一种多平行线激光物体三维轮廓测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多平行线激光物体三维轮廓测量装置及测量方法，装置包括检测平台、成像采集装置、成像采集装置镜头、多平行线激光器与处理器等，测量方法包括多平行线激光器同时发射多条光面平行的激光线，将被测物体置于成像装置的视场中，并保证所有的平行激光线的反射光经成像采集装置镜头成像在成像采集装置面上等步骤；本发明专利技术能够根据各级激光线的成像偏移直接计算得到对应各物体轮廓线上的高度信息，大大提高了测量效率，系统的标定过程简单，且高度测量精度高。可以适当调节系统各参数适应待测物体的整体尺寸，应用范围广。应用范围广。应用范围广。

【技术实现步骤摘要】
一种多平行线激光物体三维轮廓测量装置及测量方法


[0001]本专利技术涉及光学测量
，尤其涉及一种多平行线激光物体三维轮廓测量装置及测量方法。

技术介绍

[0002]三维光学轮廓测量，具有非接触、速度快、精度高等特点，已经广泛应用于医疗诊断、自动导航、3D重建、车辆组装等领域。在工业应用场景，大多需要通过测量物件三维轮廓信息与标准模型匹配的方法找出物件的缺陷位置。因此三维测量技术对加快工业制造具有重要意义，快速精密的三维测量技术越来越重要。
[0003]激光光源具有强度高，方向性好等优势，广泛应用于工业精密测量领域。传统的线激光扫描模式虽然能够达到非常高的测量精度，但是受运动时间限制，在测量较大物体表面轮廓时效率低下，往往无法满足工业在线检测的节奏。现有的多线激光传感器大都通过校正拟合光平面、拟合系统成像偏移和高度间的关系等的方式或者查找表的方式进行标定，这些标定方式大都十分复杂，且标定精度受方法影响，精度不高，难以发挥激光测量的优势以满足工业精密测量的需要。

技术实现思路

[0004]为了解决现有线激光测量技术测量效率低、多线激光测量技术标定过程复杂且精度低的不足，本专利技术提供一种测量效率高、标定过程简单、精度高、灵活性好、使用范围广的多平行线激光物体三维轮廓测量装置及测量方法。
[0005]为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：
[0006]本专利技术公开了一种多平行线激光三维轮廓测量装置，包括检测平台、成像采集装置、成像采集装置镜头、多平行线激光器与处理器，成像采集装置与处理器相连，成像采集装置放置于成像采集装置镜头的像方焦平面上，并关于成像采集装置镜头光轴对称，成像采集装置的视场中包含整个物体，并保证多平行先激光器发出的所有平行激光线的反射光经成像采集装置镜头成像在成像采集装置上。确保多平行激光线能覆盖整个物体表面，并且成像采集装置采集到的图像中包含所有被物体表面调制的激光线。
[0007]作为进一步地改进，本专利技术还包括电机，所述的电机与检测平台相连，电机通过转动轮带动检测平台移动，电机与处理器相连。
[0008]本专利技术还公开了一种多平行线激光三维轮廓测量装置的测量方法，包括如下步骤：
[0009]S1：多平行线激光器同时发射多条光面平行的激光线，将被测物体置于成像装置的视场中，并保证所有的平行激光线的反射光经成像采集装置镜头成像在成像采集装置面上；
[0010]S2：获取物体上各激光线所在位置处的轮廓高度，包括如下子步骤：
[0011]a、固定测量装置各部件的位置，确定0级激光线对应的基准平面位置，并在此基础
上完成对该测量系统的标定，标定结果得到0级激光线的入射角θ1和相应的反射角θ2、成像采集装置镜头中心沿其光轴到0级条纹对应基准面的距离l和成像采集装置镜头的焦距f；
[0012]b、0级激光线从A点发出的光线，在基准平面上的B点处发生漫反射，且反射光与镜头光轴重合，成像在成像采集装置上的中心位置D点，D为成像基准位置，反射角和入射角分别为θ1和θ2；
[0013]c、0级激光线从A点发出的光线，在物体平面上的C点处发生漫反射，经成像采集装置镜头成像在成像采集装置上的E点，偏移量DE记为w
’
；
[0014]d、由简单的几何关系得到各级激光线对应的基准平面和物体面间的高度差Δh和偏移量w
’
间的关系公式；
[0015]若激光器发出的多平行线激光等间距且大小为w，由简单的几何关系得到，当0级激光线对应的基准平面上移高度H，1级激光线的反射光与成像采集装置镜头光轴重合且成像在成像采集装置的中心位置，该平面成为1级条纹对应的基准平面，同理，各级激光线对应的基准平面间的关系都可以确定，并且对应基准平面与物体实际高度之间的高度差Δh都可以用每级激光线相对于成像基准位置的偏移量w
’
统一表述，然后利用各级条纹对应的基准平面之间的高度关系将得到的所有高度数据统一，从而完成各级激光线所在位置处的轮廓高度复原；
[0016]S3：针对检测速度要求较高并且物体表面平坦的情况，通过采样恢复函数恢复水平方向的高度信息：通过采样恢复函数恢复水平方向的高度信息，记采样周期即激光线的空间频率为L
s
，w
c
为频域低通滤波器的带宽，f(nL
s
)为水平方向上的采样高度值，即S2得到的多条激光线对应的三维轮廓数据，采样恢复函数公式如下
[0017][0018]S4：重建整个物体表面的三维高度信息。
[0019]作为进一步地改进，本专利技术所述的S1的具体步骤如下：多平行线激光器发射2N+1条激光线，从左向右依次为-N，-N+1，
…
，0,1,
…
，N级激光线，将被测物体置于成像装置的视场中，并保证所有级次的平行线激光的反射光经成像采集装置镜头成像在成像采集装置面上，采集所有级次的激光线经被测物体调制后的图像；成像后的激光线级次反转，在成像装置上的激光线级次从左向右依次为N，N-1，
…
,0，-1，
…-
N级，根据这一特点确定各级激光线的成像位置关系。
[0020]作为进一步地改进，本专利技术所述的S2的具体步骤，包括如下子步骤：
[0021]a、固定测量装置各部件的位置，包括：成像采集装置、成像采集装置镜头、检测装置、和多平行线激光器，确定0级激光线对应的基准平面位置，并在此基础上完成对该测量系统的标定，得到0级激光线的入射角θ1和相应的反射角θ2，成像采集装置镜头中心沿其光轴到0级条纹对应的基准平面的距离l和成像采集装置镜头的焦距f，标定工作完成后续计算公式各参数的获取；
[0022]b、0级激光线从A点发出的光线，在基准平面上的B点处发生漫反射，且反射光与镜头光轴重合，成像在成像采集装置上的中心位置D点，D为成像基准位置，反射角和入射角分别为θ1和θ2；
[0023]c、0级激光线从A点发出的光线，在物体平面上的C点处发生漫反射，经成像采集装
置镜头成像在成像采集装置上的E点；
[0024]d、如成像采集装置放置于成像采集装置镜头的像方焦平面上，并关于成像采集装置镜头光轴对称，由简单的几何关系可得到相对应的基准平面和物体面间的高度差Δh和偏移量DE间的关系公式，将DE距离记为w
’
，该公式可以表述为：
[0025][0026]上式中，当物体面在0级条纹基准面上方时，取正号；反之，取负号；
[0027]根据这个公式得到0级激光线所在位置处的轮廓高度。
[0028]若激光器发出的多平行线激光等间距且大小为w，由简单的几何关系得到，当0级基准平面上移高度H满足如下条件：
[0029][0030]此时1级激光线的反射光与成像采集装置镜头光轴重合且成像在CCD中心位置，该平面成为1级条纹的基准平面，同理，各级激光线对应的基准平面都可以确定，根据该公式可以将每级激光线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多平行线激光物体三维轮廓测量装置，其特征在于，包括检测平台(13)、成像采集装置(2)、成像采集装置(2)镜头、多平行线激光器(1)与处理器(15)，所述的成像采集装置(2)与处理器(15)相连，所述的成像采集装置(2)放置于成像采集装置(2)镜头的像方焦平面上，并关于成像采集装置(2)镜头光轴对称，所述的成像采集装置(2)的视场中包含整个物体(9)，并保证多平行先激光器发出的所有平行激光线的反射光经成像采集装置(2)镜头成像在成像采集装置(2)上。2.根据权利要求1所述的多平行线激光物体三维轮廓测量装置，其特征在于，还包括电机(14)，所述的电机(14)与检测平台(13)相连，所述的电机(14)通过转动轮带动检测平台(13)移动，所述的电机(14)与处理器(15)相连。3.一种如权利要求1或2所述的多平行线激光物体三维轮廓测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：多平行线激光器(1)同时发射多条光面平行的激光线，将被测物体(9)置于成像装置的视场中，并保证所有的平行激光线的反射光经成像采集装置(2)镜头成像在成像采集装置(2)面上；S2：获取物体(9)上各激光线所在位置处的轮廓高度，包括如下子步骤：a、固定测量装置各部件的位置，确定0级激光线对应的基准平面位置，并在此基础上完成对该测量系统的标定，标定结果得到0级激光线的入射角θ1和相应的反射角θ2、成像采集装置(2)镜头中心沿其光轴到0级条纹对应基准面的距离l和成像采集装置(2)镜头的焦距f；b、0级激光线从A点发出的光线，在基准平面上的B点处发生漫反射，且反射光与镜头光轴重合，成像在成像采集装置(2)上的中心位置D点，D为成像基准位置，反射角和入射角分别为θ1和θ2；c、0级激光线从A点发出的光线，在物体(9)平面上的C点处发生漫反射，经成像采集装置(2)镜头成像在成像采集装置(2)上的E点，偏移量DE记为w
’
；d、由简单的几何关系得到各级激光线对应的基准平面和物体(9)面间的高度差Δh和偏移量w
’
间的关系公式；若激光器发出的多平行线激光等间距且大小为w，由简单的几何关系得到，当0级激光线对应的基准平面上移高度H，1级激光线的反射光与成像采集装置(2)镜头光轴重合且成像在成像采集装置(2)的中心位置，该平面成为1级条纹对应的基准平面，同理，各级激光线对应的基准平面间的关系都可以确定，并且对应基准平面与物体(9)实际高度之间的高度差Δh都可以用每级激光线相对于成像基准位置的偏移量w
’
统一表述，然后利用各级条纹对应的基准平面之间的高度关系将得到的所有高度数据统一，从而完成各级激光线所在位置处的轮廓高度复原；S3：针对检测速度要求较高并且物体(9)表面平坦的情况，通过采样恢复函数恢复水平方向的高度信息：通过采样恢复函数恢复水平方向的高度信息，记采样周期即激光线的空间频率为L
s
，w
c
为频域低通滤波器的带宽，f(nL
s
)为水平方向上的采样高度值，即S2得到的多条激光线对应的三维轮廓数据，采样恢复函数公式如下
S4：重建整个物体(9)表面的三维高度信息。4.根据权利要求3所述的多平行线激光物体三维轮廓测量装置的测量方法，其特征在于，所述的S1的具体步骤如下：多平行线激光器(1)发射2N+1条激光线，从左向右依次为-N，-N+1，
...

【专利技术属性】
技术研发人员：林斌，王尧，
申请(专利权)人：浙江四点灵机器人股份有限公司，
类型：发明
国别省市：