本發(fā)明屬于機器視覺測量技術領域，涉及一種基于LabVIEW軟件開發(fā)平臺的熱態(tài)件幾何尺寸測量控制系統(tǒng)。

背景技術：

在視覺測量技術中，廣泛使用雙目視覺測量系統(tǒng)進行尺寸測量，針對大尺寸的熱態(tài)零件，利用兩個雙目視覺測量系統(tǒng)，分別測量后進行拼接，最后得到測量結(jié)果。因此，在視覺測量中的不同階段，需要對系統(tǒng)進行實時的控制與調(diào)整。其包括對四臺相機采集圖像的控制、對兩個雙目視覺測量系統(tǒng)的內(nèi)外參數(shù)進行標定、利用標定結(jié)果控制左右雙目系統(tǒng)的測量過程。但是，現(xiàn)有的測量控制系統(tǒng)大多為針對測量過程中的單個模塊，并沒有形成一個可以實現(xiàn)控制整個視覺測量過程的系統(tǒng)，沒有完整的測量控制系統(tǒng)軟件致使無法進一步實現(xiàn)測量系統(tǒng)的儀器化，在實際應用中存在局限性，無法進一步實現(xiàn)應用化的量產(chǎn)。在目前的情況下，需要設計一種新的高度自動化的人機交互界面，實現(xiàn)對整個測量過程的個性化控制來最終獲得測量結(jié)果。

大連理工大學賈振元、徐鵬濤等人申請的發(fā)明專利公開號為CN105141204A,“一種基于LabVIEW的多電機控制系統(tǒng)”中利用LabVIEW軟件開發(fā)平臺開發(fā)出了可以控制多臺電機協(xié)同運動的人機交互界面，將激光投射器固定在電機上，進而可以實現(xiàn)對光條投影模式的快速切換及光條間間距和位置的協(xié)同及獨立調(diào)節(jié)，在視覺測量的過程中，一定程度地實現(xiàn)了自動化。但在整個視覺測量過程中，光條的投影調(diào)節(jié)控制只是對視覺測量系統(tǒng)中的標定階段的投影控制，對于整個視覺測量過程，并沒有形成一個完整的視覺測量控制系統(tǒng)，仍然沒有形成一個自動化的測量系統(tǒng)。實際測量過程中，仍然需要各模塊獨立調(diào)節(jié)，各模塊數(shù)據(jù)是分離的。這大大降低了視覺測量的效率，同時也加大了現(xiàn)場操作的難度，不利于便捷高效的實現(xiàn)測量，阻礙了實現(xiàn)視覺測量系統(tǒng)自動化的進程。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術難題是發(fā)明一種基于視覺的熱態(tài)件幾何尺寸測量控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分構成，硬件部分由電源、工作站、通信板卡、脈沖觸發(fā)卡、圖像采集卡、相機、以及嵌入LabVIEW軟件開發(fā)平臺并設有用戶交互界面的控制器組成；軟件部分基于LabVIEW的軟件開發(fā)平臺編寫整個測量控制系統(tǒng)的控制程序以及系統(tǒng)界面，通過編寫的系統(tǒng)控制測量過程中相關的硬件設備，實現(xiàn)對熱態(tài)件測量過程中的各個模塊的所有協(xié)同控制，使每個模塊內(nèi)部可快速穩(wěn)定的獨立調(diào)節(jié)控制，模塊間的數(shù)據(jù)可以快速穩(wěn)定的進行傳輸，最終實現(xiàn)對整個測量系統(tǒng)的協(xié)同控制，有效提高熱態(tài)件幾何尺寸測量的效率，為以后進一步的實現(xiàn)測量系統(tǒng)儀器化提供軟件支撐。

本發(fā)明采用的技術方案是一種基于視覺的熱態(tài)件幾何尺寸測量控制系統(tǒng)，測量控制系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分組成，其特征在于，所述硬件部分由電源、工作站、通信板卡、脈沖觸發(fā)卡、圖像采集卡、相機、以及嵌入LabVIEW軟件開發(fā)平臺并設有用戶交互界面的控制器組成；其中，電源與工作站、控制器分別相連接；通信板卡一端與工作站相連接，通信板卡另一端與控制器相連接，控制器中插入圖像采集卡和脈沖觸發(fā)卡，控制器的另一側(cè)與四臺相機相連接，實現(xiàn)相機與控制器間的通訊；

所述軟件部分是基于LabVIEW的軟件開發(fā)平臺開發(fā)的，軟件部分由雙目視覺測量系統(tǒng)1和四目測量系統(tǒng)2組成，雙目視覺測量系統(tǒng)1由標定圖像采集模塊II、標定內(nèi)參數(shù)初始值模塊III、標定整體優(yōu)化模塊IV、截圖檢測模塊V、左雙目采集測量模塊VI、右雙目采集測量模塊VII構成；四目測量系統(tǒng)2由拼接標定模塊VIII和四目采集測量模塊IX構成；總界面I實現(xiàn)對測量過程中各個模塊的跳轉(zhuǎn)控制；實現(xiàn)對熱態(tài)件幾何尺寸測量過程中的多個模塊進行各自的獨立控制以及協(xié)同控制；

測量系統(tǒng)的具體控制和測量過程如下：

首先檢測硬件設備連接是否完好，再打開控制系統(tǒng)進行操作；

第一步在總界面I中點擊標定圖像采集按鈕，進入標定圖像采集模塊II，標定圖像采集模塊II由左雙目標定采集a和右雙目標定采集b構成，分別設置了采集時間，采集頻率，采集圖像的張數(shù)，還設置圖像的存儲位置，設置圖像的存儲名稱系統(tǒng)所需的參數(shù)，實現(xiàn)分別控制左右兩個雙目系統(tǒng)中各自的兩個相機的圖像采集功能，控制雙目相機同步多次采集圖像，實現(xiàn)對采集圖像的控制以及圖像存儲的控制，用戶可以自定義圖像存儲位置和存儲文件名稱；輸入所需參數(shù)后點擊開始按鈕，系統(tǒng)自動采集并存儲圖像于用戶指定的路徑下，點擊返回按鈕返回總界面；

第二步點擊標定內(nèi)參數(shù)初始值按鈕，進入標定內(nèi)參數(shù)初始值模塊III；標定內(nèi)參數(shù)初始值模塊III由左雙目標定內(nèi)參數(shù)初始值c和右雙目標定內(nèi)參數(shù)初始值d兩部分構成，分別控制左右兩個雙目系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)的標定過程，實現(xiàn)標定結(jié)果的用戶界面顯示以及內(nèi)部存儲，保證以后階段對此部分數(shù)據(jù)的傳輸；點擊開始按鈕，系統(tǒng)自動生成標定初始結(jié)果，同時標定初始結(jié)果被后臺程序自動存儲于指定位置，點擊返回按鈕返回總界面；

第三步點擊標定整體優(yōu)化按鈕進入標定整體優(yōu)化模塊IV，標定整體優(yōu)化模塊IV由左雙目標定整體優(yōu)化e和右雙目標定整體優(yōu)化f構成，實現(xiàn)對模塊III初始標定結(jié)果的讀取以及優(yōu)化處理，最終獲取標定結(jié)果，存儲于指定位置以備下階段調(diào)用；輸入系統(tǒng)所需參數(shù)后，點擊開始按鈕，系統(tǒng)后臺程序自動調(diào)用上一界面的標定初始結(jié)果并通過優(yōu)化獲得最終的標定結(jié)果，顯示于用戶界面，自動存儲于指定路徑下；

以上是雙目測量系統(tǒng)1的標定過程，標定過程只需在改變測量儀器位置時需重新標定，如測量儀器位置不變，只需標定一次即可多次測量；

第四步標定結(jié)束后進行測量過程控制，在總界面I點擊左雙目采集測量按鈕或右雙目測量采集按鈕分別進入左雙目采集測量模塊VI或右雙目采集測量模塊VII的雙目測量系統(tǒng)子界面，輸入系統(tǒng)所需參數(shù)后，點擊開始按鈕，系統(tǒng)自動進行圖像采集并自動讀取采集的圖像進行數(shù)據(jù)處理，最終將測量結(jié)果直接顯示于用戶界面，點擊停止按鈕，測量完成停止運行；

第五步當熱態(tài)件的尺寸過大，雙目測量系統(tǒng)1無法滿足時，此系統(tǒng)設定了第二種測量方式，通過四目測量系統(tǒng)2實現(xiàn)對大型熱態(tài)件整體幾何尺寸的測量；在四目測量前，需利用拼接標定模塊VIII對四目系統(tǒng)進行標定；點擊拼接標定按鈕進入拼接標定模塊VIII，輸入系統(tǒng)所需參數(shù)后，點擊開始按鈕，系統(tǒng)自動獲取四目測量系統(tǒng)標定圖像，同時后臺程序直接對圖像以及上一模塊的標定結(jié)果進行統(tǒng)一處理，并存儲；測量結(jié)束后點擊停止按鈕停止運行；最終在用戶界面顯示標定結(jié)果，并存儲于指定路徑下；標定完成后點擊返回按鈕返回總界面；

此外，測量過程中通過截圖檢測模塊V對測量階段相機獲取的圖形進行截取，只留下有有效信息的部分后，在測量過程中，系統(tǒng)將直接讀取截圖檢測模塊的結(jié)果，對圖像進行處理獲取測量結(jié)果。

本發(fā)明的有益效果是測量系統(tǒng)中各個模塊的內(nèi)部程序以及模塊間的數(shù)據(jù)傳遞都包含在后臺的程序框圖中，用戶只需在前面板控制測量過程的進行，即可獲得測量結(jié)果，實現(xiàn)測量的高度自動化。操作簡單，對操作人員專業(yè)知識要求低，高效方便，自動化程度高，可以高效方便地對整個測量過程進行協(xié)同控制，實現(xiàn)一個系統(tǒng)完成整個測量過程，提高了視覺測量的效率。

附圖說明

圖1為控制系統(tǒng)硬件結(jié)構示意圖。

圖2為軟件的控制測量流程圖。其中，1-雙目視覺測量系統(tǒng)，2-四目測量系統(tǒng)，I-總界面、II-標定圖像采集模塊、III-標定內(nèi)參數(shù)初始值模塊、IV-標定整體優(yōu)化模塊、V-截圖檢測模塊、VI-左雙目采集測量模塊、VII-右雙目采集測量模塊、VIII-拼接標定模塊、IX-四目采集測量模塊。

圖3為總界面I的軟件控制界面。控制界面中有激光標定按鈕、標定圖像采集按鈕、電控平臺控制按鈕、標定內(nèi)參數(shù)初始值按鈕、四目采集測量按鈕、標定整體優(yōu)化按鈕、截圖檢測按鈕、左雙目采集測量按鈕、右雙目采集測量按鈕、拼接標定按鈕。

圖4為標定圖像采集模塊II的軟件控制界面。其中，a-左雙目標定采集，b-右雙目標定采集。

圖5為內(nèi)參數(shù)標定初始值模塊III的軟件控制界面。其中，c-左雙目標定內(nèi)參數(shù)初始值，d-右雙目標定內(nèi)參數(shù)初始值。

圖6為標定優(yōu)化模塊IV的軟件控制界面。其中，e-左雙目標定整體優(yōu)化，f-右雙目標定整體優(yōu)化。

圖7為圖像截圖檢測模塊V的軟件控制界面。其中，g-左雙目截圖檢測，h-右雙目截圖檢測。

圖8為左雙目采集測量模塊VI的軟件控制界面，圖9為右雙目采集測量模塊VII的軟件控制界面，圖10為拼接標定模塊VIII的軟件控制界面，圖11為四目采集測量模塊IX的軟件控制界面。

具體實施方式

以下結(jié)合技術方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式。

實施例中，操作者通過人機交互界面實現(xiàn)對熱態(tài)件幾何尺寸的測量，并獲得測量結(jié)果，實現(xiàn)對整個測量過程的自動化控制。

實施例1，測量控制系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分組成，硬件部分包括工作站、通信板卡、控制器、圖像采集卡、脈沖觸發(fā)卡、四臺相機。工作站和控制器需要外接電源，相機可以直接通過控制器進行供電。工作站和控制器通過通信板卡進行連接，進行數(shù)據(jù)的傳輸，圖像采集卡和脈沖觸發(fā)卡放置在控制器中，圖像采集卡的另一側(cè)與相機相連接，脈沖觸發(fā)卡的另一側(cè)與相機相連接，通過接受控制器控制給相機發(fā)射脈沖信號，控制相機采集圖像，相機采集的圖像通過圖像采集卡進行傳輸。如圖1所示。

軟件部分是通過基于LabVIEW的軟件開發(fā)平臺所開發(fā)的，通過控制軟件實現(xiàn)對測量過程中各個模塊的獨立以及協(xié)同控制。圖2為軟件的控制測量流程圖。其中，雙目視覺測量系統(tǒng)1由標定圖像采集模塊II、標定內(nèi)參數(shù)初始值模塊III、標定整體優(yōu)化模塊IV、截圖檢測模塊V、左雙目采集測量模塊VI、右雙目采集測量模塊VII組成，四目測量系統(tǒng)2由拼接標定模塊VIII、四目采集測量模塊IX組成。軟件部分由總界面I實現(xiàn)對測量過程中各個模塊的跳轉(zhuǎn)控制。

圖3為總界面I的軟件控制界面，通過點擊總界面上的各個不同按鈕，可以實現(xiàn)相應界面的轉(zhuǎn)換。

圖4為標定圖像采集模塊II，由左雙目標定采集a和右雙目標定采集b構成，實現(xiàn)分別控制左右兩個雙目系統(tǒng)中各自的兩個相機的圖像采集功能，控制雙目相機同步多次采集圖像，實現(xiàn)對采集圖像的控制以及圖像存儲的控制，用戶可以自定義圖像存儲位置和存儲文件名稱。圖5為標定內(nèi)參數(shù)初始值模塊III，由左雙目標定內(nèi)參數(shù)初始值c和右雙目標定內(nèi)參數(shù)初始值d兩部分構成，分別控制左右兩個雙目系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)的標定過程，實現(xiàn)標定結(jié)果的用戶界面顯示以及內(nèi)部存儲，保證以后階段對此部分數(shù)據(jù)的傳輸。圖6為標定整體優(yōu)化模塊IV，由左雙目標定整體優(yōu)化e和右雙目標定整體優(yōu)化f構成，實現(xiàn)對模塊III初始標定結(jié)果的讀取以及優(yōu)化處理，最終獲取標定結(jié)果，存儲于指定位置以備下階段調(diào)用。圖7為截圖檢測模塊V，由左雙目截圖檢測g和右雙目截圖檢測h構成，控制計算機對相機獲取圖片中所要的信息部分進行截取，降低計算機的計算量，加快測量效率。圖8為左雙目采集測量模塊VI，實現(xiàn)對左雙目系統(tǒng)的兩個相機采集測量圖像的控制，控制相機同步采集圖像、存儲圖像、對圖像進行圖像處理后最終獲得測量結(jié)果數(shù)據(jù)和圖像結(jié)果。圖9為右雙目采集測量模塊VII，實現(xiàn)對右雙目系統(tǒng)的兩個相機采集測量圖像的控制，控制相機同步采集圖像、存儲圖像、對圖像進行圖像處理后最終獲得測量結(jié)果數(shù)據(jù)和圖像結(jié)果。圖10為拼接標定模塊VIII是當系統(tǒng)使用四目采集測量時所需的標定模塊，在四目采集測量之前，需要標定左雙目和右雙目測量系統(tǒng)。實現(xiàn)四目標定采集圖像過程以及標定過程一體化。圖11為四目采集測量模塊IX是系統(tǒng)提供的第二種測量方式，當熱態(tài)件的尺寸過大，雙目測量系統(tǒng)1無法滿足時使用。

工作時，先將硬件部分按附圖1連接好，工作站為上位機，然后打開操作系統(tǒng)界面。軟件的控制流程是：首先在總界面I中點擊標定圖像采集按鈕，跳轉(zhuǎn)到標定圖像采集界面，輸入設置的采集時間、采集頻率、采集圖像的張數(shù)、設置圖像的存儲位置、設置圖像的存儲名稱系統(tǒng)所需參數(shù)后，再點擊系統(tǒng)中的左雙目采集和右雙目采集按鈕，系統(tǒng)自動獲取標定圖像并存儲于指定位置。點擊一次實現(xiàn)一次采集存儲過程，可多次點擊多次采集。然后點擊返回按鈕返回總界面。

點擊標定內(nèi)參數(shù)初始值按鈕進入標定內(nèi)參數(shù)初始值界面，點擊左雙目和右雙目的開始按鈕即可實現(xiàn)分別對左雙目和右雙目系統(tǒng)的標定初始值，系統(tǒng)自動顯示并存儲標定初始值結(jié)果。結(jié)束后按返回按鈕返回總界面。

點擊標定整體優(yōu)化按鈕進入標定整體優(yōu)化界面，輸入相關標定參數(shù)后，通過點擊左雙目和右雙目的開始按鈕，系統(tǒng)自動調(diào)用上一模塊的初始標定結(jié)果計算優(yōu)化結(jié)果進行處理，最終獲得標定結(jié)果，顯示并存儲于后臺指定位置。標定過程只需在改變測量儀器位置時需重新進行，測量儀器位置不變，只需標定一次即可多次測量。標定結(jié)束后進行測量過程控制，如附圖2所示。

當熱態(tài)件尺寸非過大時，可以通過雙目視覺測量系統(tǒng)1進行測量。左雙目采集測量和右雙目采集測量模塊相似，此處以左雙目采集測量為例，在總界面I點擊左雙目采集測量按鈕進入左雙目采集測量界面，輸入采集時間，采集頻率，采集張數(shù)，所需測量的圖像等系統(tǒng)所需參數(shù)，然后點擊開始按鈕，系統(tǒng)自動進行圖像獲取存儲并讀取標定結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理，最終在用戶界面顯示測量結(jié)果數(shù)據(jù)并存儲。期間，可以通過截圖檢測按鈕進入截圖檢測界面，對測量階段相機獲取的圖形進行截取，只留下有有效信息的部分，數(shù)據(jù)自動在后臺存儲，系統(tǒng)在之后的測量過程中可自動讀取截圖結(jié)果進行處理。

當所測量的熱態(tài)件的尺寸超過雙目視覺測量系統(tǒng)的測量范圍時，還可以通過四目測量系統(tǒng)2進行測量。首先在總界面I點擊拼接標定按鈕，進入拼接標定界面，輸入標定四目相機所需的參數(shù)后點擊開始按鈕，對四目相機系統(tǒng)進行標定拼接，獲取的標定結(jié)果自動存儲于指定位置。完成標定后，點擊返回按鈕，返回到總界面，點擊四目采集測量按鈕，進入四目采集測量界面，輸入測量所需參數(shù)后點擊開始即可進行四目采集測量過程，系統(tǒng)自動控制四臺相機進行圖像采集，同時讀取拼接標定結(jié)果對圖像進行處理，最終將測量結(jié)果顯示于用戶界面。測量結(jié)束，點擊停止按鈕結(jié)束系統(tǒng)運行。

本發(fā)明可以實現(xiàn)用戶通過系統(tǒng)界面完成對整個測量過程的協(xié)同及獨立控制，操作簡便，穩(wěn)定可靠。可以適應不同的熱態(tài)件尺寸范圍，提高了測量系統(tǒng)的適用性。