CN118071814A

CN118071814A - 一种基于机器视觉的精密器件尺寸测量方法及测量装置

Info

Publication number: CN118071814A
Application number: CN202410459077.9A
Authority: CN
Inventors: 宁玲玲; 郭庆; 王建强; 张凯
Original assignee: Shandong Engineering Vocational and Technical University
Current assignee: Shandong Engineering Vocational and Technical University
Priority date: 2024-04-17
Filing date: 2024-04-17
Publication date: 2024-05-24

Abstract

本发明涉及零件尺寸测量技术领域，具体地说，涉及一种基于机器视觉的精密器件尺寸测量方法及测量装置。其包括对模板零件进行多组零件图像的采集，并确定图像定位点、根据图像定位点描绘零件结构外形，并获取零件的具体尺寸数据、对每个图像对应的图像定位点进行匹配，并形成完整的三维立体图像、建立三维模型、将三维模型的数据和需要比对的零件的数据进行比对。本发明在同一零件的尺寸大小的情况下，通过将设置的多个图像定位点进行组合，使每个图片中的零件可以准确的组合在一起，确保模板零件每个方向测量的尺寸，提高对模板零件测量的准确性，同时通过对模板零件进行三维建模，再用三维模型和其他零件进行对比，以降低测量的难度。

Description

一种基于机器视觉的精密器件尺寸测量方法及测量装置

技术领域

本发明涉及零件尺寸测量技术领域，具体地说，涉及一种基于机器视觉的精密器件尺寸测量方法及测量装置。

背景技术

在对零件进行测量时，会使用测量仪器对零件进行测量，以此来获取零件的尺寸，而在零件生产的过程中，需要对大量的零件进行测量，同时在对异形的零件测试时，需要测量的数据很多，需要工人进行反复的测量，以做到测量的准确，为了加快对零件的测量，会采用摄像的方式对零件进行拍摄，然后再根据拍摄的图片来对零件的尺寸进行测量和对比，以此来获取零件的尺寸是否准确，但在采用摄像的方式对零件进行拍摄时，因拍摄的角度各不相同，拍摄出来的零件大小也不相同，在对多个图片进行组合比对的时候，容易出现尺寸的差异，进而导致比对数据的差异，影响零件测量的结果，故需要一种测量的装置和方法来对异形的零件进行测量，以确保对零件的数据测量的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于机器视觉的精密器件尺寸测量方法及测量装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明目的之一在于，提供了一种基于机器视觉的精密器件尺寸测量方法，包括以下步骤：

S1、对模板零件进行多组零件图像的采集，并根据采集的图像确定图像定位点；

S2、根据图像定位点描绘零件结构外形，同时比对尺寸参照物获取零件的具体尺寸数据；

S3、对每个图像对应的图像定位点进行匹配，并在匹配后进行组合，形成完整的三维立体图像；

S4、记录三维立体图像的三维数据，并根据三维数据建立三维模型；

S5、将三维模型的数据和需要比对的零件的数据进行比对，并将比对的结果进行输出。

作为本技术方案的进一步改进，所述S1中的详细步骤为：

S1.1、将标准的零件定义为模板零件，并将模板零件放置在扫描台上，扫描台带动模板零件进行多角度的移动，使扫描件获取模板零件的不同方向的图片；

S1.2、对采集每个图片进行定点的选择，选择的定点作为图像的基础点，并对图片中关于模板零件的内容进行识别，并将识别的内容进行分析，获取图片中模板零件每个拐点的位置，并将每个拐点的位置进行标记，使拐点的位置形成图像定位点。

作为本技术方案的进一步改进，所述S2中比对尺寸参照物获取零件的具体尺寸数据的具体步骤为：

S2.1、在对模板零件进行图像获取的时候，将尺寸参照物移动到模板零件的一侧，并在获取图像时，尺寸参照物不遮挡模板零件；

S2.2、在确定图像定位点位置的过程中，根据尺寸参照物在图片中的尺寸计算出每两个图像定位点之间的真实距离数值。

作为本技术方案的进一步改进，所述S3中的具体步骤为：

S3.1、将确定图像定位点的多个图片中关于模板零件的数据提取出来，将同位置的图像定位点匹配在一起；

S3.2、根据每个图片中图像定位点之间的匹配情况，确定每个图片中图像定位点的摆放位置，并在图像定位点确定后，将每个图片中的图像定位点组合在一起，形成关于模板零件的完整三维立体图像。

作为本技术方案的进一步改进，所述S4的具体步骤为：

S4.1、将S2.2获取的每两个图像定位点之间的距离数据以及S3.2中的完整三维立体图像进行组合，获取每个图像定位点的具***置数据；

S4.2、根据每个图像定位点的具***置数据进行三维模型的建立，形成模板零件的三维立体模型。

作为本技术方案的进一步改进，所述S5的具体步骤为：

S5.1、将模板零件从扫描台上取下，并将需要测试的零件放置在扫描台上，扫描台对零件进行扫描，获取零件的多个方向的图片，在扫描台扫描零件的过程中，尺寸参照物也在图片中；

S5.2、将零件的多个方向的图片和三维立体模型进行对比，获取零件和模型之间的差异，同时将差异的数据记录并传输出来。

本发明目的之二在于，提供了一种完成上述任意一项所述的基于机器视觉的精密器件尺寸测量方法的装置，包括设备外壳，所述设备外壳的内部设置有移动件，所述设备外壳对零件进行承接，并在承接的过程中带动零件进行旋转，同时移动件在设备外壳的内部旋转，移动件在旋转的过程中对零件的不同的角度进行拍照。

作为本技术方案的进一步改进，所述设备外壳包括外桶，所述外桶为空心结构，且在侧上开设有通口，在通口的侧壁上开设有滑腔，所述滑腔中滑动设置有柜门，所述柜门将通口遮挡住。

作为本技术方案的进一步改进，所述外桶内部靠近底侧的位置安装有承接盘，所述承接盘通过驱动电机带动旋转，且在外桶的内侧壁上固定有固定轨道条，所述移动件包括滑动弧条，所述滑动弧条滑动设置在固定轨道条上，且在滑动弧条上安装有驱动件，驱动件带动滑动弧条在固定轨道条上滑动。

作为本技术方案的进一步改进，所述滑动弧条的下侧固定有安装有摄像头，所述摄像头对承接盘上方设置的零件进行拍摄，且在滑动弧条上和摄像头中心对称的位置上铰接有伸缩杆，所述伸缩杆的一端安装有尺寸参照物，所述摄像头对零件拍摄时，所述尺寸参照物设置在零件的一侧。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、该基于机器视觉的精密器件尺寸测量方法及测量装置中，通过对模板零件进行图像定位点的设置，并设置尺寸参照物，摄像头在对模板零件进行拍摄的时候，将尺寸参照物一同拍摄在内，同时将尺寸参照物和模板零件靠近，同时在拍摄时，控制摄像头和尺寸参照物的距离不变，且摄像头和模板零件的距离不变，统一尺寸参照物在图片中的大小，确保每个图片尺寸的统一，以确保多个图片中的零件的大小相同，以便于准确的计算零件的尺寸。

2、该基于机器视觉的精密器件尺寸测量方法及测量装置中，在同一零件的尺寸大小的情况下，通过将设置的多个图像定位点进行组合，使每个图片中的零件可以准确的组合在一起，确保模板零件每个方向测量的尺寸，提高对模板零件测量的准确性，同时通过对模板零件进行三维建模，再用三维模型和其他零件进行对比，以降低测量的难度，同时做到对零件测量的准确性。

附图说明

图1为本发明的整体步骤框图；

图2为本发明的图像定位片匹配示意图；

图3为本发明的整体设备结构示意图；

图4为本发明的设备外壳、移动件组合结构示意图；

图5为本发明的设备外壳结构示意图；

图6为本发明的移动件结构示意图。

图中各个标号意义为：

1、设备外壳；11、外桶；12、承接盘；13、固定轨道条；14、滑腔；

2、移动件；21、滑动弧条；22、摄像头；23、伸缩杆；24、尺寸参照物；25、齿轮；

3、柜门。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

请参阅图1-图2所示，本实施例目的之一在于，提供了一种基于机器视觉的精密器件尺寸测量方法，包括以下步骤：

S1中的详细步骤为：

S1.2、对采集每个图片进行定点的选择，定点为图片的中心点，通过选取的中心点，来定位图片中零件的主***置，以便于根据定点来作为零件的其他位置的参考点，同时选择的定点作为图像的基础点，并对图片中关于模板零件的内容进行识别，并将识别的内容进行分析，获取图片中模板零件每个拐点的位置，并将每个拐点的位置进行标记，使拐点的位置形成图像定位点。

其中获取图片中模板零件的内容以及获取模板零件的拐点位置均通过颜色直方图来获取图像的特征，即图片中拍摄的模板零件，其中，设为拍摄的图像P的某一特征值为/>的像素的个数，/>为P中总的像素数，对/>作归一化的处理，即/>；

则图像P的该特征的直方图为，式中n为某一特征取值的个数，采用直方图就是对图片中的模板零件的概率分布情况进行展示，可把看做x的概率密度函数，则x的k阶矩定义为：，k阶中心矩定位为：。

采用直方图的形式来获取图片中的模板零件的位置，以获取图片中模板零件的形状，同时通过直方图对识别出的模板零件进行再次的特征提取，来获取模板零件中的每个拐点的位置。

S2中比对尺寸参照物获取零件的具体尺寸数据的具体步骤为：

S2.1、在对模板零件进行图像获取的时候，将尺寸参照物移动到模板零件的一侧，并在获取图像时，尺寸参照物不遮挡模板零件，同时在尺寸参照物设置在靠近模板零件的位置，通过将尺寸参照物靠近模板零件，以保证尺寸参照物和模板零件的比例尺寸相同；

S2.2、在确定图像定位点位置的过程中，根据尺寸参照物在图片中的尺寸计算出每两个图像定位点之间的真实距离数值，通过计算出每两个图像定位点之间的真实距离数据，来固定每个图片中的图像定位点的位置。

S3中的具体步骤为：

S3.1、将确定图像定位点的多个图片中关于模板零件的数据提取出来，在提取的时候，也将每两个图像定位点之间的真实距离数据也提取出来，同时多个图片中提取出来的图像定位点中，会存在相同的图像定位点，即如图2所展示的在a视角拍摄的模板零件和在b视角拍摄的模板零件，两个不同视角拍摄的模板零件中存在多个相同的图像定位点，此时将同位置的图像定位点匹配在一起，使相同位置的图像定位点重合在一起，此时，因每两个图像定位点之间的真实距离均计算出来，此时当相同位置的图像定位点重合后，图片中对应的图像定位点也固定位置，当两个图片中的图像定位点无法重合时，则表示两个图片的尺寸比例出现错误，此时两个图片和其他图片中的图像定位点进行重合，并在图片全部重合完成后，将无法重合图像定位点的图片重新重复步骤S1和S2；

S4的具体步骤为：

S5、将三维模型的数据和需要比对的零件的数据进行比对，并将比对的结果进行输出；

S5的具体步骤为：

通过将同一零件设置在相同的尺寸比例的情况下，通过将设置的多个图像定位点进行组合，使每个图片中的零件可以准确的组合在一起，确保模板零件每个方向测量的尺寸，提高对模板零件测量的准确性，同时通过对模板零件进行三维建模，再用三维模型和其他零件进行对比，以降低测量的难度，同时做到对零件测量的准确性。

本发明目的之二在于，提供了一种完成上述的基于机器视觉的精密器件尺寸测量方法的装置，参考图3-图6所示，包括设备外壳1，设备外壳1的内部设置有移动件2，设备外壳1对零件进行承接，并在承接的过程中带动零件进行旋转，同时移动件2在设备外壳1的内部旋转，移动件2在旋转的过程中对零件的不同的角度进行拍照。

设备外壳1包括外桶11，外桶11为空心结构，且在侧上开设有通口，在通口的侧壁上开设有滑腔14，滑腔14中滑动设置有柜门3，柜门3将通口遮挡住；

在外桶11内部靠近底侧的位置安装有承接盘12，承接盘12通过驱动电机带动旋转，且在外桶11的内侧壁上固定有固定轨道条13，移动件2包括滑动弧条21，滑动弧条21滑动设置在固定轨道条13上，且在滑动弧条21上安装有驱动件，驱动件带动滑动弧条21在固定轨道条13上滑动，滑动弧条21的下侧固定有安装有摄像头22，摄像头22对承接盘12上方设置的零件进行拍摄，且在滑动弧条21上和摄像头22中心对称的位置上铰接有伸缩杆23，伸缩杆23的一端安装有尺寸参照物24，为了确保在不同角度下摄像头22拍摄尺寸参照物24的形状相同，即拍摄形成的参照物的尺寸相同，将尺寸参照物24的一端设置呈球状，摄像头22对零件拍摄时，尺寸参照物24设置在零件的一侧。

装置在使用时，将零件放置在承接盘12上，驱动电机带动承接盘12进行旋转，使承接盘12带动零件进行旋转，承接盘12旋转的速度缓慢，同时在承接盘12转动的过程中，驱动件带动滑动弧条21转动，驱动件包括安装在外桶11侧壁上的电机以及安装在电机转轴上的齿轮25，滑动弧条21的上表面固定有若干个齿牙，若干个齿牙摆放呈环形，旋转的齿轮25拨动齿牙，使滑动弧条21在固定轨道条13中转动，转动的滑动弧条21带动摄像头22旋转，使摄像头22对承接盘12放置的零件进行多角度的旋转，同时在摄像头22拍摄零件时，将伸缩杆23拉长，并调整尺寸参照物24的位置，使尺寸参照物24设置在零件的一侧，摄像头22拍摄时将尺寸参照物24拍摄入图片中。

通过对模板零件进行图像定位点的设置，并设置尺寸参照物24，摄像头22在对模板零件进行拍摄的时候，将尺寸参照物24一同拍摄在内，同时将尺寸参照物24和模板零件靠近，同时在拍摄时，控制摄像头22和尺寸参照物24的距离不变，且摄像头22和模板零件的距离不变，统一尺寸参照物24在图片中的大小，确保每个图片尺寸的统一，以确保多个图片中的零件的大小相同，以便于准确的计算零件的尺寸。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种基于机器视觉的精密器件尺寸测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的精密器件尺寸测量方法，其特征在于：所述S1中的详细步骤为：

3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的精密器件尺寸测量方法，其特征在于：所述S2中比对尺寸参照物获取零件的具体尺寸数据的具体步骤为：

4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的精密器件尺寸测量方法，其特征在于：所述S3中的具体步骤为：

5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的精密器件尺寸测量方法，其特征在于：所述S4的具体步骤为：

6.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉的精密器件尺寸测量方法，其特征在于：所述S5的具体步骤为：

7.一种完成包括权利要求1-6中任意一项所述的一种基于机器视觉的精密器件尺寸测量方法的装置，其特征在于：包括设备外壳（1），所述设备外壳（1）的内部设置有移动件（2），所述设备外壳（1）对零件进行承接，并在承接的过程中带动零件进行旋转，同时移动件（2）在设备外壳（1）的内部旋转，移动件（2）在旋转的过程中对零件的不同的角度进行拍照。

8.根据权利要求7所述的基于机器视觉的精密器件尺寸测量装置，其特征在于：所述设备外壳（1）包括外桶（11），所述外桶（11）为空心结构，且在侧上开设有通口，在通口的侧壁上开设有滑腔（14），所述滑腔（14）中滑动设置有柜门（3），所述柜门（3）将通口遮挡住。

9.根据权利要求8所述的基于机器视觉的精密器件尺寸测量装置，其特征在于：所述外桶（11）内部靠近底侧的位置安装有承接盘（12），所述承接盘（12）通过驱动电机带动旋转，且在外桶（11）的内侧壁上固定有固定轨道条（13），所述移动件（2）包括滑动弧条（21），所述滑动弧条（21）滑动设置在固定轨道条（13）上，且在滑动弧条（21）上安装有驱动件，驱动件带动滑动弧条（21）在固定轨道条（13）上滑动。

10.根据权利要求9所述的基于机器视觉的精密器件尺寸测量装置，其特征在于：所述滑动弧条（21）的下侧固定有安装有摄像头（22），所述摄像头（22）对承接盘（12）上方设置的零件进行拍摄，且在滑动弧条（21）上和摄像头（22）中心对称的位置上铰接有伸缩杆（23），所述伸缩杆（23）的一端安装有尺寸参照物（24），所述摄像头（22）对零件拍摄时，所述尺寸参照物（24）设置在零件的一侧。