[發明專利]一種三次元尺寸測量儀及其測量方法

在審

• 申請號: 202011296120.2
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112945133A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 林永春;雷亮;鄭勇浩;楊曉東;李卓浩
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/06;G01B11/00;G06T7/60;G06T7/80
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 余勝茂

1.一種三次元尺寸測量儀，其特征在于，包括升降裝置，可滑動安裝于升降裝置的豎直方向上的顯微鏡，設于顯微鏡下方且用于驅動工件移動的三維移動平臺，設于顯微鏡上且用于將顯微鏡上的光像轉換為與光像成相應比例關系的電信號的圖像傳感器，以及用于圖像采集、處理及控制器件位移的控制系統，所述控制系統與圖像傳感器、升降裝置和三維移動平臺電連接；所述控制系統通過圖像傳感器采集工件的圖像信息。

2.根據權利要求1所述的一種三次元尺寸測量儀，其特征在于，所述控制系統包括圖像采集模塊、控制模塊和測量處理模塊；所述圖像采集模塊與圖像傳感器連接，通過圖像傳感器將采集到的圖像信息轉化為可處理的圖像數據；所述控制模塊與三維移動平臺連接而控制工件在移動平臺上的步進距離；所述測量處理模塊抓取并匹配圖像采集模塊生成的圖像數據，識別并處理計算出圖像中的工件尺寸信息。

3.根據權利要求2所述的一種三次元尺寸測量儀，其特征在于，所述三維移動平臺上設有用于標定圖像中單位尺寸對應的實際尺寸的標定板。

4.根據權利要求3所述的一種三次元尺寸測量儀，其特征在于，所述三維移動平臺為X軸、Y軸和Z軸電控平臺；所述顯微鏡采用可變焦遠心測微顯微鏡。

5.基于權利要求1至4任一項所述的一種三次元尺寸測量儀的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1:對工件進行裝配，并調整顯微鏡的高度，確保圖像傳感器4采集到清晰的圖像；

S2:將標定板放置在三維移動平臺上，對圖像采集模塊進行標定，得到準確的標定參數；

S3:通過Laplacian梯度算法的運用進行自動對焦操作，獲取元件的高度尺寸信息；

S4：控制模塊驅動三維移動平臺對工件進行步進拍照；

S5：測量處理模塊抓取圖像數據，對不同圖像進行處理，得到工件輪廓，從而得到工件平面尺寸信息。

6.根據權利要求5所述的一種三次元尺寸測量儀的測量方法，其特征在于，所述步驟S1的具體內容包括以下步驟：

S11:將工件固定在三維移動平臺上，使工件平面與圖像傳感器和顯微鏡的測量光軸保持垂直；

S12:調節顯微鏡放大倍率，在滿足精度要求下使得像素容許誤差大于3個像素，用于降低后期曲線擬合產生的誤差；

S13:控制系統采用相應的步進間隔、步進量和步進路線，并自動選擇出相應工作距離，使得圖像傳感器采集的圖像清晰。

7.根據權利要求5所述的一種三次元尺寸測量儀的測量方法，其特征在于，所述步驟S2的具體內容包括以下步驟：

S21:將標定板水平放置于三維移動平臺上，在Laplacian梯度算法輔助下，控制模塊驅動三維移動平臺對標定板進行自動對焦；

S22:通過圖像采集模塊對標定板進行圖像采集，同時控制三維移動平臺進行步進移動；

S23:對所拍攝的標定板圖像進行標定點像素坐標和三維移動平臺所步進移動時的實際世界坐標進行提取，進而擬合出圖像中像素坐標值所對應的實際世界坐標值，得到標定參數。

8.根據權利要求5所述的一種三次元尺寸測量儀的測量方法，其特征在于，所述步驟S3的具體內容包括以下步驟：

S31:取走標定板，將工件固定在三維移動平臺上，在Laplacian梯度算法輔助下，控制模塊驅動三維移動平臺對工件進行自動對焦；

S32:測量模塊抓取三維移動平臺位置數據信息，通過自動對焦的移動量與對焦前的位置信息之間的運算得出工件的高度信息。

9.根據權利要求5所述的一種三次元尺寸測量儀的測量方法，其特征在于，所述步驟S4的具體內容包括以下步驟：

S41:將工件固定在三維移動平臺上；拍照過程中保持工件和三維移動平臺載物臺二者相對固；

S42:移動三維移動平臺，并獲取相應位置的圖片；

S43:將圖像原點真實坐標記錄下來，存入點集A；

S44:重復S42、S43兩步驟，直到獲取完整的工件圖片集。

10.根據權利要求5所述的一種三次元尺寸測量儀的測量方法，其特征在于，所述步驟S5的具體內容包括以下步驟：

S51:根據點集A對全部圖像進行拼接得到整幅圖像；

S52:通過圖像閾值處理提取拼接后的工件輪廓；

S53:利用標定參數對圖像進行坐標轉換，得到工件輪廓真實坐標點集為B；

S54:對點集B進行運算，得到平面工件微米級精度實際尺寸信息。