專利名稱：視覺輔助定位的非接觸式測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的裝置及方法，具體是一種視覺輔助定位的非接觸式測(cè)量裝置及方法。
背景技術(shù)：
在高質(zhì)量產(chǎn)品的制造和高效率生產(chǎn)環(huán)境中，測(cè)量技術(shù)起到了很大的作用，其重要性與日俱增。目前，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)非常重視提高加工效率和降低生產(chǎn)成本，其中，最重要的便是生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品。為此，必須實(shí)行嚴(yán)格的質(zhì)量管理，只有在保證高質(zhì)量生產(chǎn)的前提下， 制造業(yè)才能生存和發(fā)展。隨著檢測(cè)產(chǎn)品類型的多樣化發(fā)展，具有表面標(biāo)記不便定位或始末標(biāo)記不在同一水平面等特征、質(zhì)軟的產(chǎn)品都不便于直接測(cè)量，例如車用密封橡膠條等產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)，所以需要一種具有輔助定位功能的裝置進(jìn)行非接觸式測(cè)量。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，《國際紡織導(dǎo)報(bào)》(2006(7) 50])上發(fā)表了題為“激光投影輔助定位儀”的文章，該文指出目前在工業(yè)中最常用的非接觸式輔助定位測(cè)量方法是利用明亮、清晰可見的線性激光為設(shè)備操作人員提供精確的參考線。利用這個(gè)參考線可保證被加工材料與機(jī)器快速準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)。另外，同時(shí)還有其他形狀的激光標(biāo)記，如十字或圓點(diǎn)?，F(xiàn)今，在各個(gè)工業(yè)部門，如果不想產(chǎn)生誤差，常用紅色和綠色激光標(biāo)記輔助定位。在 IMB2006 Z-LASER公司展示了綠色激光線性激光器，綠色激光比紅色激光對(duì)人眼的可視性更好，在明亮的背景條件下激光線也可以清晰地觀察到。該定位儀即使是在惡劣電流條件下，例如大型車間中由于其優(yōu)異的抗干擾性，保證了安全和穩(wěn)定的使用。該裝置簡(jiǎn)化了操作工藝，無需改變?cè)O(shè)備，無需對(duì)操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，加速整個(gè)制造過程，提供生產(chǎn)質(zhì)量。但是該技術(shù)存在以下不足[1]激光由于射線寬度因素，對(duì)標(biāo)記定位的判斷存在較大誤差；[2]激光光束不便于定位。經(jīng)檢索又發(fā)現(xiàn)，中國專利申請(qǐng)?zhí)枮?00620120809. 9，名稱為改進(jìn)的輔助測(cè)量裝置，該裝置將超聲波發(fā)射元件和接收件置于殼體內(nèi)，反射板與殼體之間連接有連接桿，超聲波發(fā)射元件和發(fā)射元件分別同計(jì)算機(jī)連接，使測(cè)量監(jiān)督精度更高，且適用各種測(cè)量環(huán)境，保證精度。但是該技術(shù)存在以下缺點(diǎn)[1]測(cè)量范圍小，限制在50cm到IOOcm ； [2]對(duì)被測(cè)元件的結(jié)構(gòu)要求較為簡(jiǎn)單。經(jīng)檢索還發(fā)現(xiàn)，中國專利申請(qǐng)?zhí)?00520005077. 4，名稱為機(jī)床的長度輔助測(cè)量裝置，該技術(shù)涉及一種可拆卸的固定于切削材料上，用以輔助機(jī)床測(cè)量切削材料的裁定長度，該長度測(cè)量單元為一種超音波、激光或紅外線等形式的非接觸式測(cè)量裝置，該裝置能組成用以輔助機(jī)床測(cè)量切屑材料的裁切長度，適用性較佳，且便于各種不同習(xí)慣使用者操作。 但是該技術(shù)有以下不足[1]不能保證發(fā)射端與被測(cè)體起始端重合，并且不便于定位；[2] 對(duì)反射面的平面度有較高要求；[3]該發(fā)明不適用質(zhì)軟產(chǎn)品的測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種視覺輔助定位的非接觸式測(cè)量裝置及方法。本發(fā)明采用位移傳感器測(cè)量，結(jié)合位移傳感器掃描頭帶動(dòng)圖像傳感器沿長度方向運(yùn)動(dòng)，以圖像傳感器為視覺輔助工具，實(shí)現(xiàn)位移傳感器掃描頭精確定位和測(cè)量，并通過對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理，檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)視覺輔助定位的非接觸測(cè)量。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明涉及的視覺輔助定位的非接觸式測(cè)量裝置，包括位移傳感器、圖像傳感器、圖像顯示模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和固定裝置，其中位移傳感器與數(shù)據(jù)采集模塊相連傳輸位移傳感器距離點(diǎn)列數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)處理模塊相連傳輸測(cè)量產(chǎn)品的尺寸數(shù)據(jù)，圖像顯示模塊與圖像傳感器相連傳輸位移傳感器掃描頭所對(duì)產(chǎn)品表面圖像， 位移傳感器的掃描頭和圖像傳感器分別固定在固定裝置上且圖像傳感器的安裝方向與位移傳感器掃描頭的移動(dòng)方向相互垂直。所述的圖像采集模塊包括圖像采集卡和顯示器，其中圖像采集卡與圖像傳感器相連傳輸位移傳感器掃描頭所對(duì)產(chǎn)品的表面圖像，圖像采集卡和顯示器相連傳輸圖像信肩、ο所述的數(shù)據(jù)處理模塊包括質(zhì)量檢驗(yàn)子模塊和數(shù)據(jù)庫子模塊，其中質(zhì)量檢驗(yàn)子模塊與數(shù)據(jù)采集模塊相連傳輸測(cè)量產(chǎn)品的尺寸數(shù)據(jù)，質(zhì)量檢驗(yàn)子模塊和數(shù)據(jù)庫子模塊相連傳輸歷史測(cè)量數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)查詢和保存。本發(fā)明涉及的上述視覺輔助定位的非接觸式測(cè)量裝置的測(cè)量方法，包括以下步驟第一步，在數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)庫子模塊創(chuàng)建被測(cè)產(chǎn)品信息的數(shù)據(jù)庫文件，輸入被測(cè)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)尺寸并保存。第二步，調(diào)整產(chǎn)品的待測(cè)方向與位移傳感器掃描頭移動(dòng)方向一致，且圖像傳感器位于產(chǎn)品正上方。第三步，控制位移傳感器掃描頭沿產(chǎn)品的待測(cè)方向移動(dòng)，通過觀察圖像顯示模塊獲取的圖像來輔助位移傳感器的掃描頭依次對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)品的待測(cè)表面的若干位置點(diǎn)，記錄若干個(gè)位置數(shù)據(jù)后，通過數(shù)據(jù)采集模塊得到產(chǎn)品掃描位置的測(cè)量數(shù)據(jù)。所述的圖像顯示模塊獲取的圖像中央設(shè)有紅色“十”字基準(zhǔn)線。第四步，依次重復(fù)第二步和第三步，完成對(duì)待測(cè)產(chǎn)品的若干次測(cè)量，并將得到的測(cè)量數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集模塊傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊結(jié)合已保存的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)尺寸，得到產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量參數(shù)。所述的產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量參數(shù)包括待測(cè)尺寸的誤差，同類型產(chǎn)品該測(cè)量尺寸的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和工序能力指數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是通過圖像傳感器獲取清晰的產(chǎn)品表面測(cè)量信息，實(shí)現(xiàn)具有視覺輔助定位功能的連續(xù)非接觸式測(cè)量裝置，定位快速、準(zhǔn)確，定位精度和測(cè)量精度高，可在產(chǎn)品材質(zhì)柔軟或測(cè)量標(biāo)記水平高度不同或測(cè)量工具不易達(dá)到的情況下使用，提高了產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)效率，擴(kuò)大了測(cè)量應(yīng)用范圍。


圖1為本發(fā)明的裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的工作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例本實(shí)例中被測(cè)產(chǎn)品為“V212”型車用密封橡膠條，需測(cè)量三段長度，分別是 “212A”段，其標(biāo)準(zhǔn)長度為1500毫米；“212B”段，其標(biāo)準(zhǔn)長度為489. 25毫米；“212C”段，其標(biāo)準(zhǔn)長度為50毫米。如圖1所示，本實(shí)施例涉及的視覺輔助定位的非接觸式測(cè)量裝置，包括位移傳感器1、圖像傳感器2、圖像顯示模塊3、數(shù)據(jù)采集模塊4、數(shù)據(jù)處理模塊5、和固定板6，其中位移傳感器1與數(shù)據(jù)采集模塊4相連傳輸位移傳感器距離點(diǎn)列數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集模塊4與數(shù)據(jù)處理模塊5相連傳輸產(chǎn)品7的尺寸數(shù)據(jù)，圖像顯示模塊3與圖像傳感器2相連傳輸位移傳感器掃描頭所對(duì)產(chǎn)品表面圖像，位移傳感器1的掃描頭和圖像傳感器2分別固定在固定板6 上且圖像傳感器2的安裝方向與位移傳感器1掃描頭的移動(dòng)方向相互垂直，產(chǎn)品7放置在工作臺(tái)8上。所述的位移傳感器1是HEIDENHAIN公司生產(chǎn)的VMlOl光柵尺。所述的圖像傳感器2是SANYO公司生產(chǎn)的VCC ZM600 CXD攝像頭。所述的圖像顯示模塊3包括圖像采集卡和外部顯示器，其中圖像采集卡與圖像傳感器2相連傳輸位移傳感器1掃描頭所對(duì)產(chǎn)品7的表面圖像，圖像采集卡和外部顯示器相連傳輸圖像信息。所述的圖像采集卡是大恒公司生產(chǎn)的CG3**圖像采集卡。所述的數(shù)據(jù)采集模塊4是Quadra-CheklOO數(shù)顯表。所述的數(shù)據(jù)處理模塊5包括質(zhì)量檢驗(yàn)子模塊和數(shù)據(jù)庫子模塊，其中質(zhì)量檢驗(yàn)子模塊與數(shù)據(jù)采集模塊4相連傳輸測(cè)量產(chǎn)品7的尺寸數(shù)據(jù)，質(zhì)量檢驗(yàn)子模塊和數(shù)據(jù)庫子模塊相連傳輸歷史測(cè)量數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)查詢和保存。本實(shí)施例涉及的上述視覺輔助定位的非接觸式測(cè)量裝置的測(cè)量方法，包括以下步驟第一步，在數(shù)據(jù)處理模塊5的數(shù)據(jù)庫子模塊中創(chuàng)建并保存“V212”產(chǎn)品信息的數(shù)據(jù)庫文件，該文件包括三個(gè)待測(cè)參數(shù)“212A”、“212B”和“212C”，并分別輸入三個(gè)待測(cè)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，即:1500毫米、489. 25毫米和50毫米；第二步，調(diào)整產(chǎn)品7的待測(cè)方向與位移傳感器1掃描頭移動(dòng)方向一致，且圖像傳感器2正對(duì)產(chǎn)品7的被測(cè)表面，設(shè)置圖像傳感器2參數(shù)令外部顯示器顯示清晰圖像；第三步，控制位移傳感器1掃描頭沿產(chǎn)品7的“212A”方向移動(dòng)，通過觀察圖像顯示模塊3獲取的圖像來輔助位移傳感器1的掃描頭依次對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)品7的待測(cè)表面預(yù)先標(biāo)記的若干位置，記錄若干個(gè)標(biāo)記位置后，通過數(shù)據(jù)采集模塊4得到產(chǎn)品“212A”方向標(biāo)記位置的測(cè)量數(shù)據(jù)；所述的圖像顯示模塊3獲取的圖像中央設(shè)有紅色“十”字基準(zhǔn)線；第四步，按照第三步方法分別對(duì)“212B”和“212C”方向進(jìn)行掃描測(cè)量，得到“212B” 和“212C”方向標(biāo)記位置的測(cè)量數(shù)據(jù)；
第五步，依次重復(fù)第二步、第三步和第四步，對(duì)若干個(gè)“V212”型車用密封橡膠條產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)量；第六步，將測(cè)量數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集模塊4傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊5，數(shù)據(jù)處理模塊5 結(jié)合已保存的產(chǎn)品7的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，得到產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量參數(shù)，該參數(shù)包括上/下限容差、最大值、最小值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和工序能力指數(shù)(CP和CPK)。本實(shí)施例測(cè)量的有效長度范圍為0mm-2000mm，測(cè)量最高精度為0. Olmm,以圖像傳感器2為視覺輔助工具，通過位移傳感器1非接觸測(cè)量柔軟的車用密封條，實(shí)現(xiàn)了視覺輔助定位的快速非接觸式測(cè)量，同時(shí)測(cè)量精度、可靠性得到了提高，并且擴(kuò)大了測(cè)量應(yīng)用范圍。
權(quán)利要求
1.一種視覺輔助定位的非接觸式測(cè)量裝置，其特征在于，包括位移傳感器、圖像傳感器、圖像顯示模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和固定裝置，其中位移傳感器與數(shù)據(jù)采集模塊相連傳輸位移傳感器距離點(diǎn)列數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)處理模塊相連傳輸測(cè)量產(chǎn)品的尺寸數(shù)據(jù)，圖像顯示模塊與圖像傳感器相連傳輸位移傳感器掃描頭所對(duì)產(chǎn)品表面圖像， 位移傳感器的掃描頭和圖像傳感器分別固定在固定裝置上且圖像傳感器的安裝方向與位移傳感器掃描頭的移動(dòng)方向相互垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視覺輔助定位的非接觸式測(cè)量裝置，其特征是，所述的圖像采集模塊包括圖像采集卡和顯示器，其中圖像采集卡與圖像傳感器相連傳輸位移傳感器掃描頭所對(duì)產(chǎn)品的表面圖像，圖像采集卡和顯示器相連傳輸圖像信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視覺輔助定位的非接觸式測(cè)量裝置，其特征是，所述的數(shù)據(jù)處理模塊包括質(zhì)量檢驗(yàn)子模塊和數(shù)據(jù)庫子模塊，其中質(zhì)量檢驗(yàn)子模塊與數(shù)據(jù)采集模塊相連傳輸測(cè)量產(chǎn)品的尺寸數(shù)據(jù)，質(zhì)量檢驗(yàn)子模塊和數(shù)據(jù)庫子模塊相連傳輸歷史測(cè)量數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)查詢和保存。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的視覺輔助定位的非接觸式測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，在數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)庫子模塊創(chuàng)建被測(cè)產(chǎn)品信息的數(shù)據(jù)庫文件，輸入被測(cè)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)尺寸并保存；第二步，調(diào)整產(chǎn)品的待測(cè)方向與位移傳感器掃描頭移動(dòng)方向一致，且圖像傳感器位于產(chǎn)品正上方；第三步，控制位移傳感器掃描頭沿產(chǎn)品的待測(cè)方向移動(dòng)，通過觀察圖像顯示模塊獲取的圖像來輔助位移傳感器的掃描頭依次對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)品的待測(cè)表面的若干位置點(diǎn)，記錄若干個(gè)位置數(shù)據(jù)后，通過數(shù)據(jù)采集模塊得到產(chǎn)品掃描位置的測(cè)量數(shù)據(jù)；第四步，依次重復(fù)第二步和第三步，完成對(duì)待測(cè)產(chǎn)品的若干次測(cè)量，并將得到的測(cè)量數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集模塊傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊結(jié)合已保存的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)尺寸，得到產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的視覺輔助定位的非接觸式測(cè)量方法，其特征是，所述的圖像顯示模塊獲取的圖像中央設(shè)有紅色“十”字基準(zhǔn)線。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的視覺輔助定位的非接觸式測(cè)量方法，其特征是，所述的產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量參數(shù)包括待測(cè)尺寸的誤差，同類型產(chǎn)品該測(cè)量尺寸的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和工序能力指數(shù)。
全文摘要
一種測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的視覺輔助定位的非接觸式測(cè)量裝置及方法，裝置包括位移傳感器、圖像傳感器、圖像顯示模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和固定裝置，其中位移傳感器與數(shù)據(jù)采集模塊相連，數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)處理模塊相連，圖像顯示模塊與圖像傳感器相連，位移傳感器的掃描頭和圖像傳感器分別固定在固定裝置上且圖像傳感器的安裝方向與位移傳感器掃描頭的移動(dòng)方向相互垂直；方法具體為控制位移傳感器掃描頭沿著產(chǎn)品待測(cè)方向移動(dòng)，通過圖像視覺輔助掃描頭對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)品的若干位置點(diǎn)，測(cè)量若干個(gè)位置點(diǎn)相互之間的長度距離后檢驗(yàn)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，擴(kuò)大了測(cè)量應(yīng)用范圍，有效提高定位和測(cè)量的精度與效率。
文檔編號(hào)G01B11/02GK102175154SQ20101030008
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2010年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月7日
發(fā)明者朱逸, 杜月陽, 杜正春, 楊帆, 郭揚(yáng) 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)