专利名称：基于光学成像的工业测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工业测量系统，尤其是一种操作简单、精度高，可降低测量成本、 提高工作效率，利用数码相机对大型加工工件进行非接触测量的基于光学成像的工业测量系统。
背景技术：
工业测量学是在工业生产和科研各环节中，为产品的设计、模拟、测量、放样、仿制、仿真、产品质量控制、产品运动状态，提供测量技术支撑的一门学科。工业测量是指在制造工业和机器安装工业中，对部件和产品的形体进行精密的三维坐标测量，测量内容以产品的几何尺寸为主，也涉及色彩、温度、速度与加速度及其他物理量，三维工业测量技术是工业测量的基本组成部分。目前，能够实现大尺寸三维坐标测量的方法和系统，按照所使用的主要传感器可以分为以下几类
1.三坐标测量机系统
三坐标测量机是目前在制造业得到世界范围广泛应用的传统通用坐标精密测量代表设备，通过测头沿导轨的直线运动来实现精确的坐标测量，已经成为3D检测工业标准设备。优点是测量准确、效率高、通用性好，缺点是属于接触式测量方式，不易对准特征点；对测量环境要求高、不便携；受导轨运动的限制，一般只能用于专用的测量环境，不能应用于制造现�。淮车娜瓴饬炕牟饬糠段в邢蓿话悴怀�2米。2.经纬仪工业测量系统
经纬仪工业测量系统以空间交会三角测量原理为基�。捎枚喔鼍骋亲楹希岷暇芏ㄏ蚣际酰窃诖蟪叽绮饬苛煊蛴τ米钤绾妥疃嗟囊恢窒低�。优点是测量范围较大，可达 2m至几十米；为光学非接触测量，精度较高，在二十米范围内的坐标精度可达到10 μ m/m ； 灵活性强，可以根据被测物体的特点合理布设，满足不同的使用要求。缺点为一般采用手动照准目标，逐点测量，工作强度大，测量效率低、自动化程度不高，测量精度随测量距离增加而下降；系统成本太高，不适合大工作量的现场测量。3.全站仪极坐标测量系统
全站仪极坐标测量系统是以一台高精度的全站仪构成的极坐标测量系统，基于极坐标法的原理，兼有电子测角和电子测距功能。优点为仪器设站非常方便和灵活，测程较远，实际上在IOOm范围内的精度可达到士 0. 5mm左右。缺点为适用于钢架结构测量和造船工业等中等精度要求产品价位较高。4.激光跟踪测量系统
激光跟踪测量系统是基于空间极坐标测量原理，通过给定点的坐标由跟踪头输出的两个角度，建立在激光干涉长度测量和角度精密测量基础上的极坐标测量系统。其优点为具有快速、动态、精度高。缺点为测角精度比全站仪的要低，测量范围也比全站仪要小，价位较尚ο
5.激光扫描测量系统
利用激光采用非干涉法测距方式系统称为激光扫描测量系统激光跟踪测量系统具有测距精度高的特点，但是测距为相对测距，需要保持在跟踪过程中激光束不能丢失，另外测距需要合作目标(反射器)配合，因此是一种接触式的测量系统，往往给测量带来诸多不便。6.关节式坐标测量机
关节式坐标测量机利用空间支导线的原理实现三维坐标测量功能，它也是非正交系坐标测量系统的一种，是一种便携的接触式测量仪器，对空间不同位置待测点的接触实际上模拟人手臂的运动方式。优点为测头安置非常灵活，不需要测点的通视条件，因此在一些测点通视条件较差的情况下，非常有效。缺点为由于关节臂长的限制，其测量范围有限，最长可以到4m。7.室内 GPS
室内GPS是指利用室内的激光发射装装置(基站)不停地向外发射单向的带有位置信息的红外激光，接收器接受到信号后，从中得到发射器与接受器间的两个角度值(类似于经纬仪的水平角和垂直角)，在已知了基站的位置和方位信息后，只要有两个以上的基站就可以通过角度交会的方法计算出接收器的三维坐标。基站的位置和方位通过光束法来进行系统定向后完成，就不需要已知控制点，只要一个基准尺度就可以了。优点=Indoor GPS具有很高的测量精度、测量速度和稳定性，可以根据不同的测量环境灵活布设高精度的局部空间测量体系。缺点由于该系统需要在测量对象上事先安装接收器，因此，该系统是接触式的， 对于造船厂钢板测量来说不方便，并且测量对象为某个三维点。价格非常昂贵。综上所述，现有的数字测量技术一般具有以下几个缺点第一，成本很高，购置成套的测量设备价格高达上百万元人民币。第二，对测量场地状况要求苛刻，例如，测量场地一些光线的变化会对结果产生比较明显的影响。第三，测量精度对设备质量或数量依赖性高。第四，操作专业性强，必须在专业人士的操作下才能得到理想的结果。而且，一般的数字测量系统需要在测量对象上事先安装接收器，该系统是接触式的，对于造船厂钢板测量来说是极为不方便的。在造船工业中，钢板弯曲加工之前的船体设计、放样、展开、号料、切割均实现了计算机化，其后的装配、焊接均实现了机械化和流水线话，只有钢板加工和评测这两个环节仍靠手工，既用事先制作的木制模具与目标部件进行比照。这样，在制造每艘船之前，都需要制造大量不可重复的模具。这种手工测量的方法具有如下明显的缺点第一，一般造船工业的部件尺寸比较大，这种手工测量的方法就会受到场地及工具的限制；第二，模具的制造及使用需要专业的技术人员，浪费大量的人力且工作效率低下；第三，使用后的模具不可重复利用，造成资源的浪费。
发明内容
本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种操作简单、精度高， 可降低测量成本、提高工作效率，利用数码相机对大型加工工件进行非接触测量的基于光学成像的工业测量系统。本发明的技术解决方案是一种基于光学成像的工业测量系统，其特征在于依CN 102322798 A
说明书
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次设有数码图像采集�？�、图像预处理模块、特征提取�？�、图像配准�？�、三维重建�？�、 动态仿真�？榧笆莸汲瞿？�。本发明利用数码相机采集图像，从变形的角度解决NURBS曲线曲面的直接重建问题，可对大型加工工件(如造船钢板)进行非接触测量。本发明可摆脱结构光、经纬仪等辅助成像及定位的设备，使得用户通过尽量少的交互式操作和最简单的设备及环境完成拍摄和复杂的计算工作，对环境的要求降至最低，可适应户内户外等具有一定照度的环境使用，具有操作简单、精度高、可降低测量成本及提高工作效率等优点，是自动化程度很高的系统。
图1是本发明实施例的原理框图。
具体实施例方式本发明实施例如图1所示依次设有数码图像采集�？�、图像预处理�？椤⑻卣魈崛∧？�、图像配准�？�、三维重建�？椤⒍抡婺？榧笆莸汲瞿？�。数码图像采集�？槔檬胂嗷苯釉谧匀还馓跫露源馕锾褰腥嘟嵌扰纳悖竦�2飞幅数字图像，其可操作性强且便于携带，解决了因使用结构光而对测量环境造成的制约；支持主流的相机拍摄图像的文件格式BMP、GIF、JPG、PNG、RC2等；支持主流的逆向工程软件的文件格式DXF、IGS、OBJ、STL、WRL等；
图像预处理�？槔眉蛞妆甓ò澹菟⒌南嗷问菘猓迪殖上裣低车娜远ū旰途榔�
特征提取�？槭迪执馕锾迳系奶卣魃杓坪团纳阃枷裆系娜远卣魈崛。竦酶行巳で蚝凸丶卣鳎�
图像配准模块充分利用了图像的灰度、纹理信息，实现特征点、灰度和纹理的图像亚像素高精度区域配准，使得配准精度大大提高，配准率达到90%以上，精度达到0. 01毫米确保能够完成高精度的三维重建；
三维重建模块利用二维图像分析软件，把图像看成是由NURBS表示的带有纹理的三维曲面在不同方向的投影，将基于区域的图像配准和三维重建一起考虑。从曲线曲面变形的角度来进行空间重建，把透视变换下曲线曲面的拟合问题转化为对NURBS曲线曲面的控制点求解问题，同时利用内部弹性能量控制曲线曲面的光滑性。降低了初值对于不同视图中配准点对数目的需求，可以利用较少的配准点对完成曲面重建。实现待测物体的NURBS 曲线和曲面的高精度三维重建，误差控制在0. 01毫米以内；相机拍摄图像和CAD三维模型的人性化显示，以及参数化的建模使得用户的交互式操作更为灵活方便，便于工程人员在 Catia、3ds Max、UG、ProE、imageware、po 1 yworks,Solidfforks 等通用的三维逆向软件中进行操作，工作人员能够更快地借助简单的可视化操作完成三维重建和误差评估的工作；
动态仿真�？槔萌治鋈砑迪指咝У娜嘶换ソ缑妫茏远夂螻URBS曲线和曲面，并根据需要实现网格和NURBS曲线和曲面的转化；
数据导出�？槭迪侄灾亟ǖ腘URBS曲线和曲面数据与CAD数据之间的误差评估，提供形状差异数据并给出指导信息。
权利要求
1. 一种基于光学成像的工业测量系统，其特征在于依次设有数码图像采集模块、图像预处理�？�、特征提取�？�、图像配准�？�、三维重建�？�、动态仿真模块及数据导出�？椤�
全文摘要
本发明公开一种基于光学成像的工业测量系统，依次设有数码图像采集�？�、图像预处理�？�、特征提取�？�、图像配准�？�、三维重建�？�、动态仿真�？榧笆莸汲瞿？�。利用数码相机采集图像，从变形的角度解决NURBS曲线曲面的直接重建问题，可对大型加工工件(如造船钢板)进行非接触测量。本发明可摆脱结构光、经纬仪等辅助成像及定位的设备，使得用户通过尽量少的交互式操作和最简单的设备及环境完成拍摄和复杂的计算工作，对环境的要求降至最低，可适应户内户外等具有一定照度的环境使用，具有操作简单、精度高、可降低测量成本及提高工作效率等优点，是自动化程度很高的系统。
文档编号G01C11/00GK102322798SQ20111023757
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月18日 优先权日2011年8月18日
发明者苏志勋 申请人:大连康基科技有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
