协同用视觉传感器的种类
点视觉信息 一维视觉信息 二维视觉信息 三维视觉信息 颜色信息 等
激光位移传感器 线阵CCD传感器 面阵CCD传感器 立体视觉传感器 彩色CCD传感器
纲要
1、机器视觉协同测量的概念 2、机器视觉高精度协同测量的意义 3、机器视觉两级协同测量方法 4、机器视觉两级协同测量方法的应用 5、其它协同检测的应用实例
机器视觉两级协同测量原理图
3 机器视觉两级协同测量方法
方法（1）：在对测量精度要求5μm左右的工件测量时， 第一级采用面阵视觉传感器负责定位和引导； 第二级采用激光传感器负责高度的精密测量。 （高精度x-y平台带动激光传感器进行测量）
3 机器视觉两级协同测量方法
方法（2）： 对于大物体上小尺寸缺陷的测量，可采 用两个分辨力或镜头放大率不同的视觉 传感器相互配合，第一级负责全局测量定 位，驱动平台带动第二级传感器对物体 表面小尺寸缺陷或其它参数进行快速、 高精度测量。
2.激光器测量高度，即z坐标，XY坐标即XY平 台移动的距离决定。
系统标定方法
由于测量系统利用第一级图像传感器进行定位，因 此需进行标定。在单目视觉标定中，物平面上任意一点 的齐次坐标与像平面中像素坐标(u,v)之间的关系，可由 一个3*3的标定矩阵确定。
wx m11 m12 m13 u
3 机器视觉高精度协同测量的意义
由于不同机器视觉传感器的特点和精度 不同，在解决生产过程中的高精度测量问题时， 必须合理地选择和安排传感器，进行协 同工作，才能有效地发挥机器视觉的作用。
3 机器视觉高精度协同测量的意义
目前机器视觉成像传感器在做精密测量时，存在问题如下：
1、传感器像素分的辨力有限 2、传感器景深范围有限 3、传感器视野范围有限 4、传感器调焦范围有限 5、传感器光圈调整范围有限 6、传感器构造3D测量系统复杂 7、传感器存在镜头畸变；等 这些都是导致机器视觉测量时精度不能满足生产需要的主要因素
像素尺寸 3.75μm （大于）
3 机器视觉高精度协同测量的意义
需要对加工精度要求满足1μm的机械零件进行 非接触测量，检查是否满足公差要求，虽然面阵CCD 传感器可快速成像、测量，但精度不能满足要求。显 然单纯使用面阵CCD传感器一般是难以完成高精度测 量工作的。
为解决快速、高精度测量问题，必须结合各自传 感器的优缺点，加以辅助装置，协同测量，方可实现 完成高精度测量任务。
wy


m21
m22
m23



v

(1)
w m31 m32 m33 1
其中，W为任意系数，m33 1
系数测求方法
将(1)式展开可得：

x y

m11u m21u

m12v m22v

m13 m23

xm31u ym31u
测量参数
成型面交线到指定面的距离A 成型截面夹角W°
单齿的俯视图
一个截面的后视图
倒角轮廓测量要求
测量路径示意图
左图为齿轮的一个轮齿的示意图，O为 齿轮中心（圆心），直线AB为激光器 测量的路径，CPD为轮齿的齿顶圆上的 圆弧，P为圆弧中点，CD为弦。
已知条件：OP1长度已知，AB长度已知 测量要求：1.AB垂直OP，且可测量齿轮上的任意一个轮齿。
3 机器视觉高精度协同测量的意义
不同视觉传感器具有不同的精度（取目前典型值）：
点视觉激光位移传感器
轴向再现性 0.2 μm 光点直径2 μm
一维线阵CCD传感器
像素尺寸 3.75 μm （大于）
二维面阵CCD传感器
像素尺寸 3.75 μm（大于）
三维光栅视觉传感器
分辨力
3.75 μm （大于）
彩色CCD传感器

xm32v ym32v
(2)
由(1)式可知，标定矩阵中有8个待定系数，因此可 通过4个点的真实位置及其在图像上的位置坐标， 即可确定标定矩阵。然后即可通过标定矩阵计算 图像上任意一点所对应的真实位置。
圆心定位方法
齿轮图像
左图为面阵图像传感器拍摄的齿轮图像，利用 计算机进行图像处理，通过边缘检测算法提取齿根 圆上的一部分点在图像像素坐标系下的坐标，这些 点的坐标的集合记作D。其中任意一点Di（ui，vi） 距圆心距离为ri，拟合圆面积为Si，圆心坐标为（a， b），标准圆半径2、机器视觉高精度协同测量的意义 3、机器视觉两级协同测量方法 4、机器视觉两级协同测量方法的应用 5、其它协同检测的应用实例
3 机器视觉两级协同测量方法
基本原理：如下图所示，先利用视觉传感器完成第一级测量（定
位），然后引导高精度传感器到指定的测量区域，以完成第二级精 密测量。测量过程如图所示：
纲要
1、机器视觉协同测量的概念 2、机器视觉高精度协同测量的意义 3、机器视觉两级协同测量方法 4、机器视觉两级协同测量方法的应用 5、其它协同检测的应用实例
4 机器视觉两级协同测量方法应用
汽车齿轮倒角的测量
倒角齿轮
单齿局部放大图
左图为汽车倒角齿轮，右图为其局部放大图。右图中的3条白 色线为待测量的三个截面，即激光位移传感器的测量路径。
4 机器视觉两级协同测量方法应用
面阵图像传感器测量速度快，但测量精度较低，而 点视觉激光位移传感器测量精度高，但测量速度慢，该 项目结合以上两种传感器的优缺点，利用前面提出的快 速两级视觉3D表面轮廓高精度协同测量方法，已成功将 应用于汽车齿轮倒角轮廓的测量。
测量系统的结构图
1.X-Y方向移动平台；2.激光传感器；3.视觉传感器；4.大理石平台； 5.被测齿轮；6.LED背光灯箱；7.控制箱；8.打印机；9.微型计算机
测量步骤
1.利用面阵图像传感器和标定板完成测量系统的标定。 2.将齿轮放置在LED背光灯箱上，拍摄齿轮的背光图像。 3.计算机完成图像处理，通过标定算法定位齿轮待测齿的位置。 4.计算机发出指令驱动高精度XY平台携带激光器到达测量位置， 并按要求的测量轨迹完成测量。 5.计算机完成数据处理，并通过打印机输出测量报告。
机器视觉高精度协同测量方法 及应用
许増朴
2012-10-17 北京
纲要
1、机器视觉协同测量的概念 2、机器视觉高精度协同测量的意义 3、机器视觉两级协同测量方法 4、机器视觉两级协同测量方法的应用 5、其它协同检测的应用实例
1 机器视觉协同测量的概念
多个机器视觉传感器或机器视觉传 感器与其它传感器协同完成测量任务的 过程称为协同测量