一种基于图像处理确定工件坐标原点的机载自动测量系统

摘要

本发明属于机械工程中的机械制造技术领域和图像测量技术领域，具体是一种基于图像处理确定工件坐标原点的机载自动测量系统。利用机载测量装置来确定加工工件编程原点坐标的非接触式自动测量系统，系统主要由机载CCD图像采集发送装置、信号接收和图像分析处理装置和测量软件组成。本发明安装拆卸方便，结构紧凑，效率高，采用非接触图像测量技术获取工件编程原点，速度快精度高。

主权项

1.一种基于图像处理确定工件坐标原点的机载自动测量系统，其特征在于：按照如下步骤进行：步骤一，将CCD图像采集发送装置从刀库中通过数控加工中心的自动换刀装置换装到加工中心的主轴上；步骤二，让CCD图像采集发送装置在主轴带动下沿机床坐标系的Z轴向下做大步长移动，步长范围为1~10mm，移动一步采集一幅图像，然后用离焦深度法确定工件的高度范围；步骤三，让CCD图像采集发送装置沿机床坐标系Z向在工件的高度范围内从上到下做小步长移动，步长范围为1~100μm，移动一步采集一幅图像，同时记下主轴在机床坐标系中的X向和Y向的坐标值X_so和Y_so，组成工件表面在Z向上的序列图像；步骤四，由变焦建模法求出步骤三中序列图像里第k幅图像中聚焦清晰的像素，并记下该幅图像中每一个聚焦清晰的像素在该图图像坐标系中的像素坐标i_k、j_k、像素灰度值p_k和获取该幅图像时CCD图像采集发送装置在机床坐标系中的Z向坐标Z_k；从而得到第k幅图像中聚焦清晰像素的坐标灰度值（i_k，j_k，Z_k，p_k）；依此方法，得到序列图像中所有图像的坐标灰度值集合{（i_k，j_k，Z_k，p_k）|1≤k≤K}，K为序列图像的总图像数；步骤五，从步骤四的序列图像坐标灰度值集合中选取第k_m幅图像，读取其坐标灰度值（i_km，j_km，Z_km，p_km），将其中的聚焦清晰的像素（i_km，j_km，p_km）组成第一幅图像，将CCD图像采集发送装置沿机床坐标系Z向移动到该图像的深度坐标Z_km处，与获取该图像时的CCD图像采集发送装置所处的Z向坐标一致，然后保持Z向固定不动，沿机床坐标系X或Y向移动加工中心主轴或者工作台，让CCD图像采集发送装置和工件相对平移L_x或L_y长度，采集工件图像，用变焦建模法求出该图像中聚焦清晰的像素，记下这些像素的像素坐标i_kn、j_kn和像素值p_kn，按照像素坐标和像素值（i_kn，j_kn，p_kn）组成第二幅图像，用模板匹配法对这两幅图像进行最大相关度匹配，求出第二幅图像相对第一幅图像在上述图像坐标系中沿X和Y向的像素平移量i_x和j_y，就可求得每像素代表的尺寸长度为或，作为上述序列图像的像素尺寸当量L_p（含义为图像中每像素代表的尺寸长度），L_p=或L_p=；步骤六，由于CCD图像采集发送装置安装在主轴上，序列图像中每幅图像几何中心与加工中心主轴中心线的位置关系是唯一确定的， X_a和Y_a为安装偏差，则图像几何中心在机床坐标系中X和Y向上的坐标值X_ko和Y_ko满足关系X_ko=X_so+X_a,Y_ko=Y_so+Y_a，Z_a为上述序列图像中第k幅图像聚焦清晰像素所对应的工件表面上的点与主轴在机床坐标系中的坐标Z_k之间的偏置距离，则该点在机床坐标系中的Z向坐标Z_p=Z_k+Z_a；步骤七，根据序列图像的像素尺寸当量L_p和第k幅图像中聚焦清晰像素的坐标灰度值（i_k，j_k，Z_k，p_k），计算出第k幅图像聚焦清晰像素所对应的工件表面上的点在上述机床坐标系中的坐标X_pk=i_k·L_p+X_ko，Y_pk=j_k·L_p+Y_ko,Z_pk=Z_k+Z_a，该点在机床坐标系中的坐标为（X_pk,Y_pk,Z_pk），依此方法，得到所有图像组成的序列图像中聚焦清晰像素所对应的工件表面上的点在上述机床坐标系中的坐标集合{（X_p,Y_p,Z_p）|p为求得的所有点}；步骤八，根据工件表面点在机床坐标系中的坐标集合{（X_p,Y_p,Z_p）|p为求得的所有点}，将每个点与其周围领域中的点连接构成三角网格，由三角网格组成的面连接形成工件表面的轮廓图形实现工件在加工中心机床坐标系中三维轮廓图形的重构；步骤九，在工件的三维轮廓图形中选定工件的编程原点，将工件编程原点值（X_o,Y_o,Z_o）写入加工中心的计算机数值控制系统的存储器供加工中心的计算机数值控制系统调用或在计算机自动编程时自动更新加工中心的计算机数值控制系统工件原点数值。