单目显微视觉测头动态测量技术的研究

　　1　引　言

　　坐标测量根据测量原理的不同分为接触式测量和非接触式测量两大类。接触式测量是,首先用接触式探针与被测工件接触来采集轮廓点,然后进行数据处理。由于接触式测头有一定的尺寸,所以不能对一些孔、槽、圆弧等尺寸较小的工件进行测量。由于探针的工作压力会引起工件的变形和划伤,所以也难以对一些薄片、刀口轮廓及柔软的材料进行测量。非接触式测量不需要测头与被测表面接触就可以实现对被测工件表面坐标点的采集。在目前的坐标测量机中,广泛采用的非接触测头是单目显微视觉测头,但显微视觉测头的一个致命缺点就是视场和景深都非常小,测量一个大型工件需要很长的时间,难以满足市场竞争中制造厂家对工件生产周期的要求。因此,本文提出了单目显微视觉测头的动态测量技术,在保证测量精度的同时,大大地缩短测量周期。

　　2　单目显微视觉动态测量系统的基本原理

　　单目显微视觉动态测量系统原理图如图1所示。测量时,计算机发送测量命令,CMM控制柜控制单目显微视觉测头在三维方向上的平移运动,依次对被测工件的表面进行图像采集,同时记录下在采集每帧图像时坐标测量机的光栅坐标。首先计算机对采集的序列图像进行运动场偏移复原和运动模糊复原;然后依据光栅坐标值的全景组合图像,重构出被测工件的整体三维形貌;最后根据工件的尺寸及定位要求,在重建的三维形貌上获取各个参数。

　　3　运动模糊复原

　　运动采集到的图像如图2(a)所示。由于CCD的场积分时间和场间隔时间不是理论中的无限小,因此视觉测头和被测对象之间的相对运动便会造成采集到的图像运动场偏移和运动模糊。所以在图像全景组合前需要对图像进行场偏移复原和运动模糊复原。处理步骤为:场偏移量求取、场偏移复原和运动模糊复原。

　　3.1　场偏移量的求取

　　由于在图像采集时,不能准确的测得坐标测量机的运动速度和方向,所以在CCD积分的场时间间隔内图像的运动偏移无法得知。因此本文使用如下方法求取场间隔时间。首先从原始图像中提取奇偶两场图像,分别使用两场图像的空白行的相邻两行插值该空白行,形成两帧与原图像同样大小的图像fo(x,y)和fe(x,y);然后分别对这两帧图像做二值化变换(这里以奇场为例)。

　　式中,threshold1和threshold2为图像直方图双峰中的第一个峰值和第二个峰值;sum为像素的8领域像素数统计值。其计算公式如下:

　　3.2　场偏移的复原

　　在求得场偏移量后,使用常用的图像平移公式移动偶场图像fe(x,y)[2]。