的夹角相等。
5.根据权利要求4所述的一种用于产品测量的坐标标定方法，其特征在于，相邻边上标记点连线的夹角设置为90°。
6.根据权利要求4所述的一种用于产品测量的坐标标定方法，其特征在于，将图像子坐标系上的产品坐标转换至治具子坐标系上之前，先对图像子坐标系上的产品坐标进行空间校正，所述空间校正的过程包括：
在图像子坐标系中以扫描轨迹作为X轴方向；
计算图像子坐标系中两标记点连线与水平面所呈的角度θ；
将扫描子图像中的产品坐标以Y轴为旋转轴、角度θ为旋转角进行旋转。
7.根据权利要求6所述的一种用于产品测量的坐标标定方法，其特征在于，所述计算图像子坐标系中两标记点连线与水平面所呈的角度θ包括：
获取两标记点的坐标（X1，Y1，Z1）、（X2，Y2，Z2）；
计算角度θ=arctan((z2-z1)/(x2-x1))。
8.根据权利要求7所述的一种用于产品测量的坐标标定方法，其特征在于，扫描子图像中旋转前的产品坐标为（X，Y，X），旋转后的产品坐标为（X’，Y’，X’）；
X’=X*cos(θ)+Z*sin(θ)
Y’=Y
Z’=Z*cos(θ)-X*sin(θ)。
9.一种用于产品测量的坐标标定装置，其特征在于，包括：
标记模块，被配置为在治具表面分别设置与产品各边对应的标记点，使得产品每条边对应设置多个共线的标记点，并建立治具坐标系；
标记子模块，被配置为分别以标记点中心的连线作为轴线建立与产品每条边对应的治具子坐标系；
扫描模块，被配置为将被测产品放置于治具上，沿产品的各边分别进行扫描得到各边对应的扫描子图像，以扫描数据建立图像子坐标系；
第一转换模块，被配置为将图像子坐标系上的产品坐标转换至治具子坐标系上；
第二转换模块，被配置为以标记点为基准拼接各扫描子图像，并将治具子坐标系上的产品坐标转换至治具坐标系上。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被计算机读取并运行时，执行如权利要求1-8中任一项所述的一种用于产品测量的坐标标定方法。
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