[发明专利]光栅影像复合自动测量方法

摘要

本发明专利公开了一种光栅影像复合自动测量方法，属于测量仪器领域；为了发挥光栅的测量精度高、使用方便和影像非接触测量的优势，该发明解决了光栅测量技术与影像测量技术有机结合中的难题；定义了光栅坐标系、影像坐标系和被测工件之间的相互关系，提出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方法，定义了边缘状态特征值η并给出了计算方法，给出了被测工件真实边缘灰度阈值β的标定方法。光栅影像复合自动测量方法具有测量精度高，自动化程度高等特点，可以广泛应用于汽车、航空、航天、电子等领域中光滑极限量规和高精度加工件的非接触测量。

主权项

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：