[发明专利]一种数控机床工件在线自动测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种数控机床工件在线自动测量装置，其特征在于：包括装置在运动机构上组成数控机床在线测试平台的扫描头；所述扫描头包括2个摄像机和线激光发射装置；所述2个摄像机参数相同；还包括检测图像中光条不同方向以及不同频率的边缘特征的Gabor滤波器。

2.根据权利要求1所述的数控机床工件在线自动测量装置，其特征在于：所述2个摄像机光轴平行，位于同一个平上的左右摄像机；所述线激光发射装置与所述2个摄像机位于同一平面且位于两个摄像机中间位置。

3.根据权利要求1或2所述的数控机床工件在线自动测量装置，其特征在于：所述Gabor滤波器有16个，对应同一中心频率的4种不同方向，及同一方向的4种不同中心频率。

4.基于权利要求1所述的数控机床工件在线自动测量装置的测量方法，具体方法步骤为：

步骤一、基于多尺度Gabor滤波，利用不同方向Gabor滤波值最大值对应方向的垂线确定图像中光线中线的法线方向，通过求解法线方向上高斯拟合的极值点得到光条中心的亚像素级位置；

步骤二、提取所述中线的角点，计算其三维坐标点云，并标定摄像机，具体方法为：通过光线光条中心角点的计算，在空间中生成一组控制点，同时计算出这些控制点的三维世界坐标(xi，yi，zi)，给出这些控制点的三维世界坐标及其成像点的二维图像坐标；

步骤三、应用中心线控制点对，建立模型算法进行立体匹配。

5.根据权利要求4所述的数据机床工件在线自动测量方法，所述多尺度Gabor滤波为对于同一中心频率取4种不同方向，同一方向取4种不同中心频率，形成16个滤波器的组合，以检测图像中光条不同方向以及不同频率的边缘特征。

6.根据权利要求5所述的数据机床工件在线自动测量方法，所述同一中心频率的4种不同方向为0，π/4，π/2，3π/4，即4种模式，水平、垂直、左倾45°、右倾45°。

7.根据权利要求5所述的数据机床工件在线自动测量方法，所述同一方向的4种不同中心频率大小按比例递增。

8.根据权利要求4所述的数据机床工件在线自动测量方法，进行高斯拟合的具体方法为：找出曲线的顶点位置，把高斯曲线做一下变换，两边取对数得到公式：

lny=-(x-μ)22σ2+ln12πσ]]>

设二次曲线的形式为y*＝Ax²+Bx+C，根据方形孔径采样定理，每个像素输出的灰度值为：

y*(n)=∫n-1/2n+1/2(Ax2+Bx+c)dx]]>

令差分值最大的点的序号为0，值表示为f₀，相邻的两个点的序号分别表示为-1和1，相应的值用f_-1和f₁表示，求出三个像素输出的灰度值如下所示：

f-1=∫-1/2-3/2(Ax2+Bx+c)dx=-1312A+B-c]]>

同样可得：

f0=∫-1/21/2(Ax2+Bx+c)dx=112A+c]]>

f1=∫1/23/2(Ax2+Bx+c)dx=76A+B+c]]>

合并解出A、B、C得：

A＝12(2f₀+f_-1-f₁)

B＝-27f₀-13f_-1+14f₁

C＝-f₀-f_-1+f₁

抛物线的顶点横坐标为把上面结果代入得到抛物线顶点坐标：

x=14f1-13f-1-27f024(2f0+f-1-f1)]]>

上式中的像素灰度值用对数值代替,得到亚像素边缘提取的公式:

x=14lnf1-13lnf-1-27lnf024(2lnf0+lnf-1-lnf1).]]>

9.根据权利要求4所述的数据机床工件在线自动测量方法，提取所述中线的角点，计算其三维坐标点云的具体方法为：在Harrs算子中，首先确定给出的矩阵M，

M=G(σ)⊗Ix2IxIyIxIyIy2]]>

通过分析矩阵M的特征值来判断特征点位置，其中：G(σ)是均值为零方差为σ的高斯模版，用于高斯平滑；在模版图像中，求出每个像素位置(x，y)的矩阵M两个特征值λ₁(x,y)和λ₂(x,y)_，并使得λ₁(x,y)大于等于λ₂(x,y)，控制点筛选条件为：

a)λ1(x0,y0)>T1λ1(x0,y0)/λ2(x0,y0)<T2λ2(x0,y0)=max(x,y)∈s(x0,y0){λ1(x,y)}]]>

其中_：T₁、T₂为阀值，s(x₀,y₀)表示(x₀,y₀)的邻域；计算激光中心线角点的三维立体坐标，分别在左右二维坐标中利用三角原理得：

-u1f=d+xL+zv1f=yL+zu2f=d-xL+z]]>-v2f=-yL+z]]>

求解得到

x=(u1+u2u1-u2)dy=2dv1u2-u1z=2dfu2-u1-L,]]>

其中f是左右摄像机的焦距，d是左右摄像机光心与激光面的距离，L是左右摄像机光心到被测物体中心的垂直距离，以被测物体中心为三位世界坐标原点，(x，y，z)是对应三维座标，(u1，v1)和(u2，v2)是左右摄像机图像平面坐标。