机器视觉测量系统与方法

【技术领域】

本发明属于测量领域，特别涉及机器视觉测量系统与方法。

【背景技术】

视觉测量以其高精度、非接触、自动化以及低成本等优势，被广泛运用在航空航天、汽车制造、建筑、工程等领域。除了镜头的畸变误差之外，相机的内外参数会因相机热效应而产生变化，热胀冷缩引起相机内部器件产生变形，导致光学材料折射率发生变化，造成镜头焦距和光轴产生变形。这些变化不可避免地导致采集的图像高度数据产生误差，造成实际测量精度下降，无法满足高精度器件测量需求。

以往相关行业处理方式大多是将相机预热达到热平衡后再进行测量，此种方式需要较长时间预热，通常每次预热通常需要十几分钟乃至更多，热机时间过长，热机时间测量的结果还是存在较大误差。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种机器视觉测量系统与方法，用以解决现有技术中因温度影响导致机器视觉测量系统输出的图像高度数据出现偏离中心区域位置、边缘区域等问题。

为实现上述目的，实施本发明的机器视觉测量系统包括一光源单元、图像采集单元、存储单元、温度测量单元、控制单元及数据处理单元，其中光源单元用以发出光线，照射至外部待测物体，图像采集元件采集外部物体反射的光线并输出带有被测物体高度信息的第一高度数据，存储单元设有一高度补偿数据库，存储有不同温度下的高度补偿数据，温度测量单元用以测量机器视觉测量系统的工作温度，数据处理单元接收图像采集单元输出的第一高度数据并经处理得到测量高度数据，之后根据温度测量单元测量的机器视觉测量系统的工作温度，通过高度补偿数据库确定机器视觉测量系统在此工作温度下的高度补偿数据，之后与得到的测量高度数据进行整合输出修正后的高度数据。

依据上述主要特征，所述图像采集单元、存储单元、温度测量单元、控制单元及数据处理单元均设置在同一系统上。

依据上述主要特征，所述高度补偿数据库的高度补偿数据是通过在不同温度下取得待测物体的高度测量值与实际高度进行比较得到。

依据上述主要特征，所述光源单元为线激光或点激光光源。

为实现上述目的，本发明提供一种利用上述机器视觉测量系统测量被测物体高度的方法，所述方法包括如下步骤：

光源单元发出光线，照射至外部待测物体，图像采集元件采集外部物体反射的光线并输出带有被测物体高度信息的第一高度数据；

温度测量单元用以测量机器视觉测量系统的工作温度；

数据处理单元接收图像采集单元输出的第一高度数据并经处理得到测量高度数据，之后根据温度测量单元测量的机器视觉测量系统的工作温度，通过高度补偿数据库确定机器视觉测量系统在此工作温度下的高度补偿数据；

与得到的测量高度数据进行整合输出修正后的高度数据。

依据上述主要特征，所述高度补偿数据库的高度补偿数据是通过在不同温度下取得待测物体的高度测量值与实际高度进行比较得到。

与现有技术相比较，本发明通过取得不同温度下的待测物体的高度测量值与实际高度进行比较确定的高度补偿数据，从而对待测物体的高度测量值进行直接补偿，从而解决了现有技术采用预热方式所需时间过长的问题，从而利于提高生产效率。

【附图说明】

图1为实施本发明的机器视觉测量系统的组成方框示意图。

图2为利用图1所示的机器视觉测量系统对待测物体高度进行测量的方法流程示意图。

图3为实施本发明的机器视觉测量系统的工作温度示意图。

图4为被测物实际高度数据和机器视觉测量系统原始输出的高度数据随温度变化的示意图。

【具体实施方式】

请参阅图1所示，实施本发明的机器视觉测量系统包括一光源单元、图像采集单元、存储单元、温度测量单元、控制单元及数据处理单元，其中光源单元用以发出光线，照射至外部待测物体，图像采集元件采集外部物体反射的光线并输出带有被测物体高度信息的第一高度数据，存储单元设有一高度补偿数据库，存储有不同温度下的高度补偿数据，温度测量单元用以测量机器视觉测量系统的工作温度，数据处理单元接收图像采集单元输出的第一高度数据并经处理得到测量高度数据，之后根据温度测量单元测量的机器视觉测量系统的工作温度，通过高度补偿数据库确定机器视觉测量系统在此工作温度下的高度补偿数据，之后与得到的测量高度数据进行整合输出修正后的高度数据。

在具体实施时，所述图像采集单元、存储单元、温度测量单元、控制单元及数据处理单元均设置在一系统方案，所述光源单元为线激光或点激光光源。并且，所述高度补偿数据库通过在不同温度下取得待测物体的高度测量值与实际高度进行比较得到，并事先存储至所述存储单元中。

请参阅图2至图4所示，为利用图1所示的机器视觉测量系统对待测物体高度进行测量的方法流程示意图。利用图1所示的机器视觉测量系统对待测物体高度进行测量的方法包括如下步骤：

光源单元发出光线，照射至外部待测物体，图像采集元件采集外部物体反射的光线并输出带有被测物体高度信息的第一高度数据；

温度测量单元用以测量机器视觉测量系统的工作温度；

数据处理单元接收图像采集单元输出的第一高度数据并经处理得到测量高度数据，之后根据温度测量单元测量的机器视觉测量系统的工作温度，通过高度补偿数据库确定机器视觉测量系统在此工作温度下的高度补偿数据；

与得到的测量高度数据进行整合输出修正后的高度数据。

在具体实施时，如图3与图4所示，所述方法还包括通过在不同温度下取得待测物体的高度测量值与实际高度进行比较得到高度补偿数据，如图3所示，相机温度上升到T2时则基本维持在此温度，上下只是细微跳动，因此重点需对温度上升到T2前的测量值进行补偿，通过拟合算法获取温度和机器视觉测量系统(如工业相机)采集后的高度数据之间的关系，待测物体的图像高度数据h是固定不变的，工业相机实际采集的图像高度数据h′，与实际的图像高度数据h存在差值△h。

进一步，将影响高度数据的唯一自变量确定为温度，将此温度下相机采集的高度数据基础上补偿的量△h确定为因变量，将此温度下的待测物实际高度数据确定为一个固定的常量，通过拟合算法获取等式比例关系。

为了实现图像高度数据补偿，需要在工业相机采集完数据后通过工业相机内部的温度拟合补偿算法补偿△h，△h随着温度的变化可能为正补偿(如图4中小于T1温度)，也可能为负补偿(如图4中温度大于T1小于T2区间)，也可能为零(如图4所示在T1温度时无需补偿)。

进一步，获取到补偿后图像高度数据h′+△h，此时也就将采集的高度数据h′修改为了实际的待测物高度数据h。通过工业相机内部的温度拟合补偿算法处理后，再将补偿后的图像高度数据输出，达到工业相机内部先处理数据再输出的效果。

本发明与现有技术相比，本发明所揭示的方案不需要外接温度传感器，通过系统自带的一个温度传感器即可，同时降低了应用开发难度，应用程序不需要再处理工业相机输出的数据。并且通过本发明的方法令测量精度在工业相机启动完成后不受温度限制，省去了十几分钟的热机时间，解决了高低温状态下工业相机无法达到高精度工作状态。再者，本发明采用的温度拟合补偿算法在补偿图像高度数据后再输出，对原始数据直接进行补偿，补偿后再输出图像数据，从而令测量值更加精确。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。