镜像莫尔测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种镜像莫尔测量装置及方法。本装置包括漫射光源、摄像机、光栅、光栅垂直移动驱动装置和测量数据处理系统，漫射光源作为背景照明光源，被测镜面物体放在光栅后面，能对光栅成像形成变形光栅虚像，摄像机透过参考光栅可拍摄到光栅栅线与光栅虚像重叠形成的莫尔条纹图，光栅垂直移动驱动装置能驱动光栅沿垂直方向移动，从而引起镜像莫尔条纹的相移，摄像机与测量数据处理系统相连接。本方法操作步骤为：测量装置调整、数据采集和数据处理。本发明专利技术能测量镜面反射物体的形貌。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种检测技术，尤其涉及一种适合镜面物体三维面形测量的"镜像莫尔测量装置及方法"。
技术介绍
莫尔形貌术作为一种常用光学三维测量方法，具有全场和非接触的优点，并因此 在工业及民用领域的许多方面得到广泛应用。莫尔现象被引入科学研究的有记载的历史可 以追溯到十九世纪。此后，将莫尔现象用于三维形状检测的努力一直延续不断，但长期未有 太大突破。直至1970年代，当Meadows等和Takasaki相继发表其关于莫尔形貌术的经典 论文后，该技术才开始得以蓬勃发展。与各种基于相干光的技术比较，莫尔形貌术具有① 无须相干光源，设备简单；②适合较大、较深物体的测量；③对工作环境要求低的特点。根 据测量装置之不同，莫尔形貌术被分为阴影型和投射型两类。 莫尔形貌术的研究和发展主要受新型器件使用的驱动。例如，CCD摄像机替代了 感光胶片成为莫尔条纹的记录介质等等。新器件的采用大大提高了测量的精度、分辨率和 自动化程度。与此相适应，条纹图像的自动分析与处理成为莫尔形貌术研究的核心内容。 早期采用的方法是基于图像灰度确定莫尔条纹的中心或峰值位置，以此得到细化的等高 线。为确定等高线的级次，Lu和Inokuchi在投射型莫尔中采用了强度调制的方法。另 一种方法是基于动态位相检测的技术。例如，Indebetouw通过控制参考光栅匀速移动，实现 了莫尔条纹两点之间相对位相的动态探测；而Moore和Truax则是通过光源照射角度的脉 动，将锁相环技术引入莫尔条纹分析中。Quan等使物体振动，以扫描时域信号的位相。Tang 等最早采用傅立叶变换方法对莫尔条纹图像进行了分析。相移技术是一种高分辨率的条纹 图像分析技术。在投射莫尔形貌术中，Reid等和Mas咖oto等首先通过投射光栅或参考光 栅之一的平移，很方便地将实现了相移。但对于阴影型技术，唯一光栅的平移却无法产生 莫尔条纹的移动。因此，只有通过改变系统的其它参数，才能引起莫尔条纹的移动。但对于 常用的非准直光系统，图像上各点的相移量依赖于该点对应深度值，因此无法实现均匀相 移。Dirckx等，Dirckx和Decraemer， Ladak等，以及Mauvoison等使物体垂直于光栅栅面 移动，近似实现了均匀相移。Yoshizawa和Tomisawa在移动光栅的同时也控制光源移动， D' Acquisto等同时改变光源和物体位置，Jin等则同时控制光栅的移动和旋转，也部分补 偿了非均匀相移带来的系统误差。Degrieck等仅采集一幅图像，利用一虚拟光栅实现了阴 影莫尔条纹的相移。除此之外，针对阴影莫尔技术，尚有某些条纹移动方法不需求解位相， 从而避免非均匀相移带来的误差。例如，Arai等，与Arai和Yokozeki从一系列条纹移动 的莫尔图像中，通过求解非线性方程直接获取物面深度的精确值。Xie等的方法则是控制 光栅按一定规律旋转，但其最大可测深度非常有限。而G6mez-Pedrero等在装置中采用了 三色光源，用异步解调方法分析了莫尔条纹。赵宏等控制光栅沿栅面垂直方向移动，为相移 阴影莫尔形貌术提供了一种新的实现手段。王昭等在阴影型装置中采用多点光源，将频移 技术引入莫尔形貌术。杨晓苹等提出双光栅结构的阴影莫尔法，可以简化位相去包裹操作。李根乾等在投射型莫尔中采用双摄像机和多光源设置，大大提高了相移投射莫尔形貌术的 测量速度。 尽管莫尔形貌术的研究已历经了较长时期，已渐趋成熟。但是，现有的所有方法和 装置只能测量表面性质为漫反射的粗糙物体轮廓，无法测量镜面反射物体的形貌。而在工 程实际中，大量物体的表面性质为镜面反射。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种基于莫尔测量原理的镜 面物体表面三维轮廓测量装置和测量方法，即""，能测量镜面反 射物体的形貌。 为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案 —种镜像莫尔测量装置，包括摄像机、光栅、光栅垂直移动驱动装置、测量数据处 理系统和光源，其特征在于所述光源为漫射光源，以该漫射光源作为背景照明光源；被测 镜面物体放置于光栅后面，能对光栅成像形成变形光栅虚像；所述摄像机透过光栅能拍摄 到光栅栅线与光栅虚像重叠形成的莫尔条纹图，即镜像莫尔条纹图；所述的光栅驱动装置 能驱动光栅沿垂直方向移动，从而引起镜像莫尔条纹的相移；所述的摄像机与测量数据处 理系统相连接，能将莫尔条纹图输出至数据处理系统进行处理，转换成被测量物体表面面 形数据。 —种镜像莫尔测量方法，采用上述的镜面莫尔测量装置进行测量，其特征在于操 作步骤如下 第一步、测量装置调整确定摄像机(1)的参数与光栅(2)的节距； 第二步、数据采集①安装光栅，使光栅栅线方向为竖直方向；②将被测镜面物体放置于光栅之后，并调整其方位至摄像机能记录到清晰莫尔条纹；③利用光栅驱动装置移动光栅至n个预定位置，n为等于或大于4的自然数，在各位置分别用摄像机记录莫尔条纹图，并输出至测量数据处理系统；④重新安装光栅，使光栅栅线方向为水平方向，并重复执行步骤③。 第三步、数据处理测量数据处理系统(4)对输入莫尔条纹图进行处理，计算被测 镜面的面形信息。 上述的第三步中所述的数据处理方法为①对光栅栅线为竖直和水平方向时采集 的两组莫尔条纹图分别进行处理，计算其相对相移量；②利用相对相移量，分别计算两组莫 尔条纹图的位相分布图；③利用位相分布图和光栅节距，分别计算物面沿水平和竖直方向 的梯度分布；④通过数值积分方法，由梯度分布计算物面深度分布。 本专利技术装置与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优 点 1、现有的莫尔测量装置采用点光源或平行光照明，只能测量漫反射物体。当被测 物体表面性质为镜面反射时，摄像机不能拍摄到莫尔条纹。本专利技术所述装置采用漫射背景 光源，测量镜面物体时可以拍摄到莫尔条纹。 2、现有的莫尔测量方法中，莫尔条纹由光栅与光栅在漫反射物面上的阴影重叠而 成，莫尔条纹与物面深度有关。本专利技术所述方法中，莫尔条纹由光栅与光栅被镜面所成虚像重叠而成，莫尔条纹与物面梯度有关。 3、现有的莫尔测量方法中，相移量与测量系统参数有关，与被测物体无关，是已知的。本专利技术所述方法中，相移量与被测物体形状有关，是未知的，是需要求解的。 4、现有的莫尔测量方法中，物面深度由位相直接计算所得，是基于三角测量原理。本专利技术所述方法中，物面梯度由位相计算所得，物面深度再由梯度积分所得，不是基于三角测量原理。 5、现有的莫尔测量方法及装置测量对象为漫反射物体，本专利技术所述装置及方法测 量对象为镜面反射物体。附图说明 图1是本专利技术"镜像莫尔测量装置"的结构示意图； 图2是本专利技术"镜像莫尔测量方法"的原理具体实施例方式本专利技术的优选实施例结合附图详述如下 实施例一 参见图l，本镜像莫尔测量装置包括摄像机(1)、光栅(2)、光栅垂直移 动驱动装置(3)、测量数据处理系统(4)和光源(5);光源(5)为漫射光源，以该漫射光源 (5)作为背景照明光源；被测镜面物体(6)放置于光栅(2)后面，能对光栅成像形成变形光 栅虚像；摄像机(1)透过光栅(2)能拍摄到光栅栅线与光栅虚像重叠形成的莫尔条纹图，即 镜像莫尔条纹图；光栅垂直移动驱动装置(3)能驱动光栅(2)沿垂直方向移动，从而引起镜 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镜像莫尔测量装置，包括摄像机（１）、光栅（２）、光栅垂直移动驱动装置（３）、测量数据处理系统（４）和光源（５），其特征在于：所述光源（５）为漫射光源，以该漫射光源（５）作为背景照明光源；被测镜面物体（６）放置于光栅（２）后面，能对光栅成像形成变形光栅虚像；所述摄像机（１）透过光栅（２）能拍摄光栅栅线与光栅虚像重叠形成的莫尔条纹图，即镜像莫尔条纹图；所述的光栅驱动装置（３）能驱动光栅（２）沿垂直方向移动，从而引起镜像莫尔条纹的相移；所述的摄像机（１）与测量数据处理系统（４）相连接，能将莫尔条纹图输出至数据处理系统（４）进行处理，转换成被测物体表面的面形数据。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭红卫，冯鹏，胡珍，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]