一种测量光滑表面形状的设备及测量方法技术

本发明专利技术公开了一种测量光滑表面形状的设备及测量方法，涉及光滑物体测量技术领域，测量设备由x个测量单元组成的测量单元阵列和y个反光镜组成的反光镜阵列构成，测量单元用于散发和接收检测光线，反光镜用于根据测量单元散发的检测光线制造出检测光路；检测光路为反光镜将测量单元散发的检测光线反射到待测量的光滑表面上，并将待测量的光滑表面所镜面反射的检测光线最终反射回每个测量单元中的那部分检测光线在空间在形成的光的路径。测量单元接收的检测光路中的检测光线得到的数据可用于推算出光滑表面的点的位置和对应切面的法线方向。法线方向。

【技术实现步骤摘要】
一种测量光滑表面形状的设备及测量方法


[0001]本专利技术属于表面光滑的物体测量领域，涉及物体测量技术，具体是一种测量光滑表面形状的设备及测量方法。

技术介绍

[0002]专利申请号202111123670.9的专利文件中提到的一种测量光滑表面形状的设备及测量方法，所述设备上的不同位置安装有多个测量单元，分别命名为第一测量单元，第二测量单元，一直到第N测量单元，每一个测量单元由一个摄像头和发光元件组成，第一测量单元和第二测量单元中的发光元件同时向外界散发出的所有光线中，各有一条光线被高光的物体表面反射后分别射入第二测量单元和第一测量单中的摄像头中，并通过各自的摄像头得到的图像分别判断出射入第二测量单元中的传感器的光线和该传感器的位置关系，以及射入第一测量单元中的传感器的光线和该传感器的位置关系。根据光的可逆型原理，这两条光线相交与一点，可判断该点和所述设备的位置关系。在现有技术提到的设备若设置有在N个测量单元，在设备不和待测量的光滑表面产生位置变化,且待测量的光滑表面为纯凸面或纯凹面的情况下,最多可测量出待测量的光滑表面上(n2
‑
n)/2个点以及点所在的光滑物体表面的切面的法线的方向。
[0003]在现有技术提到的设备不和待测量的光滑表面产生位置变化,且待测量的光滑表面为纯凸面或纯凹面的情况下,设备上安装的测量单元的数量和能够测量出光滑表面上的点的数量之间的比值为2n/(n2
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n)，比值较低。例如当现有技术提到的设备上安装了2个测量单元，只能测量光滑表面上的一个点，当设备上安装了9个测量单元时，也只能测量光滑表面上的36个点，若测量出光滑表面上的点的数量少，则难以精确的判断被测量的光滑表面形状。即，现有技术提到的设备存在即使安装较多的测量单元也不能收获足够的测量精度的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于实现只安装更少的测量单元并测量出光滑表面上更多点，提升对光滑表面的测量精度。
[0005]为实现上述目的，根据本专利技术的第一方面的实施例提出一种测量光滑表面形状的设备，包括骨架；
[0006]所述骨架设置有x个测量单元组成的测量单元阵列，以及y个反光镜组成的反光镜阵列；
[0007]每个所述测量单元包括发光元件和摄像头；且同一个测量单元内的摄像头数量为1个，发光元件数量根据实际需求设置。
[0008]其中，x个测量单元在测量单元阵列中按第一测量单元,第二测量单元
…
第X测量单元排序设置，x是大于等于1的整数；y个反光镜在反光镜阵列中按第一反光镜,第二反光镜
…
第y反光镜排序设置，y是大于等于2的整数。
[0009]作为本专利技术进一步的方案：所述发光元件发发光的方式为散发，使光线能够向空间中的各个角度进行发射。
[0010]作为本专利技术进一步的方案：所述反光镜的镜面的形状设置为平面、凹面或凸面中的一种。
[0011]根据本专利技术的第二方面的实施例提出一种测量光滑表面形状的测量方法，包括以下步骤：
[0012]步骤一：当测量单元的数量为大于等于1的整数x，反光镜的数量为大于等于2的整数y，且物体待测量的光滑表面形状为纯凸面或纯凹面，所有量单元的发光元件同时点亮时：所有测量单元的发光元件同时向外界散发出的检测光线中，被任意反光镜反射到待测量的光滑表面，并被待测量的光滑表面反射到任意反光镜，最后再被任意反光镜反射进任意测量单元的摄像头镜头的光线在空间在形成了最多xy(xy
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1)/2条检测光路，每条检测光路中存在重叠且方向相反的两条检测光线；
[0013]步骤二：根据每个测量单元的摄像头接收的所有射进其镜头的检测光路中的光线并得到的图像中和检测光路中的光线一一对应的每个光斑，在虚拟的三维空间中推算出：和该测量单元的摄像头得到的图像中形成的每个光斑一一对应的反射光线模型；
[0014]步骤三：在虚拟的三维空间中，根据所有反光镜模型推算出和每个所述反射光线模型一一对应的入射光线模型，并通过寻找两条相互相交的所述入射光线模型组成和每条检测光路一一对应的光路模型的部分或全部，并根据每个所述光路模型判断光滑的物体表面上对应的点相对于测量单元的位置关系和该点所在切面的法线方向；
[0015]步骤四：当物体待测量的光滑表面形状为纯凸面或纯凹面时，在得到的所有入射光线模型中，整理出和最多xy(xy
‑
1)/2条检测光路一一对应的个光路模型。
[0016]作为本专利技术进一步的方案：根据每个测量单元的摄像头得到图像中的光斑推算出一一对应的反射光线模型包括以下步骤：
[0017]步骤S1：根据每个测量单元的摄像头接收所述检测光路中的光线得到对应的图像转化为矢量图；
[0018]步骤S2：将每一个测量单元的摄像头得到的图像或其转化出的矢量图转化成和该测量单元的摄像头对应的反射光线模型。
[0019]作为本专利技术进一步的方案：推算和每个反射光线一一对应的入射光线模型包括以下步骤：
[0020]步骤P1：在虚拟的三维空间中建立测量光滑表面形状的设备的三维模型，所述测量光滑表面形状的设备的三维模型至少包括和所述测量单元阵列中的每个测量单元一一对应的测量单元模型，以及和所述反光镜阵列的每个反光镜一一对应的反光镜模型；
[0021]其中，每个反光镜模型至少包含一个面，且和其对应的反光镜的镜面的形状相同。
[0022]步骤P2：根据每个测量单元模型对应的反射光线模型所在的直线作为反射光线，根据每个反光镜模型包含的面作为反射面，按照光的反射定律推算出和每条反射光线模型一一对应的用直线表示的入射光线模型。
[0023]步骤P3：在所有测量单元对应的所有入射光线模型所在的直线中，寻找出每两个相互相交的直线组成的一个光路模型，在每个光路模型中，两个相互相交的直线形成的夹角的顶点和测量单元模型的相对位置等价于被测量的光滑表面上的点和测量单元的相对
位置；夹角的角平分线即为测量出光滑表面上的点所在的切面的法线方向。
[0024]作为本专利技术进一步的方案：查找出两个相互相交的直线的方式为：
[0025]在单独一个测量单元模型对应的每个入射光线模型所在的直线中，寻找相互相交的直线组成光路模型；并在单独一个测量单元模型对应的每个入射光线模型所在的直线中，寻找相互相交的直线组成光路模型之后，在每个测量单元模型对应的所有未组成光路模型的入射光线模型中寻找出每两个相互相交的直线组成的一个光路模型。
[0026]作为本专利技术进一步的方案：整理光路模型包括以下步骤：
[0027]步骤Q1：在虚拟的三维空间中，将每个反光镜模型包含的面与所有入射光线模型所在的直线中相交的，并在相交后得到的每个反光镜模型所在的面上最多x2y个反射点模型按照在该反光镜模型上的位置，划分成和测量单元模型的数量相等的x个反射点模型一级阵列，每个反射点模型一级阵列中包含最多x*y个所述反射点模型，且将所有反光镜模型上的最多x个反射点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种的测量光滑表面形状的设备，其特征在于，包括骨架；所述骨架设置有x个测量单元组成的测量单元阵列，以及y个反光镜组成的反光镜阵列；每个所述测量单元包括发光元件和摄像头；且同一个测量单元内的摄像头数量为1个，发光元件数量根据实际需求设置，每个发光元件用于向外界散发光线；每个所述反光镜用于根据所述发光元件向外界散发的检测光线制造出检测光路，所述检测光路为反光镜将所述发光元件散发的检测光线反射到待测量的光滑表面上，并将所述待测量的光滑表面所镜面反射的检测光线最终反射回每个所述测量单元的摄像头中的那部分检测光线在空间在形成的光路；每个所述测量单元包括的摄像头用于接收所述检测光路中的检测光线，并根据的到的图像推算出待测量的光滑表面的形状；其中，x个测量单元在测量单元阵列中按第一测量单元,第二测量单元
…
第X测量单元排序设置，x是大于等于1的整数；y个反光镜在反光镜阵列中按第一反光镜,第二反光镜
…
第y反光镜排序设置，y是大于等于2的整数。2.根据权利要求1所述的一种测量光滑表面形状的设备，其特征在于，所述发光元件发发光的方式为散发，使光线能够向空间中的各个角度进行发射。3.根据权利要求1所述的一种测量光滑表面形状的设备，其特征在于，所述反光镜的镜面的形状设置为平面、凹面或凸面中的一种。4.根据权利要求1
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4任意一项所述的一种测量光滑表面形状的设备的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：当测量单元的数量为大于等于1的整数x，反光镜的数量为大于等于2的整数y，且物体待测量的光滑表面形状为纯凸面或纯凹面，所有量单元的发光元件同时点亮时：所有测量单元的发光元件同时向外界散发出的检测光线中，被任意反光镜反射到待测量的光滑表面，并被待测量的光滑表面反射到任意反光镜，最后再被任意反光镜反射进任意测量单元的摄像头镜头的光线在空间在形成了最多xy(xy
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1)/2条检测光路，每条检测光路中存在重叠且方向相反的两条检测光线；步骤二：根据每个测量单元的摄像头接收的所有射进其镜头的检测光路中的光线并得到的图像中和检测光路中的光线一一对应的每个光斑，在虚拟的三维空间中推算出：和该测量单元的摄像头得到的图像中形成的每个光斑一一对应的反射光线模型；步骤三：在虚拟的三维空间中，根据所有反光镜模型推算出和每个所述反射光线模型一一对应的入射光线模型，并通过寻找两条相互相交的所述入射光线模型组成和每条检测光路一一对应的光路模型的部分或全部，并根据每个所述光路模型判断光滑的物体表面上对应的点相对于测量单元的位置关系和该点所在切面的法线方向；步骤四：当物体待测量的光滑表面形状为纯凸面或纯凹面时，在得到的所有入射光线模型中，整理出和最多xy(xy
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1)/2条检测光路一一对应的个光路模型。5.根据权利要求4所述的一种测量光滑表面形状的设备的测量方法，其特征在于，根据每个测量单元的摄像头得到图像中的光斑推算出一一对应的反射光线模型包括以下步骤：步骤S1：根据每个测量单元的摄像头接收所述检测光路中的光线得到对应的图像转化为矢量图；步骤S2：将每一个测量单元的摄像头得到的图像或其转化出的矢量图转化成和该测量单元的摄像头对应的反射光线模型。
6.根据权利要求4所述的一种测量光滑表面形状的设备的测量方法，其特征在于，推算和每个反射光线一一对应的入射光线模型包括以下步骤：步骤P1：在虚拟的三维空间中建立测量光滑表面形状的设备的三维模型，所述测量光滑表面形状的设备的三维模型至少包括和所述测量单元阵列中的每个测量单元一一对应的测量单元模型，以及和所述反光镜阵列的每个反光镜一一对应的反光镜模型；其中，每个反光镜模型至少包含一个面，且和其对应的反光镜的镜面的形状相同。步骤P2：根据每个测量单元模型对应的反射光线模型所在的直线作为反射光线，根据每个反光镜模型包含的面作为反射面，按照光的反射定律推算出和每条反射光线模型一一对应的用直线表示的入射光线模型。步骤P3：在所有测量单元对应的所有入射光线模型所在的直线中，寻找出每两个相互相交的直线组成的一个光路模型，在每个光路模型中，两个相互相交的直线形成的夹角的顶点和测量单元模型的相对位置等价于被测量的光滑表面上的点和测量单...

【专利技术属性】
技术研发人员：张也弛，
申请(专利权)人：张也弛，
类型：发明
国别省市：