[发明专利]一种计算机图像测量系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种计算机图像测量系统及测量方法，系统包括照明光源、承物台、投影光学组件、显示屏、计算机，待测工件放置在承物台上，测量时，照明光源照明待测工件，投影光学组件将工件的图像投射在显示屏的显示平面上；计算机控制显示平面上显示预存工件参考标尺图形，将参考标尺图形与工件的投影进行比对，实现测量。本发明通过设置参考标尺，在利用标准工件进行标定过程中可以实现将显示屏的像素细分，得到更准确的单个像素单元刻度值，在进行测量时，利用参考标尺对待测工件图像进行像素细分，得到更准确的像素个数，从而提高准确度。该系统和方法适用于工件几何量的快捷图形测量，也可方便地应用于精密机械加工过程的实时测量。

技术领域

本发明涉及几何量测量领域，具体涉及一种带有透明显示屏的计算机图像测量系统及测量方法。

背景技术

光学投影图像测量技术在几何量测量方面已得到广泛的应用。与传统的接触式坐标测量或工具显微对准测量相比，图像投影测量具有快捷、非接触、测量方便的特点，一直被业内关注，特别是近代计算机图像技术的迅速提高，该技术开始凸显明显的优势。

公开号为01139045的中国发明专利给出了一种模具快速图形测量方法，该方法具有整体测量特点，比起接触式测量或逐点坐标测量，效率得到很大提高。但该方法使用一个摄像头来拍摄工件，之后在计算机显示屏上显示，并与计算机中预存的工件设计图进行对比，得出二者之间的差异。因此摄像头面阵器件的尺寸及像素本身极大限制了测量范围和测量精度。当使用工件标准图形对比测量时，显示屏显示像素的尺寸也直接影响对准精度，且需要间接确定图形定位基准，因此这种方法不适宜用于更高精度(如微米级)的测量和精密实时测量。

另外一种常用设备是轮廓投影仪，测量时先将工件标准图在透明胶片上严格根据投影镜头的倍率打印出来，放在轮廓仪的投影屏上进行比对。这种测量系统的局限性在于，为实现较高精度的测量，往往需要高的物镜放大倍率，待测工件的尺寸因此受到很大限制。轮廓仪原理上能够实现很高的测量精度，但需要精细打出胶片，给实际测量带来不便。

综上，现有的计算机图形测量方法，具有快捷方便的优点，但摄像头中图像传感器及显示屏像素尺寸对图像的对准精度影响很大，精度远低于上述轮廓投影仪，即使使用50倍的放大镜头，精度一般在5-10微米，测量范围同时受到很大限制。测量时需要准确测量基线，之后在显示屏上定位工件标准设计图形，增加了测量的不确定性，需要经常性进行繁琐的系统标定。

目前工业几何量测量对精度的要求越来越高，精密几何量计量和精密机械零件在线测量一般需要测量精度达到1微米水平或更高，且要求尽量方便快捷，现有计算机图像测量方法很难同时做到高精度及较大尺寸的测量。

发明内容

为克服上述不足，本发明结合计算机图像处理技术及近年来高清计算机显示技术的发展，将轮廓投影仪精细对准特点与计算机图形快速灵活测量特点结合起来，提出一种将显示屏同时作为投影屏的计算机图像测量系统及测量方法，由于工件图像直接投影，避免了使用摄像头时，自身器件尺寸及成像器件像素大小的影响，实现更高高精度(微米级)、较大尺寸的图形几何量测量。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种计算机图像测量系统，包括照明光源、承物台、投影光学组件、显示屏、计算机，待测工件放置在承物台上，测量时，照明光源照明待测工件，投影光学组件将待测工件的图像投射在显示屏的显示平面上；计算机控制所述显示平面上显示预存工件参考标尺图形，将所述参考标尺图形与待测工件的投影进行比对，实现测量。本发明将待测工件的图像直接投射在显示屏上，且通过将投影直接与参考标尺图形进行比对，以显示屏显示像素为最小分度单元，实现图形测量，具有精度高、操作便捷的优点。

优选的，所述承物台三维方向位置可调。从而可根据不同待测工件来调节工件与投影光学组件的位置，实现工件对焦，使工件在显示屏上的投影更为准确。

作为一种优选，所述投影光学组件包括一投影物镜，投影物镜一面为平面，一面为凸面，待测工件设置在平面的前方，且在物镜焦点位置，光线经过凸面后聚焦到透明显示屏上。