[发明专利]一种基于CCD的高精度测量方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，涉及一种基于CCD的高精度测量方，能够为机械零件加工提供高精度、高效率的检测。

背景技术

现代工业正向着加工自动化、高速化、精密化的方向发展，企业对产品的加工精度要求越来越高。在机械加工过程中，由于机床震动、刀具磨损、对刀偏移种种原因都会直接或者间接影响加工精度。获得工件尺寸加工精度的重要途径是测量。测量是产品制造工艺中的关键环节，是判断产品生产质量的主要手段。先进制造技术的发展，对测量提出了高精度、高效率、良好柔性要求，也越来越强调实时在线非接触测量。例如金属板材精密裁切企业在购买和使用高精度裁切工具时，怎样了解裁切产品的精度，这是长期困惑业内许多工程师和操作人员的难题，尤其在裁切不规则形状零件时，更是难以做高精度的测量。

越来越多的研究人员和企业把目光投射到CCD尺寸测量技术，它已成为一种非常有效的非接触检测技术，使加工、检测和控制过程融为一体，可以满足测量速度快、精度高、非接触及动态自动测量的要求。CCD尺寸测量技术比现有的机械式、光学式、电磁式量仪优越得多，特别在微型、大型、复杂、多曲面工件检测识别中的应用，有效避免了人工检测识别劳动强度大，效率低，易疲劳性和传统检测功能比较单一，自动化、智能化程度不高缺点，且识别精度和实时性也越来越好。但是目前国内利用CCD进行工业实时在线检测的系统不多，而且多用线阵CCD，精度不高，个别要求高精度的系统多采用多个线阵CCD拼接的技术，也有通过多台低分辨率面阵CCD拼接来达到高精度要求的。

由此可见，CCD可用来进行尺寸测量、工件定位以及轮廓瞄准，但受到现场环境、光源、系统分辨率及成像精度的影响，应用单个面阵CCD进行高精度大尺寸测量，精度达亚像素级，而且投入工业实际运行的自动生产线，国内尚未见报道，虽有一些理论研究，但都不足以解决现有应用面阵CCD进行大尺寸图像测量系统所存在的问题。大尺寸物体（尺寸超过500 mm×500mm）的高精度测量（精度高于0.05mm）面临很大困难。因此研制出一种利用CCD 进行零件尺寸自动测量系统, 实现大尺寸零件的快速高精度测量，减少测量过程中所带来的人为误差, 对提高经济效益, 提高系统的自动化程度和智能化程度，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提出了基于CCD的高精度测量方法，利用本方法提供的步骤中的关键技术，力求能够为机械零件加工提供高精度、高效率的检测，避免传统人工检测所固有的主观性、易疲劳、速度慢、成本高、强度大的缺点。尤其是为金属板材精密裁切提供理论和技术上的支持，使裁切件检测具有一致性、精确性和重复性的优点。

本发明是通过以下的方法实现的：基于CCD的高精度测量方法，其特征在于，包括下列步骤：

（1）  标定摄像机内外参数并校正图像；

（2）  定位被测物；

（3）  区分被测物上下边缘，提取上表面亚像素边缘；

（4）  测量被测物高度，确定被测物的边缘实际坐标；

（5）  导入被测零件的CAD数据，创建模板并匹配；

（6）  将模板与被测物边缘模型进行比较并进行误差分析。

本发明的实质性特点是，建立了一个基于机器视觉的机械零件检测模型，该模型综合运用了摄像机标定、亚像素边缘轮廓提取和基于形状的模板匹配技术。首先，根据摄像机成像模型，对相机进行内外部参数标定，根据内部参数校正畸变图像。然后，定位被测物，区分其上下边缘并提取上表面的亚像素边缘，导入CAD数据模型，采用基于形状的模板匹配方法匹配被测物。最后将轮廓距离作为误差的度量。本发明与现有技术相比较具有如下优点： 

1. 提出了利用点激光器获得被测物的深度信息，为测量平面的姿态转换提供先验信息，从而实现平面金属板材、基片不同厚度被测物的高精度测量。

2. 本发明在计算边缘时采用亚像素的边缘提取，精度较高。

3. 提出了用邻域信息区分被测物上下表面边缘的方法。

附图说明

图1：本发明的测量方法流程图；

图2：测量系统安装方案示意图；

图3：几何测量厚度方法说明图。

图中：1. 摄像机，2. 被测物，3. 光源， 4.标准量块。

具体实施方式