一种单目多维度轮廓扫描装置制造方法及图纸

本发明专利技术公布了一种单目多维度轮廓扫描装置，包括两个等腰直角棱镜和载物台；每个等腰直角棱镜的其中一个直角面竖直设置，载物台位于两竖直设置的直角面之间，待检测工件放入所述载物台上时其轮廓表面在竖直方向上不伸出所述等腰直角棱镜的另一直角面；在载物台的正上方设有一字线结构光，所述一字线结构光竖直向下投射的一字型的光亮线覆盖在待测工件上；在所述载物台的正前方还设有与PC端相连的摄像机，所述摄像机的摄像头可全面拍摄所述等腰直角棱镜和待测工件表面的所述光亮线的图像。该装置可将工件的侧面轮廓投射到顶面轮廓，可进行摄像机的视角设计来实现多维度轮廓扫描并同时满足等高等距的高精度视觉成像需求。

【技术实现步骤摘要】
一种单目多维度轮廓扫描装置
本专利技术属于零件表面轮廓检测
，尤其涉及一种不规则外形的在线截面积和体积检测设备。
技术介绍
在日常生产生活中，经常遇到需要在线检测产品立体轮廓、及在线定量切割的情况，比如贵金属条定量切割、不规则玻璃条在线定量切割、面包定量切割等大块物件等量分零的应用。现有设备要完成这方面的工作，一般是要求先把被加工件做成标准截面积的条形，然后再按指定的长度进行分割来实现等量切割的目的，这种方式的缺陷是误差较大、尤其是对于脆性材料很难加工成标准截面积的条形，且加工成条形这道工序本身会产生一定的成本、还有附加的很多工艺需要完善，因此目前所加工出来的上述物件大多需要重新计量和筛选。而现有市场的非接触视觉检测设备主要又存在以下两方面问题，一是由于一般机器视觉镜头的放大倍数小于1，因此造成了一定开度的视场角，这对于在长度方向上观测矩形条状物来说、是无法看到左侧和右侧面的形貌外观信息的，一种解决的办法是沿视线方向分别在左右两侧安装一定倾角的反光镜，但由于光程总长不一致无法在同一个镜头焦面上看到同样清晰的图像、像距相差过大；另一方面，对于那些表面起伏不大(凹凸不明显)却要进行精密轮廓扫描的立体零部件(诸如横截面呈矩形的钢条或者其他具有多种面的多面体结构)而言，其一个表面沿横向延伸，而它的两侧的表面(两侧面)沿纵向延伸，造成极大的图像传感器幅面浪费，其中一个最直接的影响就是造成图像帧率/时间分辨率大大降低，这对于那些需要快速检测的工业零部件而言是巨大的缺陷，将严重影响其最终检测结果，因为相同带宽下图像传感器的帧率和分辨率是成反比关系的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述技术问题，提供一种单目多维度轮廓扫描装置，该装置可将工件的侧视图投射到顶视图，通过进行摄像机的视角设计来实现多维度轮廓扫描，并同时满足等高等距的高精度视觉成像需求。本专利技术的技术方案如下：一种单目多维度轮廓扫描装置，包括两个等腰直角棱镜和载物台；每个等腰直角棱镜的其中一个直角面竖直设置，所述载物台位于两竖直设置的直角面之间，待检测工件放入所述载物台上时其轮廓表面在水平方向上不触及所述等腰直角棱镜的另一直角面；在所述载物台的正上方设有一字线结构光源，所述一字线结构光源竖直向下投射的一字型的光亮线覆盖在待测工件和棱镜水平设置的上表面上；在所述载物台的上前方还设有与PC端相连的摄像机，所述摄像机的摄像头可全面拍摄所述等腰直角棱镜和待测工件表面的所述光亮线的图像。进一步地，所述单目多维度轮廓扫描装置具备以下参数条件：其中，Δh＝H，Δh为通过棱镜看到的所述工件的侧面光亮线的虚像相对等腰直角棱镜底边的高度，H为被测工件的上表面相对于等腰直角棱镜底边的高度，d为等腰直角棱镜的直角边长度，n为等腰直角棱镜的折射率，θ为摄像机的视角，Lf为工件与相应侧所述竖直设置的等腰直角棱镜的直角面之间的水平间隔距离。反之，当有特定的等腰直角棱镜和待测高度的设计目标，可按以下关系式设计相机的安装斜角、即摄像机的视角进行设计计算：进一步地，在两个等腰直角棱镜与一字线结构光源之间设有一平凸柱面透镜，所述平凸柱面透镜的平面镜面与等腰直角棱镜水平设置的直角面相平行。或者在一字线的两个发散方向接近棱镜的位置分别安装两片反射镜，反射镜与激光器光轴的夹角α要小于激光发散角β的一半且大于0，即0<α<β/2。进一步地，所述一字线结构光源为彩色结构光源，在两个腰直角棱镜的上表面，即在两个等腰直角棱镜和所述平凸柱面透镜之间分别设有一个仅让一种颜色的光透过的滤光镜，并且两个滤光镜所透过的光的颜色不同；或者直接通过在两个等腰直角棱镜表面镀膜实现滤色功能。进一步地，所述载物台的左右两侧面与等腰直角棱镜两竖直设置的直角面隔开。进一步地，所述等腰直角棱镜均嵌于长方体状的安装座内，所述安装座内靠所述载物台的一侧设有45度倾斜面，所述等腰直角棱镜的斜面与所述45度倾斜面紧密贴合。本专利技术的有益效果：本专利技术采用等腰直角棱镜将工件的三个面轮廓投射到同一水平平面内，以便图像采集，获得更加清晰准确的图像，并采用等高设计进一步地将左右两个侧面的轮廓图像投射到与工件顶面共面的平面内，不但将三面的轮廓图像(光亮线)在一个面上很小的高度变化范围或者无高度差的范围内(共面)集中摄取，解决了数字摄像机多维度、尤其是正交维度图像所占的几何面积过大的问题，提高了数字摄像机感光单元利用率、进而实现提高数字摄像机帧率/时间精度的目的，通过提高摄像机帧率/时间精度来提高动态检测的速度和精度；而且所有轮廓面的图像光亮线共面共线也实现了所有待检测轮廓到摄像机镜头的等效空气程距离相等，即各个轮廓点投射的光亮线到摄像机镜头的等效总光程相同，从而进一步地提高摄像画面的拍摄清晰度，降低信息提取的视觉算法难度，提高动态检测的速度和精度。附图说明图1为本专利技术结构示意图。图2为本专利技术从一字线结构光源处剖开的横截面示意图。图3为检测合格工件时人眼从一侧所观察到的光亮线的位置示意图。图4为摄像机所拍摄到的图3所示光亮线位置的图像示意图。图5为检测表面有凹凸不平的工件时人眼从一侧所观察到的光亮线的位置示意图。图6为摄像机所拍摄到的图5所示光亮线位置的图像示意图。图7为人眼从一侧逐渐转变视角时的光亮线的位置变化示意图。图8为删除图7中各个构件的轮廓隐藏线(虚线)后的示意图。图9为摄像机所拍摄到的图7所示光亮线位置变化的图像示意图。图10为摄像机拍摄到的等高、等距的光亮线示意图。图11为设有安装座的本专利技术的结构示意图。图12为设有安装座的本专利技术从一字线结构光源处剖开的横截面示意图。图13为参数推导光学示意图。图14为设有平凸柱面透镜的本专利技术结构示意图。图15为设有反射镜的本专利技术结构示意图。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：如图1—2所示，一种单目多维度轮廓扫描装置，包括两个等腰直角棱镜4和载物台5；每个等腰直角棱镜4的其中一个直角面竖直设置，所述载物台5位于两竖直设置的直角面之间，待检测工件6放入所述载物台5上时其轮廓表面在竖直方向上应低于所述等腰直角棱镜4的另一直角面，即不露出等腰直角棱镜4的水平设置的直角面，以便保证待测工件6的两侧面轮廓光线均可垂直投射在等腰直角棱镜4竖直设置的直角面上。一般地，工件高度为棱镜高度的一半左右能使摄像机获得较好的观测方位。在所述载物台5的正上方设有一字线结构光源7，一字线结构光源7可以为单条或多条白色光栅或线条激光器，例如一字型激光器，广泛用于成衣激光定位、服装钉钮点光源定位、裁布机裁布辅助标线、服装折边激光标线定位等，可激发出一条可见的直线线状亮斑(光亮线)，所述一字线结构光源7竖直向下投射的一字型的光亮线覆盖在待测工件6和等腰直角棱镜4的上表面(水平设置的直角面)，其中经过棱镜4全反射的激光线将投射到待测工件的侧面。在所述载物台5的正前方还设有与PC端(图中未示出)相连的摄像机8，所述摄像机8的摄像头可全面拍摄所述等腰直角棱镜4和待测工件6表面的所述光亮线的图像。例如3—4所示(为便于直观表示，此处包括后续实施例中均采用人眼在某一侧位置上观察到的图像与摄像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单目多维度轮廓扫描装置，其特征在于：包括两个等腰直角棱镜和载物台；每个等腰直角棱镜的其中一个直角面竖直设置，所述载物台位于两竖直设置的直角面之间，待检测工件放入所述载物台上时其轮廓表面在竖直方向上不伸出所述等腰直角棱镜的另一直角面；在所述载物台的正上方设有一字线结构光源，所述一字线结构光源竖直向下投射的一字型的光亮线覆盖在待测工件上；在所述载物台的上前方还设有与PC端相连的摄像机，所述摄像机的摄像头可全面拍摄所述等腰直角棱镜和待测工件表面的所述光亮线的图像。

【技术特征摘要】
1.一种单目多维度轮廓扫描装置，其特征在于：包括两个等腰直角棱镜和载物台；每个等腰直角棱镜的其中一个直角面竖直设置，所述载物台位于两竖直设置的直角面之间，待检测工件放入所述载物台上时其轮廓表面在竖直方向上不伸出所述等腰直角棱镜的另一直角面；在所述载物台的正上方设有一字线结构光源，所述一字线结构光源竖直向下投射的一字型的光亮线覆盖在待测工件上；在所述载物台的上前方还设有与PC端相连的摄像机，所述摄像机的摄像头可全面拍摄所述等腰直角棱镜和待测工件表面的所述光亮线的图像。2.根据权利要求1所述单目多维度轮廓扫描装置，其特征在于：所述单目多维度轮廓扫描装置具备以下参数条件：其中，Δh＝H，Δh为通过棱镜看到的所述光亮线的虚像相对等腰直角棱镜底边的高度，H为被测工件的上表面相对于等腰直角棱镜底边的高度，d为等腰直角棱镜的直角边长度，n为等腰直角棱镜的折射率，θ为摄像机的视角，Lf为工件侧面与相应侧等腰直角棱镜竖直设置的直角面之间的水平间隔距离。3.根据权利要求2所述单目多维度轮廓扫描装置，其特征在于：所述单目多维度轮廓扫描装置可...

【专利技术属性】
技术研发人员：董仕，秦海宁，冉洋，姚单，赵学渝，
申请(专利权)人：重庆市光学机械研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50