CN1277368A - 测量顺序文件生成方法、测量***和存储媒体 - Google Patents

Abstract

提供了一种测量顺序文件生成方法和一种测量***。即使待测对象具有复杂的形状或结构,这种方法和***也能方便地设定测量路线或测量路径。还提供了一种存储媒体,其存储的程序可以生成测量顺序文件。测量顺序文件的生成方法是,拍摄对象,并合并拍摄得到的多个图像以生成整个对象的图像。对整个对角的生成图像指定一测量区,并根据指定的测量区生成测量路径。

Description

测量顺序文件生成方法、测量***和存储媒体

本发明涉及一种测量顺序文件生成方法、一种测量***和一种存储媒体。其中测量***生成一种测量顺序文件，该文件包含用于测量待测对象的测量路线(即，测量路径)，而在存储媒体存储了用于生成测量顺序文件的程序。

通常，已知三维坐标测量***，该***诸用如激光探针等非接触性位移计，测量待测对象的位置。  在这种测量***中，在测量之前，根据待测对象的形状或结构手工设定测量路径。

但是，当手工设定测量路径时，如果待测对象具有复杂的形状或结构，那么很难设定测量路径，这需要很长的时间。

本发明的一个目标是提供一种测量顺序文件生成方法和一种测量***，即使待测对象具有复杂的形状结构，所述方法和***也能很容易地设置测量路径。本发明还提供一种存储媒体，其存储一种用于生成测量顺序文件的程序。

为了达到上述目标，依照本发明的第一方面，提供了一种用于生成测量顺序文件的方法，其中所述测量顺序文件包含用于测量待测对象的测量路径，而所述方法包括以下步骤：拍摄所述对象；将拍摄获得的多个图像合并在一起，生成整个对象的图像；对整个对象的生成图像指定测量区；以及根据指定的测量区，生成测量路径。

较好的是，测量顺序文件生成方法还包括下述步骤，即输入用于生成测量路径的条件，并且生成测量路径的步骤根据输入条件生成测量路径。

更好的是，拍摄的步骤包括下述步骤，即用固定在用于测量对象的测量工具上的摄像机拍摄对象的一部分，同时使摄像机和对象彼此相对移动。

较好的是，测量顺序文件生成方法还包括显示对象之图像的步骤，并且指定测量区的步骤包括在对象的显示图像上涂画特定颜色，从而指定测量区。

更好的是，测量顺序文件生成方法还包括下述步骤，即以重叠在对象之显示图像上的方式显示所生成的测量路径。

另外，最好测量顺序文件生成方法还包括下述步骤，即通过对对象指定拍摄用的起点和终点，来设置摄像机的摄像范围。

为了达到上述目标，依照本发明的第二方面，提供一种根据测量顺序文件中包含的测量路径来测量待测对象的测量***，其特征在于，***包括：摄像装置，用于拍摄对象；图像生成装置，它通过合并由摄像装置获得的多个图像，生成整个对象的图像；指定装置，用于对整个对象的生成图像指定一个测量区；和测量路径生成装置，它根据指定的测量区生成测量路径。

为了达到上述目标，依照本发明的第三方面，提供一种存储媒体，它存储用于生成测量顺序文件的程序，而测量顺序文件包含有用于测量待测对象的测量路径，程序包括：用于拍摄对象的模块；通过合并拍摄得到的多个图像来生成整个对象之图像的模块；对整个对象的生成图像指定一个测量区的模块；以及根据指定的测量区生成测量路径的模块。

通过直接将摄像机移到所需的起点和所需的终点，对对象指定起点和终点，由此设置摄像机的摄像范围。或者通过键盘操作输入所需起点和终点的坐标。

根据绘图软件在粘贴于屏幕图示上的待测对象的图像上涂画诸如红色等特定颜色，由此指定测量区。另一种涂画特定颜色的方法是，用笔工具画的线来封闭测量区，或者强调封闭区，使黑白颠倒。例如，在用单色摄像机背光拍摄工件的情况下，所得的图像是这样的，即由于光通过孔，所以工件中形成的孔是亮的，而其它部分是暗的。亮区和暗区颠倒过来表示测量区。

另外，可以预先登记测量路径的图形，并且选择登记图形中的一个，以选出所需的测量路径。测量路径这些可选择的图形可以包括以设定的测量间距沿X轴方向往复移动的图形、螺旋图形、同心圆图形及其它。用显示在屏幕图示上的对话框可以选择这些图形。

测量工具可以是例如光学激光探针，和接触传感器。

依照本发明，即使待测对象具有复杂的形状或结构，操作员只需指定通过拍摄待测对象所获得的图像的测量区，便很容易设置测量路径或测量路线。

结合附图阅读以下描述，将更清楚本发明的上述或其它目标。

图1是一透视图，示出了依照本发明一实施例的测量***的整体结构；

图2是一透视图，示出了摄象装置17的结构；

图3是一示意图，示出了激光探针的光学结构；

图4是一方框图，示出了三维坐标测量机1和计算机***2的电气结构；

图5是一流程图，示出了用于生成测量部分程序的过程；

图6是一流程图，示出了图5过程的连续部分；和

图7示出了主屏显示101；

图8示出了图像获得对话框110；

图9示出了用于工件图像捕获的起点和终点；

图10示出了当移动工作台时连续拍摄工件的方法；

图11示出了在屏幕上显示的合并图像；

图12示出了用特定颜色指定特定测量区后图像；

图13示出了激光测量路径生成对话框142；

图14示出了用叠加在合并图像上的方法显示在屏幕上的一条测量路径；

图15示出了激光测量对话框161；

图16示出了通过作为分析结果显示的工件表面平整度测量所获得的数据。

图17A-17C示出了表示测量路径的其它图形；和

图18示出了程序存储器83提供的存储器映射表。

以下参照显示本发明较佳实施例的附图，描述本发明。

图1是一透视图，示出了依照本发明一实施例的测量***的整体结构。本实施例的测量***是使用激光探针的三维坐标测量***。

该三维坐标测量***包括三维坐标测量机1和计算机***2，其中三维坐标测量机1具有非接触图像测量功能和非接触位移测量功能，而计算机***控制对三维坐标测量机1的驱动，并进行所要求的数据处理。

三维坐标测量机1具有一底座11，底座11上固定一测量台13，待测工件12放在测量台13上。Y轴驱动机(未示出)沿Y轴方向驱动测量台11。

一对向上延伸的支撑臂14和15竖立在底座11的两侧横向边缘上，处于中间位置，并且X轴导轨刚性地固定在支撑臂14和15上，连接在支撑臂14和15两个顶端之间。摄象装置17被支撑装在X轴导轨16上，并且X轴驱动机(未图示)沿X轴导轨16驱动摄象装置17。

计算机***2包括计算机21、键盘22、操纵杆23和鼠标24、CRT显示器25和打印机26，其中计算机21进行测量信息的处理以及各种控制，键盘22输入各种指令信息，阴极射线管(CRT)显示器25显示测量屏幕示图、指令图像和测量结果，而打印机26打印出测量结果。

图2是一透视图，示出了摄象装置17的结构。在摄象装置17中，提供了一滑块31，它被安装成可以沿X轴导轨16滑动。Z轴导轨32刚性地固定在滑块31上，以便与其一起移动。Z轴导轨32装有支撑板33，支撑板33可以沿Z轴移动。支撑板33又装有用作图像测量摄象装置的CCD(电荷耦合器)摄象机34，以及用作非接触位移计的激光探针35。

利用该结构，CCD摄象机34和激光探针35可以沿三个方向(即X轴、Y轴和Z轴)一起移动，同时保持固定的位置关系。

CCD摄象机34具有用于照射摄象区的照明装置36。在探针35的附近提供CCD摄象机38和照明装置39，其中CCD摄象机38拍摄将由激光探针35的激光束测量的区域，以帮助确定该待测区域，而照明装置39照射将由探针35测量的区域。

垂直运动装置40和旋转运动装置41支撑着激光探针35。当移动摄象装置17时，垂直运动装置40将激光探针35移入设备中，并且旋转运动装置41将激光束的方向调节和改变到最佳方向。

图3示出了激光探针35的光学结构。半导体激光器51射出的光经过分束器52和四分之一波片53，由准直透镜54转变成平行光束，然后平行光束通过反射镜55和56以及物镜57，在工件12的待测部分上形成一光点。

由工件12测量部分反射出的光沿与上述光路径相反的路径通过反射镜56和55、准直透镜54和四分之一波片53，然后由分束器52反射，由棱边反射镜58分成向上光流和向下光流。

半分束光接收装置59和60检测经分束的或者向上和向下的光流。检测电路61接收来自光接收装置59和60输出信号，并且根据来自光接收装置59和60的输出信号，产生一个输出信号，该输出信号表示物镜57之焦点与工作12之测量表面之间偏差量。

伺服电路63根据来自检测电路61的输出信号，产生一驱动信号，用于激励驱动器64驱动物镜57。当如此垂直移动物镜57，位移检测器66的移动元件67相对静止元件68移动。将移动元件67的移动量作为表示位移量的信号输出。

图4是一方框图，示出了三维坐标测量机1和计算机***2的电气结构。在三维坐标测量机1中，分别用A/D转换器71和72将CCD摄象机34为图像测量进行拍摄以及CCD摄象机38为确定激光探针35之测量位置进行拍摄而获得的图像信号转换成多值的图像数据，然后用选择器电路73从多值图像数据中选出一个数据，并将该数据提供给计算机21。

分别用照明控制器74和75驱动照明装置36的39，用以控制CCD摄象机34和38摄象时所需的照明光线。通过A/D转换器76将来自激光探针35的位移量信号传递给计算机21。

XYZ驱动器77在计算机21的控制下沿X轴、Y轴和Z轴方向驱动摄象装置17。XYZ编码器78检测摄象装置17在X轴、Y轴和Z轴上的位置，并且将表示检测位置的信号传递给计算机21。

另一方面，计算机21包括CPU 81、多值图像存储器82、由ROM形成的程序存储器83、工作存储器84、I/O接口85、86和91、以及显示器控制器87。显示器控制器87将存储在多值图像存储器82中的多值图像数据显示在CRT显示器25上。

CPU 81使选择器电路73根据图像测量模式和激光测量模式选择图像测量的多值图像数据或者激光测量的多值图像数据。将图像测量的多值图像数据或者激光测量的多值图像数据存储在多值图像存储器82中。显示器控制器87进行显示控制，将存储在多值图像存储器82中多值图像数据显示在CRT显示器25上。

另一方面，通过接口85将指令信息输入CPU，其中所述指令信息表示操作员通过键盘22、操纵杆23和鼠标器24输入的指令。CPU 81还接收表示激光探针35检测到的位移量的数据，以及来自XYZ编码器78的XYZ坐标信息等。

CPU 81对这些输入信息、操作员的指令以及存储在程序存储器83中的程序进行操作，以便执行各种处理，包括用XYZ驱动器77移动工作台，以及对测量值进行算术计算。工作存储器84为CPU 81进行的各种处理提供工作区。计算得到的测量值通过接口86传送到打印机26。

通过I/O接口91将例如由硬盘形成的存储器92与CPU 81相连。存储器92存储测量部分程序、测量结果数据、分析结果数据(以后将描述)，以及其它数据。

如上述构造的三维坐标测量***用两种模式测量工件，即使用CCD摄象机34的图像测量模式和使用激光探针35的激光测量模式。这里，将描述生成测量部分程序的方法，所述程序限定了在用激光探针35测量工件时相对工件移动激光探针35所沿的测量路径，即测量路线。

图5和图6是流程图，示出了生成测量部分程序的过程。进行该过程的程序存储在程序存储器83中，并且当操作员进行键盘输入操作时，CPU 81执行该程序。

当启动用于生成测量部分程序的程序时，首先在CRT显示器25上示出主屏显示101(步骤S1)。图7示出了该主屏显示101。主屏显示101包括图像捕获按钮102、测量部分程序生成/执行按钮103、文件打开按钮104、文件保存按钮105和关闭按钮106。

过程等待操作员按下(点击)图像捕获按钮102(步骤S2)。当按下图像捕获按钮102时，显示图像获得对话框110(步骤S3)。图8示出了图像获得对话框110。图像获得对话框110包括用于选择图像获得方法(即“用手动工具作位置指定”或者“坐标指定”)的选择按钮112、获得启动按钮115、关闭按钮116和取消按钮117。当用选择按钮112选择“坐标指定”时，可以直接输入起和终点的坐标。这里，将描述选择“用手动工具作位置指定”的情况。

当操作员选择图像获得方法(步骤S4)时，过程等待按下获得启动按钮115(步骤S5)。当按下获得启动按钮115时，获得关于待拍摄工件的起点和终点(步骤S6)。具体地说，如果在步骤S4得到的图像获得方法是“用手动工具作位置指定”，那么操作员移动测量表13或CCD摄像机38，以便移动确定摄像范围的工作台，从而指定对工件开始拍摄和停止拍摄的起点和终点。图9示出了用于工件图像捕获的起点和终点。在图9示出了的例子中，用一基板120作为工件，基板120基本上为矩形，并且其中形成有一正方形的孔和一圆孔。在图9中，将位于工件120左下方的十字中心设定为起点121，而将位于工件120右上方的十字中心设定为终点，这样就指定了摄像范围。分别用于封闭起点121和终点122的方框121a和122a表示CCD摄像机38的拍摄范围。

当移动工作台时，CCD摄像机38一个图像一个图像地拍摄如此确定的摄像范围，并且将拍摄到的图像自动存储在多值图像存储器82(步骤S7)中。图10示出了当移动工作台时连续拍摄工件的方法。用这种方法拍摄，获得个别图像，而这些图像彼此不重叠，并且将摄得的图像按TIFF图像文件的形式存储起来。

接下来，将多值图像存储器82中存储的图像合并成单个图像(合并图像)，并将合并图像130显示在CRT显示器25上(步骤S8)。图11示出了在CRT显示器25上显示的合并图像。在连接中，在图11以及以下参照的图12和图14中，为简便起见，省略了图像的浓淡，只显示轮廓线。根据预先启动的绘图软件将合并图像粘贴在屏幕示图上，从而将合并图像130显示在CRT显示器25上。

然后，判断是否已为被显示的合并图像130指定了测量区(步骤S9)。在本实施例中，通过涂画诸如红色等特定颜色来指定测量区。具体地说，可以用这样的方式来指定，即操作员根据绘图软件用刷子工具等将特定颜色涂画在粘贴于屏幕示图上的合并图像130上。图12示出了在用特定颜色或红色指定了特定测量区后的合并图像。在图12中，阴影区132表示涂成红色的区域，它是被指定的测量区。在该图中，边界区152用粗的轮廓线表示。在屏幕示图中，边界区152用黄色表示。用这种方式，操作员很容易指定测量区。另一种涂画特定颜色的方法是，用笔工具画的线来封闭测量区，或者强调封闭区，使黑白颠倒。例如，在用单色摄像机背光拍摄工件的情况下，所得的图像是这样的，即由于光通过孔，所以工件中形成的孔是亮的，而其它部分是暗的。亮区和暗区颠倒过来表示测量区。将如此指定的测量区与合并图像一起存储在多值图像存储器82中(步骤10)。

然后，过程等待按下图7中主屏显示的测量部分程序生成/执行按钮103(步骤S11)。当按下按钮103时，显示激光测量路径生成对话框142，以便输入各种参数，形成用于生成激光测量路径的条件(步骤S12)。图13示出了激光测量路径生成对话框142。根据激光测量生成对话框142，可以设置测量方向、测量间距、边界距离、最小测量长度和连接点。在设置“边界距离”时，可以设定从测量区的一个端面到实际测量位置的边界，以便吸收工件间形状的变化。在设置“最小测量长度”时，可以设定每次测量的最小测量长度，以便保证筛选测量结果所需的测量长度。在设置“连接点”时，可以设定最小数量的象素(点)，以便消除噪声成份，诸如在具有设定数目象素(点)的区域内图像所包含的异常点。由于三维坐标测量机具有上述设定各种参数的功能，所以其可操作性增强。

然后，判断是否按下了路径生成按钮143(步骤S13)。如果按下了路径生成按钮143，那么获取由激光测量路径生成对话框142设定的参数(步骤S14)，并且根据设定的参数生成测量部分程序(激光测量路径)，并显示该程序(步骤S15)。图14只显示了以重叠于合并图像上的方式显示在屏幕上的测量路径。在图示的例子中，根据上述绘图软件，用蓝线将测量路径150显示在屏幕示图上，而测量路径150表示在测量区内、以设定测量间距、沿X轴方向往复移动的路径。在图14中，对应孔的空白部分不测量，激光探针迅速通过该部分。

一旦将如此生成的测量部分程序存入工作存储器84后，通过I/O接口91将程序登记在由例如硬盘形成的存储器92中。

在如此生成了测量部分程序后，显示激光测量对话框161(步骤S16)。图15示出了激光测量对话框161。激光测量对话框161包含激光测量所需的各种参数，包括寻找范围、寻找速度(mm/s)、扫描速度(m/s)、取样速率、激光模式、激光旋转位置、关于是否进行筛选的设置、高频(kHz)和低频(kHz)。在激光测量对话框161的上方提供了各种按钮，用于区域指定、路径生成和路径确认。当手工设置激光测量路径时要按动这些按钮。

判断操作员是否已经设定了激光测量所需的这些参数(S17)。如果已经设定，那么判断是否按下了测量执行按钮162(步骤S18)。

如果已按下了测量执行按钮162，那么根据所生成的测量部分程序，用来自激光探针35的激光束进行测量(步骤S19)。通过I/O接口91，以文件的形式，将如此获得的测量结果数据输出给硬盘92(步骤S20)。

另外，启动分析程序，以分析测量结果数据，并且将包括表面平整度和摆动度的分析结果与测量结果数据一起显示在CRT显示器25上(步骤S21)。图16示出了作为分析结果显示在CRT显示器25上的表面平整度。

按上述方法，根据本实施例的三维坐标测量***，即使待测对象具有复杂的形状或结构，也很容易设置测量部分程序。另外，还很容易设置不能摄入摄像机图示区的、待测对象的测量路线。

尽管在上述实施例中，测量路线的图形表示以设定的测量间距、沿X轴方向或Y轴方向往复移动的路径，但图形不限于此。还可以使用例如图17A-17C所示的其它图形。图17A的图形表示以设定的测量间距、只沿一个方向移动的路径；图17B的图形表示螺旋路径；而图17C的图形表示同心圆路径。用上述图13所示的激光测量路径生成对话框可以选择这些图形。

尽管在上述实施例中，通过按顺序操作同一按钮，来启动生成测量部件程序和执行测量部分程序，但它们可以分开启动。也就是说，可以分立地将用于测量部分程序生成按钮和用于测量部分程序执行按钮提供在主屏示图上。

另外，尽管在上述实施例中，将本发明应用于光学测量***，但本发明还可以应用于使用接触传感器的接触测量***。

尽管在上述实施例中，将单色图像合并在一起，并显示这些图像，但也可以用彩色CCD摄像机拍摄彩色图像，将这些彩色图像合并在一起，并显示这些图像。

本发明还可以用存储媒体的形式来实现，并将存储媒体安装在三维坐标测量***中。图18示出了程序存储器83提供的存储器映射表。如上所述，用ROM形成程序存储器83，并且程序存储器83存储了用于执行图5和图6所示测量部分程序生成和执行过程的程序模块。包含该程序模块的存储媒体不限于ROM，还可以是软盘、硬盘、光盘、磁光盘、CD-ROM、CD-R、DVD和非易失性存储卡。

Claims (8)

1.一种用于生成测量顺序文件的方法，所述测量顺序文件包含用于测量待测对象的测量路径，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

拍摄所述对象；

将拍摄获得的多个图像合并在一起，生成整个对象的图像；

对所述整个对象的生成图像指定测量区；以及

根据指定的测量区，生成所述测量路径。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括下述步骤，即输入生成所述测量路径的条件，并且生成所述测量路径的所述步骤根据输入条件生成所述测量路径。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，拍摄所述对象的所述步骤包括下述步骤，即用固定在用于测量所述对象的测量工具上的摄像机拍摄所述对象的一部分，同时使所述摄像机和所述对象彼此相对移动。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括显示所述对象之图像的步骤，并且指定所述测量区的所述步骤包括在所述对象的显示图像上涂画特定的颜色，从而指定所述测量区。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括下述步骤，即以重叠在所述对象之显示图像上的方式显示所生成的测量路径。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括下述步骤，即通过对所述对象指定拍摄用的起点和终点，来设置所述摄像机的摄像范围。

7.一种根据测量顺序文件中包含的测量路径测量待测对象的测量***，其特征在于，所述***包括：

摄像装置，用于拍摄所述对象；

图像生成装置，它通过合并由所述摄像装置获得的多个图像，生成所述整个对象的图像；

指定装置，用于对所述整个对象的生成图像指定一个测量区；和

测量路径生成装置，它根据指定的测量区生成所述测量路径。

8.一种存储媒体，它存储用于生成测量顺序文件的程序，而所述测量顺序文件包含有用于测量待测对象的测量路径，所述程序包括：

用于拍摄所述对象的模块；通过合并拍摄得到的多个图像来生成所述整个对象之图像的模块；对所述整个对象的生成图像指定一个测量区的模块；以及根据指定的测量区生成所述测量路径的模块。

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