[发明专利]光栅影像复合自动测量方法

权利要求书

1.一种光栅影像复合自动测量方法，技术方案包括机架、X工作台、X工作台驱动装置和X轴光栅、Y工作台、Y工作台驱动装置和Y轴光栅、光源、工件夹持装置、滑块及滑块高度调节装置、显微镜和图像传感器、光栅信号处理器、步进电机驱动器和计算机控制系统；其特征在于：由X轴光栅、Y轴光栅形成一个正交的光栅坐标系；光栅坐标系的度量单位采用工程测量中常用的长度单位制；影像测量系统是由光源、显微镜、图像传感器器件和图像信号采集系统组成；图像传感器器件是由m×n个光电转换元件组成，图像形成一个正交的U、V影像坐标系，影像坐标系的横轴为U轴，影像坐标系的纵轴为V轴，影像坐标系的横轴U与光栅坐标系的X轴平行，影像坐标系的方向与对应的光栅坐标系方向相同；在转换的图像中形成了m×n个像素，影像坐标系的度量单位为像素的个数，影像坐标系有效区域为m×n；影像坐标系中测量的像素值转换成光栅坐标系中的度量单位，每个光电转换元件的面积为i×i，i为像素尺寸，显微镜的放大倍率为k，转换系数μ=i／k；工件位置处于光源和显微镜之间，当待测工件的边缘移动到影像坐标系有效区域内，工件实体部分遮挡了光源的光线，实体部分在影像坐标系中的灰度值较小，呈黑色，未被工件实体遮挡区域在影像坐标系中的灰度值较大，呈白色，工件的边缘在影像坐标系中是一个过渡带；通过标定，可以得到被测工件真实边缘灰度阈值β；定义光栅坐标系为绝对坐标系，影像坐标系为相对坐标系，工件相对光栅坐标系位置不变；定义的坐标系运动关系不代表仪器测量时仪器真实的物理运动关系；测量时，首先移动影像坐标系，让工件c上包含被测尺寸第一个点a的边缘进入影像坐标系中，影像坐标系原点位于光栅坐标系的(X₁，Y₁)位置，用被测工件真实边缘灰度阈值β提取图像的边缘，a点在影像坐标系中的坐标位置为(U₁，V₁)；然后移动影像坐标系，使工件上包含被测尺寸第二个点b的边缘移动到U、V坐标系可视区域内，移动后，影像坐标系原点在光栅坐标系中的坐标位置为(X₂，Y₂)；b点在影像坐标系中的坐标位置为(U₂，V₂)；工件上a点到b点的尺寸L按下式求出： 

2.根据权利要求1所述的一种光栅影像复合自动测量方法，其特征在于：图像传感器器件可以是CCD器件，也可以是CMOS器件。 

3.根据权利要求1所述的一种光栅影像复合自动测量方法，其特征在于：采用了影像坐标系度量单位与光栅坐标系度量单位的在线标定法；标定步骤为： 

1)在工件中寻找一个与待标定坐标轴垂直的工件边缘； 

2)将该边缘移动到影像坐标系有效区域内，且使该边缘处在影像坐标系待标定坐标轴靠近零点的位置； 

3)在工件边缘的过渡带中任取一灰度值λ，作为工件的边缘灰度值，推荐取工件真实边缘灰度阈值β； 

4)移动相对坐标系，使工件边缘在影像坐标系有效区域内沿被标定坐标轴方向移动p次，工作台在每次移动后，记录影像坐标系在光栅坐标系中的坐标值W_i，同时在影像坐标系中按灰度值λ取点，在影像坐标系中得到一系列的坐标点，对这些点进行线性拟合，得到一条工件边缘线方程，取该直线在影像坐标系区域内的中点作为本次移动时工件边缘在标定坐 标方向的坐标值S_i，i＝1，……，p，p+1； 

5)对p+1组数据(W_i，S_i)进行最小二乘法拟合，得到标度变换线方程W=μS+e，μ为该直线的斜率，其物理意义就是影像坐标系中每个像素对应光栅坐标系中的长度，也就是影像坐标系相对于光栅坐标系的度量单位转换系数，具体数值与光栅坐标系中所取长度单位有关。 

4.根据权利要求1所述的一种光栅影像复合自动测量方法，其特征在于：定义了边缘状态特征值η，该特征值反映影像坐标系中相邻两像素点灰度值变化情况；计算的方法是在图像坐标系中，沿着被测尺寸平行的方向，求出相邻两像素点的灰度差值的平方，然后将计算区域内全部灰度差值的平方求和。