[发明专利]一种三次元尺寸测量仪及其测量方法

权利要求书

1.一种三次元尺寸测量仪，其特征在于，包括升降装置，可滑动安装于升降装置的竖直方向上的显微镜，设于显微镜下方且用于驱动工件移动的三维移动平台，设于显微镜上且用于将显微镜上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号的图像传感器，以及用于图像采集、处理及控制器件位移的控制系统，所述控制系统与图像传感器、升降装置和三维移动平台电连接；所述控制系统通过图像传感器采集工件的图像信息。

2.根据权利要求1所述的一种三次元尺寸测量仪，其特征在于，所述控制系统包括图像采集模块、控制模块和测量处理模块；所述图像采集模块与图像传感器连接，通过图像传感器将采集到的图像信息转化为可处理的图像数据；所述控制模块与三维移动平台连接而控制工件在移动平台上的步进距离；所述测量处理模块抓取并匹配图像采集模块生成的图像数据，识别并处理计算出图像中的工件尺寸信息。

3.根据权利要求2所述的一种三次元尺寸测量仪，其特征在于，所述三维移动平台上设有用于标定图像中单位尺寸对应的实际尺寸的标定板。

4.根据权利要求3所述的一种三次元尺寸测量仪，其特征在于，所述三维移动平台为X轴、Y轴和Z轴电控平台；所述显微镜采用可变焦远心测微显微镜。

5.基于权利要求1至4任一项所述的一种三次元尺寸测量仪的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1:对工件进行装配，并调整显微镜的高度，确保图像传感器4采集到清晰的图像；

S2:将标定板放置在三维移动平台上，对图像采集模块进行标定，得到准确的标定参数；

S3:通过Laplacian梯度算法的运用进行自动对焦操作，获取元件的高度尺寸信息；

S4：控制模块驱动三维移动平台对工件进行步进拍照；

S5：测量处理模块抓取图像数据，对不同图像进行处理，得到工件轮廓，从而得到工件平面尺寸信息。

6.根据权利要求5所述的一种三次元尺寸测量仪的测量方法，其特征在于，所述步骤S1的具体内容包括以下步骤：

S11:将工件固定在三维移动平台上，使工件平面与图像传感器和显微镜的测量光轴保持垂直；

S12:调节显微镜放大倍率，在满足精度要求下使得像素容许误差大于3个像素，用于降低后期曲线拟合产生的误差；

S13:控制系统采用相应的步进间隔、步进量和步进路线，并自动选择出相应工作距离，使得图像传感器采集的图像清晰。

7.根据权利要求5所述的一种三次元尺寸测量仪的测量方法，其特征在于，所述步骤S2的具体内容包括以下步骤：

S21:将标定板水平放置于三维移动平台上，在Laplacian梯度算法辅助下，控制模块驱动三维移动平台对标定板进行自动对焦；

S22:通过图像采集模块对标定板进行图像采集，同时控制三维移动平台进行步进移动；

S23:对所拍摄的标定板图像进行标定点像素坐标和三维移动平台所步进移动时的实际世界坐标进行提取，进而拟合出图像中像素坐标值所对应的实际世界坐标值，得到标定参数。

8.根据权利要求5所述的一种三次元尺寸测量仪的测量方法，其特征在于，所述步骤S3的具体内容包括以下步骤：

S31:取走标定板，将工件固定在三维移动平台上，在Laplacian梯度算法辅助下，控制模块驱动三维移动平台对工件进行自动对焦；

S32:测量模块抓取三维移动平台位置数据信息，通过自动对焦的移动量与对焦前的位置信息之间的运算得出工件的高度信息。

9.根据权利要求5所述的一种三次元尺寸测量仪的测量方法，其特征在于，所述步骤S4的具体内容包括以下步骤：

S41:将工件固定在三维移动平台上；拍照过程中保持工件和三维移动平台载物台二者相对固；

S42:移动三维移动平台，并获取相应位置的图片；

S43:将图像原点真实坐标记录下来，存入点集A；

S44:重复S42、S43两步骤，直到获取完整的工件图片集。

10.根据权利要求5所述的一种三次元尺寸测量仪的测量方法，其特征在于，所述步骤S5的具体内容包括以下步骤：

S51:根据点集A对全部图像进行拼接得到整幅图像；

S52:通过图像阈值处理提取拼接后的工件轮廓；

S53:利用标定参数对图像进行坐标转换，得到工件轮廓真实坐标点集为B；

S54:对点集B进行运算，得到平面工件微米级精度实际尺寸信息。