[发明专利]一种面向微型工件测量的自动引导方法

权利要求书

1.一种面向微型工件测量的自动引导方法，其特征是：采用三坐标测量机，在所述测量机中，通过视觉引导，将探针球头(3)引导至测量位置进行测量；所述测量位置是指：将工件类别区分为孔类工件和非孔类工件，针对孔类工件的测量，将探针球头(3)引导至待测工件孔内中心点的阈值范围内，针对非孔类工件的测量，将探针球头(3)引导至待测工件上表面中心点的阈值范围内；在所述测量机的基座上设置视觉系统，包括：固定设置两只相机，所述两只相机型号相同、前端均安装有可自动调焦镜头，两只相机分别是位于基座左侧的左侧相机(2)和位于基座后侧的后侧相机(1)；由左侧相机(1)获得左视图像，由后侧相机(2)获得后视图像；图像坐标系是以图像左下角为原点；

左视图像u轴与测量机X轴方向一致，左视图像v轴与测量机Z轴方向一致；

后视图像u′轴与测量机Y轴方向一致，后视图像v′轴与测量机Z轴方向一致；

由测量机驱动探针球头(3)向测量位置移动实现自动引导；所述自动引导是指，利用已知的数据样本模型自动识别待测工件与探针球头，并针对不同的工件类别采用相应的引导策略；

所述自动引导按如下步骤进行：

步骤1、设置中心点阈值为初始值R₁，按如下步骤进行初始引导：

1.1、按如下步骤实现探针球头(3)在沿测量机X轴方向上的初始引导；

1.1.1、由左侧相机(1)针对目标进行拍摄获得当前左视图像，在当前左视图像中采用滑动窗口扫描图像的方式进行目标识别，所述目标是指探针球头(3)和待测工件(4)；

依次记录待测工件在沿u轴正方向上的两侧边u轴坐标值u_oi1和u_oi2，并依次记录探针球头在沿u轴正方向上的两侧边u轴坐标值u_ti1和u_ti2；将待测工件与探针球头之间的距离阈值记为R₀；

1.1.2、判断探针球头与待测工件在沿测量机X轴方向上的相对位置

当u_oi2＜u_ti1，且u_ti1-u_oi2＞R₀，由测量机驱动探针球头(3)沿X轴负方向移动一步后执行步骤1.1.3，否则执行1.1.4；

当u_oi1＞u_ti2，且u_oi1-u_ti2＞R₀，由测量机驱动探针球头(3)沿X轴正方向移动一步后执行步骤1.1.3，否则执行1.1.4；

1.1.3、由左侧相机(1)针对目标进行拍摄获得当前左视图像，作为下一张左视图像，在所述下一张左视图像中采用滑动窗口追踪识别目标，依次记录通过追踪识别所获得的待测工件沿u轴正方向上的两侧边u轴坐标值u_oi1和u_oi2，并依次记录探针球头在沿u轴正方向上的两侧边u轴坐标值u_ti1和u_ti2；返回执行步骤1.1.2；

1.1.4、分别对识别出的目标使用Canny边缘检测算法提取目标边缘轮廓信息，由所述边缘轮廓信息计算获得在图像坐标系中待测工件(4)的中心点坐标(u_o1,v_o1)，以及探针球头(3)的中心点坐标(u_t1,v_t1)；

1.1.5、依据待测工件(4)的中心点坐标(u_o1,v_o1)和探针球头(3)的中心点坐标(u_t1,v_t1)进行如下判断：

若|u_o1-u_t1|≤R₁，判断为探针球头(3)的中心点在沿测量机X轴方向上达到测量位置，进入步骤1.2；

若|u_o1-u_t1|＞R₁，且u_t1＞u_o1，则测量机驱动探针球头沿X轴的负方向移动一步后进入步骤1.1.6；

若|u_o1-u_t1|＞R₁，且u_t1＜u_o1，由测量机驱动探针球头沿X轴的正方向移动一步后进入步骤1.1.6；

1.1.6、由左侧相机针对目标进行拍摄获得当前左视图像，作为再一张左视图像，在所述再一张左视图像中追踪识别目标后执行步骤1.1.4；

1.2、按照与步骤1.1相同的方式，利用视觉系统引导探针球头(3)沿测量机Y轴方向运动，实现探针球头(3)在沿测量机Y轴方向上的初始引导；

1.3、按如下步骤实现探针球头(3)在沿测量机Z轴方向上的初始引导

1.3.1、利用左侧相机(1)和后侧相机(2)同时针对目标进行拍摄，分别获得当前左视图像和当前后视图像，在当前左视图像和当前后视图像中分别追踪识别目标，根据已完成训练的数据样本模型，将工件分为孔类工件与非孔类工件；

1.3.2、对识别出的目标分别使用Canny边缘检测算法提取目标边缘信息，由所述目标边缘信息分别计算获得在图像坐标系中的如下各中心点坐标：

左视图像中待测工件中心点坐标(u_o3,v_o3)；

左视图像中探针球头中心点坐标(u_t3,v_t3)；

后视图像中待测工件中心点坐标(u′_o4,v′_o4)；

后视图像中探针球头中心点坐标(u′_t4,v′_t4)；

1.3.3、依据步骤1.3.2中所获得的各中心点坐标进行如下判断：

当经识别的待测工件为孔类工件：

若|v_t3-v_o3|≤R₁，判断为探针球头已引导至测量位置，进入步骤2；

若|v_t3-v_o3|＞R₁，且v_o3＜v_t3或v_o4＜v_t4，由测量机驱动探针球头沿测量机Z轴负方向移动一步后进入步骤1.3.4；

当识别到的待测工件为非孔类工件时：

若|v_t3-v_o3|≤r_t+R₁，判断为探针球头已引导至测量位置，进入步骤2；其中，r_t为相应的图像中探针球头的半径；

若|v_t3-v_o3|＞r_t+R₁，且v_o3＜v_t3或v_o4＜v_t4，由测量机驱动探针球头沿测量机Z轴负方向移动一步后执行步骤1.3.4；

1.3.4、利用左侧相机(1)和后侧相机(2)同时针对目标进行拍摄，分别获得当前左视图像和当前后视图像，在当前左视图像和当前后视图像中分别追踪识别目标后执行步骤1.3.2；

步骤2、调节镜头焦距，使目标在视场中得以放大

2.1、由左侧相机和后侧相机分别针对目标进行拍摄获得两幅图像，分别是当前左视图像和当前后视图像，在两幅图像中追踪识别目标后使用Canny边缘检测算法提取目标边缘轮廓，采用矩形框针对图像中探针球头和待测工件的边缘轮廓进行标记，使探针球头和待测工件的边缘轮廓包含在同一矩形框中；

2.2、根据矩形框的坐标值分别获得：

左视图像中矩形框左下角坐标(u_min,v_min)，左视图像中矩形框右上角坐标(u_max,v_max)

后视图像中矩形框左下角坐标(u′_min,v′_min)，后视图像中矩形框右上角坐标(u′_max,v′_max)；

令T₁＝2048-u_max，T₂＝1536-v_max，T₃＝2048-u′_max，T₄＝1536-v′_max；

其中：

T₁为左视图像中矩形框右上角到左视图像u轴边界的垂直距离；

T₂为左视图像中矩形框右上角到左视图像v轴边界的垂直距离；

T₃为后视图像中矩形框右上角到后视图像u′轴边界的垂直距离；

T₄为后视图像中矩形框右上角到后视图像v′轴边界的垂直距离；

取u_min、v_min、u′_min、v′_min、T₁、T₂、T₃和T₄中的最小值为Δl；

2.3、根据计算获得镜头所需增加的焦距ΔF，并按ΔF控制镜头调焦，实现视觉系统变焦；其中，D为待测工件到镜头的距离；L为待测工件到探针球头的距离；c为0～1之间的系数，系数c用于调节目标大小，确保目标被放大后在视场范围内为完整；

步骤3、利用变焦后的视觉系统引导探针球头沿测量机的X轴、Y轴、Z轴实现精确引导，所述精确引导指：设置中心点阈值为终值R₂，R₂＝R₁×0.3，依据终值R₂并按照与步骤1相同的方式对探针球头进行终值引导，使探针球头准确引导至测量位置。