專利名稱：一種基于機(jī)器視覺(jué)的大型在制工件幾何測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在制品測(cè)量方法及其裝置，具體涉及一種基于機(jī)器視覺(jué)的大型在制工件三 維幾何形狀與尺寸檢測(cè)系統(tǒng)的方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前機(jī)械制造業(yè)中零件的幾何加工質(zhì)量控制體系建立在加工后離機(jī)檢測(cè)的基礎(chǔ)上，且 以接觸式測(cè)量為主要方法。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等接觸式測(cè)量設(shè)備雖然有很高的測(cè)量精度，但是 工件必須撤離加工機(jī)床再安裝在測(cè)量機(jī)上檢測(cè)， 一旦發(fā)現(xiàn)加工尺寸、形位精度不合格，裝 回到加工機(jī)床上重新加工時(shí)，定位和加工往往累積超差。事后的被動(dòng)式檢測(cè)既費(fèi)時(shí)又效果 差，使零件加工的返工和報(bào)廢率很高。此外， 一方面精密接觸式測(cè)量設(shè)備需在測(cè)量室環(huán)境 下使用，另一方面，工件的很多復(fù)雜表面，尤其內(nèi)凹曲面或盲孔、窄槽等，接觸式測(cè)量往 往對(duì)之無(wú)能為力。加工與檢測(cè)(尤其非接觸式檢測(cè))在加工現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合，是當(dāng)今制造業(yè)的最 薄弱之處，在加工位置的工件三維可視化、數(shù)字化幾何檢測(cè)是解決該類問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)之
近年來(lái)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化的視像識(shí)別與檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)在許多行業(yè)得到實(shí)用 并取得顯著效益。在零件加工行業(yè)，商品化的二維視像檢測(cè)儀器已經(jīng)用于小物件的平面形 狀與尺寸測(cè)量，如國(guó)產(chǎn)的EP-1光學(xué)式投影儀的放大倍率有10X、 20X和50X三檔，對(duì)應(yīng)的 測(cè)量視場(chǎng)分別為30mni、 15腿和6mm。投影儀的基本特征是具有內(nèi)置光源、光學(xué)放大鏡、透 光的玻璃工作臺(tái)面和大投影屏，實(shí)現(xiàn)將放在工作臺(tái)上的被測(cè)物放大后在投影屏上觀察、測(cè) 量的功能。也已經(jīng)有二維視像加一維(高度)接觸式測(cè)量的三維幾何測(cè)量?jī)x器，但只適用 于較小高度的測(cè)量，如日本三豐(Mitut。yo)Quick Vision系列視像測(cè)量機(jī)，最大檢測(cè)高度 小于250mm，采用接觸式觸頭或激光實(shí)現(xiàn)高度方向測(cè)量，其基本特征是具有精密測(cè)量?jī)x器 級(jí)的大龍門(mén)機(jī)身、機(jī)架及其位移與控制系統(tǒng)、內(nèi)置光源，除視像測(cè)頭外還需加裝接觸式觸 發(fā)測(cè)頭或激光測(cè)頭、激光光源、激光全息光柵尺等精密部件。上述兩類視像測(cè)量?jī)x器都只 能在測(cè)量室環(huán)境中使用，被測(cè)物體必須置于儀器自身的載物臺(tái)上。目前尚無(wú)能在加工機(jī)床 上應(yīng)用的二維平面視像測(cè)量?jī)x器，也沒(méi)有只用視像法、適應(yīng)大型工件三維測(cè)量的儀器，更 沒(méi)有直接在加工機(jī)床上應(yīng)用的工件三維視像測(cè)量?jī)x器。基于結(jié)構(gòu)光調(diào)制原理的測(cè)量系統(tǒng)可 能應(yīng)用于大型物體的三維幾何測(cè)量，但其系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理與本專利方法不同。結(jié)構(gòu)光 三維視覺(jué)系統(tǒng)最基本的特征是必須具有專門(mén)的條紋光光學(xué)投射器，它將一定模式的條紋結(jié)
構(gòu)光投射于物體的表面，形成由被測(cè)物體表面形狀所調(diào)制的光條圖像，處于另一位置的攝 像機(jī)攝取被調(diào)制光條圖像，經(jīng)軟件處理后得到三維點(diǎn)云圖，由此重構(gòu)出被測(cè)物體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)用、費(fèi)用相對(duì)較低的可直接在加工機(jī)床上測(cè)量大型在制 工件的系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種基于機(jī)器視覺(jué)的大型在制工件幾何測(cè)量系統(tǒng)，包括機(jī)械臂安裝座、機(jī)械臂、相機(jī)、 光源架、機(jī)械臂數(shù)控模塊、圖像采集卡和計(jì)算機(jī)；機(jī)械臂安裝座是內(nèi)置步進(jìn)電機(jī)和傳動(dòng)齒 輪的便捷接口件，安裝在機(jī)床主軸殼體或工作臺(tái)上，可驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂繞垂直或平行于安裝座 安裝平面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)；可兩維伸縮和繞兩軸轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械臂安裝于機(jī)械臂安裝座上，其末端夾 持相機(jī)；光源架安裝在工件的上方；機(jī)械臂數(shù)控模塊一端與機(jī)械臂連接，另-一端與計(jì)算機(jī) 連接；計(jì)算機(jī)還通過(guò)圖橡采集卡與相機(jī)連接。
為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，所述便捷接口件為發(fā)蘭盤(pán)或燕尾槽或鐵磁性吸盤(pán)。
所述機(jī)械臂數(shù)控模塊包括機(jī)械臂中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)元件和與計(jì)算機(jī)通訊的電路，用于實(shí)現(xiàn) 計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)械臂的數(shù)控。
所述相機(jī)5機(jī)械地安裝在機(jī)械臂的末端。 所述計(jì)算機(jī)為通用的個(gè)人計(jì)算機(jī)或工控機(jī)。
所述相機(jī)為大尺寸、高分辨率的CCD或CMOS數(shù)字工業(yè)相機(jī)，包括成像畸變小的遠(yuǎn) 心、變焦或變倍鏡頭。
所述機(jī)械臂包括依次連接的機(jī)械臂接口、大臂、關(guān)節(jié)、小臂和相機(jī)座；機(jī)械臂接口上 端與機(jī)械臂安裝座用滾動(dòng)軸承連接，大臂的滾珠絲杠與機(jī)械臂安裝座的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器 連接，由機(jī)械臂安裝座中的電機(jī)帶動(dòng)大臂及小臂旋轉(zhuǎn)；大臂的滾珠絲杠上配合有可在其上 移動(dòng)的大滑板及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)大臂的伸縮；關(guān)節(jié)安裝在大臂末端，設(shè)有鉸鏈軸及驅(qū)動(dòng) 電機(jī)，可帶動(dòng)小臂轉(zhuǎn)動(dòng)；小臂通過(guò)關(guān)節(jié)與大臂連接，小臂中有齒輪軸，底部有齒的帶電機(jī) 滑塊可在齒輪軸上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)小臂伸縮；小臂末端安裝可調(diào)的相機(jī)座。
在所述相機(jī)座與相機(jī)之間加裝數(shù)控相機(jī)云臺(tái)。
所述光源架包括剛性桿、光源、剛性桿座和調(diào)光器，通過(guò)位于四角的剛性桿座組成方 形結(jié)構(gòu)；剛性桿一側(cè)固定LED光源，剛性桿兩端為螺紋段，旋入剛性桿座的螺紋通孔中， 可調(diào)節(jié)框架大??；通過(guò)旋動(dòng)剛性桿可以調(diào)節(jié)光源條的照射角度；調(diào)光器與各條光源相連， 用于調(diào)節(jié)光強(qiáng)。
所述光源架安裝在工件的上方是指光源架用柔性的繩索或鏈吊裝在機(jī)械臂上，或安裝 在機(jī)床內(nèi)壁，或直接放置在加工機(jī)床工作臺(tái)上，或者直接放置在工件上。 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1) 本發(fā)明測(cè)量系統(tǒng)只需用相機(jī)攝取被測(cè)物體圖像，經(jīng)圖像分析，計(jì)算出測(cè)量結(jié)果。 因完全采用視像法，故無(wú)需激光光源及激光測(cè)頭、接觸式觸發(fā)測(cè)頭等基于其他測(cè)量方法的 機(jī)構(gòu)，省卻昂貴的激光機(jī)構(gòu)費(fèi)用和不受接觸式測(cè)量方法的限制。
(2) 攜載相機(jī)的靈巧輕型數(shù)控機(jī)械臂可便捷安裝在加工機(jī)床上，無(wú)需另設(shè)機(jī)身、機(jī)架。 數(shù)控機(jī)械臂是個(gè)輕質(zhì)的多關(guān)節(jié)機(jī)器人，雖然其本身不行走，但可隨機(jī)床主軸大范圍三維移 動(dòng)，自身還可多向轉(zhuǎn)動(dòng)和伸縮，非測(cè)量時(shí)段可自行折起以保護(hù)相機(jī)和避免干涉加工。
(3) 工件不必撤離加工機(jī)床，相機(jī)由靈巧機(jī)械臂攜載，可對(duì)在加工位置的工件進(jìn)行攝 像，由其圖像可計(jì)算出幾何測(cè)量值。
(4) 攜載相機(jī)的機(jī)械臂安裝在機(jī)床主軸殼體上隨主軸移動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床所能加工 最大工件的測(cè)量。即便工件尺寸比較大，也可由分區(qū)域多次攝取的圖像拼接成完整圖像， 并計(jì)算出幾何測(cè)量值。
(5) 相機(jī)由靈巧機(jī)械臂攜載，可對(duì)在加工位置的工件進(jìn)行多方位攝像；經(jīng)圖像處理可 以重建出被測(cè)工件的三維立體，從而可以在加工機(jī)床上實(shí)現(xiàn)工件的三維測(cè)量。


圖1是本發(fā)明基于機(jī)器視覺(jué)的大型在制品幾何測(cè)量系統(tǒng)示意框圖； 圖2是圖1中機(jī)械臂的組成和運(yùn)動(dòng)示意圖3是圖1中貼附在工件被測(cè)表面的薄片標(biāo)志及利用其進(jìn)行圖像拼接的示意圖4是圖1中光源架的組成示意圖5是圖1中測(cè)量系統(tǒng)的工作流程框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一歩的說(shuō)明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局 限于實(shí)施方式表達(dá)的范圍。
如圖1所示基于機(jī)器視覺(jué)的大型在制工件幾何測(cè)量系統(tǒng)包括工件1、加工機(jī)床工作
臺(tái)2、機(jī)械臂安裝座3、機(jī)械臂4、相機(jī)5、光源架吊索6、光源架7、機(jī)械臂數(shù)控模塊8、 圖像采集卡9、顯示屏10和計(jì)算機(jī)11。安裝在加工機(jī)床工作臺(tái)2上的工件1保持在加工位 置，刀具退到加工區(qū)外適當(dāng)距離。機(jī)械臂安裝座3是內(nèi)置歩進(jìn)電機(jī)和傳動(dòng)齒輪的便捷接口 件，安裝在機(jī)床主軸殼體或工作臺(tái)上，可驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂4繞垂直或平行于安裝座安裝平面的 軸轉(zhuǎn)動(dòng)；可兩維伸縮和繞兩軸轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械臂4固裝于機(jī)械臂安裝座3上，其末端夾持相機(jī)
5;光源架7安裝在工件的上方；機(jī)械臂數(shù)控模塊8附置于機(jī)械臂安裝座3外殼體上或單置 于計(jì)算機(jī)11附近，其電路一端與機(jī)械臂4連接，另一端與計(jì)算機(jī)11連接；計(jì)算機(jī)11還通
過(guò)圖橡采集卡9與相機(jī)5連接。具體說(shuō)，機(jī)械臂安裝座3的一端是與具體機(jī)床主軸殼體或 工作臺(tái)相適配的便捷接口件，如用2 4個(gè)螺釘固定的發(fā)蘭盤(pán)，或燕尾溝槽、或鐵磁性吸盤(pán)， 座中內(nèi)置歩進(jìn)電機(jī)和傳動(dòng)齒輪，通過(guò)聯(lián)軸器將其齒輪軸與機(jī)械臂4中大臂13的絲杠聯(lián)結(jié)， 機(jī)械臂安裝座3的另一端與機(jī)械臂4的接口 12用滾珠軸承連接。機(jī)械臂安裝座3靜止，其 中的歩進(jìn)電機(jī)可驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂4旋轉(zhuǎn)。機(jī)械臂4可兩維伸縮和兩向轉(zhuǎn)動(dòng)，其末端夾持相機(jī)5。 機(jī)械臂數(shù)控模塊8是一個(gè)盒體，包括機(jī)械臂安裝座3中和機(jī)械臂4中各歩進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器 和控制電路，與計(jì)算機(jī)ll連線通訊，用于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)11對(duì)機(jī)械臂4的數(shù)控。由于只是確 定相機(jī)位置，控制精度不必太高，可以開(kāi)環(huán)數(shù)控。光源架7用柔性的繩索6或鏈吊裝在機(jī) 械臂上，也可以機(jī)械地安裝在機(jī)床內(nèi)壁上或直接放置在機(jī)床工作臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的照明。 安裝在機(jī)械臂4末端的相機(jī)5直接攝取工件圖像，采用大尺寸、高分辨率的CCD(或CMOS) 數(shù)字工業(yè)相機(jī)、成像畸變小的遠(yuǎn)心、變焦或變倍鏡頭，通過(guò)圖橡采集卡9進(jìn)行相機(jī)和計(jì)算 機(jī)11之間的信息轉(zhuǎn)換和傳輸。計(jì)算機(jī)II為通用的個(gè)人計(jì)算機(jī)或工控機(jī)，用于對(duì)機(jī)械臂進(jìn) 行數(shù)控和接收?qǐng)D像采集卡傳來(lái)的圖像信息并進(jìn)行后續(xù)圖像處理，計(jì)算和輸出測(cè)量結(jié)果。顯 示屏IO為與通用計(jì)算機(jī)配用的通用顯示屏，用于顯示人機(jī)交互界面和測(cè)量結(jié)果。
相機(jī)與工件的三維長(zhǎng)距離相對(duì)位移由加工機(jī)床主軸相對(duì)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，機(jī)械 臂4本身可攜載相機(jī)在中小范圍(行程200mm以內(nèi))內(nèi)移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖2所示，機(jī)械臂 4由機(jī)械臂接口 12、大臂13、關(guān)節(jié)14、小臂15和相機(jī)座16等部件組成。機(jī)械臂接口 12 上端與機(jī)械臂安裝座3用滾動(dòng)軸承連接，大臂13的滾珠絲杠與機(jī)械臂安裝座3的輸出軸通 過(guò)聯(lián)軸器連接，由機(jī)械臂安裝座3中的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)大臂13及小臂15作4),旋轉(zhuǎn)；大臂 13的滾珠絲杠上配合有可在其上移動(dòng)的大滑板及其歩進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，大滑板的移動(dòng)體現(xiàn)為大 臂13的伸縮(行程")；關(guān)節(jié)14為安裝在大臂13末端的鉸鏈軸及歩進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，可帶動(dòng) 小臂15作小2轉(zhuǎn)動(dòng)(b與(j)的轉(zhuǎn)軸正交)；小臂15通過(guò)關(guān)節(jié)14與大臂連接，小臂15中 有齒輪軸，底部有齒的滑塊(帶歩進(jìn)電機(jī))可在齒輪軸上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)小臂伸縮(行程L2); 小臂末端安裝可調(diào)的相機(jī)座16，為叉式或卡式機(jī)械件，用螺釘緊固。為使相機(jī)5有更多自 由度，可在相機(jī)座16與相機(jī)5之間加裝數(shù)控相機(jī)云臺(tái)(通用件)。機(jī)械臂零件用高強(qiáng)度比 的輕質(zhì)不銹金屬制造。大臂13截面為U形，在非測(cè)量時(shí)段關(guān)節(jié)14可將小臂15向上轉(zhuǎn)動(dòng) 直至完全套進(jìn)大臂13之內(nèi)(即4>2接近0° )，可避免干涉加工和保護(hù)相機(jī)。
如圖3所示，當(dāng)被測(cè)工件l比較大，無(wú)法一次拍攝LXH全面積，需要多次拍攝局部 圖像。如果工件被測(cè)表面本身缺乏區(qū)域識(shí)別標(biāo)志，可外貼薄片標(biāo)志17以利于分區(qū)拍攝和準(zhǔn)
確拼接圖像(圖3中工件被測(cè)表面分成Z/X^、 /;X&、 /3X&、 ^X/^共4個(gè)區(qū)域拍攝后拼 成LXH全圖)。外加薄片標(biāo)志17可以是設(shè)計(jì)成各種幾何圖案(有多個(gè)直線相交點(diǎn)或曲線 拐點(diǎn))、采用薄而韌的材料沖壓或線切割成鏤空薄片(對(duì)鋼鐵被測(cè)物體，可采用厚度lmm 以下的鐵磁性材料)。根據(jù)對(duì)工件的分塊區(qū)域，把薄片標(biāo)志17吸附或粘貼在各塊區(qū)域邊緣 附近，使相鄰塊的圖像包含同一個(gè)或數(shù)個(gè)標(biāo)志圖案，利用標(biāo)志圖案的特征，將各相鄰塊的 圖像準(zhǔn)確拼接，得到被測(cè)工件的完整圖像。此外，選定一個(gè)特定圖案的鏤空標(biāo)志片，準(zhǔn)確 測(cè)定其尺寸，用作攝像系統(tǒng)的快速標(biāo)定之標(biāo)準(zhǔn)尺寸(也可以采用其它材質(zhì)的標(biāo)定塊)。
如圖4所示，光源架7包括剛性桿18、光源19、剛性桿座20和調(diào)光器21，通過(guò)位于 四角的剛性桿座20組成方形結(jié)構(gòu)；剛性桿一側(cè)固定LED光源條19，光源條19也可以是其 他高照度光源，如鹵素?zé)?、無(wú)極燈等。剛性桿18兩端為外螺紋圓柱段，旋入剛性桿座20 的螺紋通孔中，可調(diào)節(jié)框架大小。通過(guò)旋動(dòng)剛性桿可以調(diào)節(jié)光源條19的照射角度(圖中各 ^角)。為防止螺紋退松，剛性桿端可加螺母壓緊。根據(jù)工件材質(zhì)和表面光亮狀況，選擇LED 的顏色和照射角度。根據(jù)欲攝像面積的大小，選擇光源的形狀和尺寸。光源表面可以加裝 磨砂玻璃或薄塑料片以獲得漫光效果。為減輕光源架7的重量，剛性桿18和剛性桿19用 輕質(zhì)材料如鋁或塑料制造。調(diào)光器21與各條光源相連，用于調(diào)節(jié)光強(qiáng)。
光源架7可用軟索6吊裝，或通過(guò)任兩個(gè)相鄰的剛性桿座機(jī)械地安裝在機(jī)床內(nèi)壁上， 或直接置于工件上。如用軟索吊裝可直接調(diào)整索長(zhǎng)；如直接放在工作臺(tái)上，可在數(shù)個(gè)剛性 桿座20底面加設(shè)高度調(diào)整螺釘如安裝在機(jī)床內(nèi)壁，在機(jī)床內(nèi)壁用螺釘附裝兩個(gè)有一定長(zhǎng) 度的滑槽座，使用兩根可伸縮桿與之配合并滑動(dòng)升降，可伸縮桿另一端與光源架剛性桿座 20機(jī)械連接。非測(cè)量時(shí)段將光源架縮進(jìn)折起或取下以避免干涉加工。
此外，也可以把多個(gè)條狀LED或許多個(gè)小燈泡狀LED并接固定在柔性塑料條上，塑 成所需形狀和大小的光源框。
采用已商品化的圖像處理軟件平臺(tái)，二次開(kāi)發(fā)圖像拼接和三維重建及二維與三維測(cè)量 軟件。
本系統(tǒng)工作流程如圖5所示在機(jī)床停止加工時(shí)實(shí)施工件測(cè)量，刀具退出加工區(qū)域。 首先根據(jù)被測(cè)工件大小和形狀及檢測(cè)要求，確定分區(qū)攝像次數(shù)和各次攝像時(shí)的相機(jī)工作距 離和方位；根據(jù)被測(cè)材質(zhì)和表面反光狀況選擇光源并調(diào)好光源架大??；使機(jī)械臂和光源架 安裝或釋放就位；如需分區(qū)域攝取多幅圖像而工件表面本身特征標(biāo)志不足，則在被測(cè)表面 增貼標(biāo)志薄片；啟動(dòng)機(jī)床，由數(shù)控機(jī)床主軸帶著機(jī)械臂和光源架作三維平移，使相機(jī)初歩 移到首次拍攝位置；在被測(cè)表面區(qū)域放置標(biāo)定片，拍攝包含標(biāo)定片的區(qū)域圖像；根據(jù)標(biāo)定 片圖像調(diào)節(jié)光源高度、照射角和光強(qiáng)；根據(jù)標(biāo)定片圖像通過(guò)PC機(jī)數(shù)控調(diào)整相機(jī)相對(duì)被測(cè)
面的距離與方位，直到由標(biāo)定片圖像分析測(cè)量的幾何值符合期望值，拍攝工件第一幅圖像; 由PC機(jī)數(shù)控機(jī)械臂移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，依次拍攝工件各區(qū)域平面圖像或體視圖像；通過(guò)計(jì)算機(jī) 軟件進(jìn)行圖像處理和拼接、三維重建，計(jì)算并輸出測(cè)量結(jié)果。計(jì)算機(jī)圖像處理軟件是在商 品化圖像處理軟件平臺(tái)上自行二次開(kāi)發(fā)，包括數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系、相機(jī)坐標(biāo)系、圖像坐標(biāo)系 之間的變換、相機(jī)內(nèi)外參數(shù)標(biāo)定、測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定、圖像二值化、圖像平滑去噪、圖像邊緣 銳化和提取、圖像匹配和拼接、三維點(diǎn)云生成、密化插值、立體重建、測(cè)量計(jì)算等功能。
權(quán)利要求
1、一種基于機(jī)器視覺(jué)的大型在制工件幾何測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括機(jī)械臂安裝座、機(jī)械臂、相機(jī)、光源架、機(jī)械臂數(shù)控模塊、圖像采集卡和計(jì)算機(jī)；機(jī)械臂安裝座是內(nèi)置步進(jìn)電機(jī)和傳動(dòng)齒輪的便捷接口件，安裝在機(jī)床主軸殼體或工作臺(tái)上，可驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂繞垂直或平行于安裝座安裝平面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)；可兩維伸縮和繞兩軸轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械臂安裝于機(jī)械臂安裝座上，其末端夾持相機(jī)；光源架安裝在工件的上方；機(jī)械臂數(shù)控模塊一端與機(jī)械臂連接，另一端與計(jì)算機(jī)連接；計(jì)算機(jī)還通過(guò)圖橡采集卡與相機(jī)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺(jué)的大型在制工件幾何測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所 述便捷接口件為發(fā)蘭盤(pán)或燕尾槽或鐵磁性吸盤(pán)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于機(jī)器視覺(jué)的大型在制工件幾何測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所 述機(jī)械臂數(shù)控模塊包括機(jī)械臂中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)元件和與計(jì)算機(jī)通訊的電路，用于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī) 對(duì)機(jī)械臂的數(shù)控。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺(jué)的大型在制工件幾何測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所 述相機(jī)5機(jī)械地安裝在機(jī)械臂的末端。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺(jué)的大型在制工件幾何測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所 述計(jì)算機(jī)為通用的個(gè)人計(jì)算機(jī)或工控機(jī)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺(jué)的大型在制工件幾何測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所 述相機(jī)為大尺寸、高分辨率的CCD或CMOS數(shù)字工業(yè)相機(jī)，包括成像畸變小的遠(yuǎn)心、變 焦或變倍鏡頭。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺(jué)的大型在制工件幾何測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所 述機(jī)械臂包括依次連接的機(jī)械臂接口、大臂、關(guān)節(jié)、小臂和相機(jī)座；機(jī)械臂接口上端與機(jī) 械臂安裝座用滾動(dòng)軸承連接，大臂的滾珠絲杠與機(jī)械臂安裝座的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器連接， 由機(jī)械臂安裝座中的電機(jī)帶動(dòng)大臂及小臂旋轉(zhuǎn)；大臂的滾珠絲杠上配合有可在其上移動(dòng)的 大滑板及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)大臂的伸縮；關(guān)節(jié)安裝在大臂末端，設(shè)有鉸鏈軸及驅(qū)動(dòng)電機(jī)， 可帶動(dòng)小臂轉(zhuǎn)動(dòng)；小臂通過(guò)關(guān)節(jié)與大臂連接，小臂中有齒輪軸，底部有齒的帶電機(jī)滑塊可 在齒輪軸上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)小臂伸縮；小臂末端安裝可調(diào)的相機(jī)座。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于機(jī)器視覺(jué)的大型在制工件幾何測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于在 所述相機(jī)座與相機(jī)之間加裝數(shù)控相機(jī)云臺(tái)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺(jué)的大型在制工件幾何測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所 述光源架包括剛性桿、光源、剛性桿座和調(diào)光器，通過(guò)位于四角的剛性桿座組成方形結(jié)構(gòu)； 剛性桿一側(cè)固定LED光源，剛性桿兩端為螺紋段，旋入剛性桿座的螺紋通孔中，可調(diào)節(jié)框 架大??；通過(guò)旋動(dòng)剛性桿可以調(diào)節(jié)光源條的照射角度；調(diào)光器與各條光源相連，用于調(diào)節(jié) 光強(qiáng)。
10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺(jué)的大型在制工件幾何測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于 所述光源架安裝在工件的上方是指光源架用柔性的繩索或鏈吊裝在機(jī)械臂上，或安裝在機(jī) 床內(nèi)壁，或直接放置在加工機(jī)床工作臺(tái)上，或者直接放置在工件上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于機(jī)器視覺(jué)的大型在制工件幾何測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括機(jī)械臂安裝座、機(jī)械臂、相機(jī)、光源架、機(jī)械臂數(shù)控模塊、圖像采集卡和計(jì)算機(jī)；機(jī)械臂安裝座是內(nèi)置步進(jìn)電機(jī)和傳動(dòng)齒輪的便捷接口件，安裝在機(jī)床主軸殼體或工作臺(tái)上；可兩維伸縮和繞兩軸轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械臂安裝于機(jī)械臂安裝座上，其術(shù)端夾持相機(jī)；光源架安裝在工件的上方；機(jī)械臂數(shù)控模塊一端與機(jī)械臂連接，另一端與計(jì)算機(jī)連接；計(jì)算機(jī)還通過(guò)圖橡采集卡與相機(jī)連接。測(cè)量系統(tǒng)只需用相機(jī)攝取被測(cè)物體圖像，經(jīng)圖像分析，計(jì)算出測(cè)量結(jié)果，完全采用視像法，無(wú)需激光光源及激光測(cè)頭、接觸式觸發(fā)測(cè)頭等機(jī)構(gòu)，省卻昂貴的激光機(jī)構(gòu)費(fèi)用和不受接觸式測(cè)量方法的限制。
文檔編號(hào)G01B11/00GK101182990SQ20071003186
公開(kāi)日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者全思博, 全燕鳴, 許雄超, 龔金云 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)