非接触探头制造技术

一种非接触测量装置和方法。探头被设置用于安装在坐标定位设备上，所述探头包括用于捕获待测量物体的图像的至少一个成像装置。还设置一图像分析仪，所述图像分析仪被构造成分析通过所述探头从第一视角获得的物体的至少一个第一图像以及通过所述探头从第二视角获得的物体的至少一个第二图像，以便识别待测量物体上的至少一个目标特征。所述图像分析仪被进一步构造成借助对由探头获得的物体图像的分析而获得关于物体表面的地形数据，其中光学图案被投射到所述物体上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于测量物体同时不与物体接触的方法及设备。
技术介绍
照相测量法是一种已知的技术，其通过从不同视角拍摄的照片来确定物体上某些 点的地点，即，位置和/或方位。典型的照相测量法包括获得从不同视角拍摄的至少两张物 体图像。对于每个图像，可以确定图像上物体特征的二维坐标。然后可以通过对拍摄图像 的相机与所述特征在图像上形成的点的相对位置和方位的了解，借助三角测量来确定物体 上特征的三维坐标。这种技术例如在美国专利US5，251，156中被披露，该专利的全部内容 以参考的方式被结合在本说明书中。还已知用于测量表面地形的非接触光学测量系统。这通常可以包括将结构化光学 图案投射到表面上的投影仪以及相对所述投影仪以一定角度设置的相机，所述相机检测表 面上的结构化光学图案。表面上的高度变化造成图案的失真。通过这种失真，可以借助三 角测量和/或相位分析技术来计算表面的几何形状。目前已知的系统使得能够执行照相测量法或者相位分析以便获得关于物体的测量数据。
技术实现思路
本专利技术提供了方法和设备，其中可以借助照相测量技术、三角测量技术和/或相 位分析技术在通过普通探头获得的图像上执行物体的测量。根据本专利技术的第一方面，提供了 一种非接触测量装置，其包括用于安装在坐标定 位设备上的探头，所述探头包括至少一个用于捕获待测量物体图像的成像装置；图像分析 仪，所述图像分析仪被构造成分析由探头从第一视角获得的至少一个第一物体图像和由探 头从第二视角获得的至少一个第二物体图像以便识别待测量物体上的至少一个目标特征， 并且被进一步构造以便借助对由探头获得的物体图像的分析来获取关于物体表面的地形 数据，其中光学图案被投射到所述物体上。本专利技术的优点在于利用由相同探头所获得的图像，通过图像分析仪来确定物体 上目标特征的位置以及物体的表面地形数据。因此，没有必要具有两个单独的图像系统来 获得物体的目标特征的位置以及物体的表面地形形式。正如将要理解的，视角可以是物体的特定的视点。视角可以由成像装置相对于物 体的位置和/或方位来限定。可以通过至少一个合适的成像装置来获得所述至少一个第一图像和所述至少一 个第二图像。合适的成像装置包括至少一个图像传感器。例如，合适的成像装置可以包 括光学电磁辐射(EMR)敏感型探测器，诸如电荷耦合装置(CCD)、互补金属氧化物半导体 (CMOS)。合适的成像装置可以被光学构造成在图像平面上聚焦光线。正如将要理解的，所 述图像平面可以由图像传感器限定。例如，合适的成像装置可以包括至少一个光学部件，所述光学部件被构造成在图像平面上聚焦光学EMR。选择地，所述至少一个光学部件包括透^Mi ο合适的成像装置可以基于针孔照相机型号，所述针孔照相机包括针孔，所述针孔 也可以被当作成像装置的视角中心，在光学EMR射线与所述图像平面相交之前假设所述射 线穿过所述针孔。正如将要理解的，不包括针孔但是包括透镜以便聚焦光学EMR的成像装 置也具有视角中心，并且这个视角中心可以是与图像平面相交的所有光学EMR射线假设通 过的点。正如将要理解的，可以应用校准过程相对于所述图像传感器发现所述视角中心， 所述校准过程诸如在以下文章中所描述由J. Heikkila和0. Silven发表在1997年计算 机视线和图案识别会议(CVPR’97)的会议录中的“具有内含图像校对的四步骤相机校准过 程”，以及由J. G. Fryer发表在由K. B. Atkinson编辑的“近距离照相测量法和机器图像”中 的“照相机校准”，Whittles出版社(1996)。可以提供诸如那些用于校对透镜偏差的校对参 数，这些校对参数是公知的并且例如在这两个文献中被描述。所述探头可以包括多个成像装置。优选地，应用普通成像装置获得由图像分析仪 分析的所述图像。因此，在这种情况下，所述探头可以仅包括单个成像装置。 优选地，所述光学图案被投射在物体的一区域上。优选地，所述图案越过物体的一 区域延伸以便促进对在所述区域图像上的物体的多个点的测量。优选地，所述图案是大致 重复的图案。特别优选的光学图案包括大致周期性的光学图案。正如将要理解的，周期性 的光学图案可以是在特定有限距离之后重复的图案。所述重复之间的最短距离可以是图案 的周期。优选地，所述光学图案在至少一维上是周期性的。选择地，所述光学图案在至少两 个垂直的维度上是周期性的。用于本专利技术的合适的光学图案包括同心圆图案、具有变化色彩、色度和/或色调 的线条图案。所述色彩、色度和/或色调可以在两个或多个不同数值之间交替。选择地，所 述色彩、色度和/或色调可以在多个离散数值之间变化。优选地，所述色彩、色度和/或色 调可以在整个光学图案上连续地变化。优选地，所述光学图案是条纹图案。例如，所述光学 图案可以是一组正弦曲线型条纹。所述光学图案可以位于红外线至紫外线的范围中。优选 地，所述光学图案是可视光学图案。正如将要理解的，用在诸如本专利技术的方法中的光学图案 还通常被称作结构化光图案。所述光学图案可以经由至少一个投影仪被投射在物体上。用于光学图案的合适的 投影仪包括被构造成从处理器装置投射图像输入的数字光线投影仪。这种投影仪使得被投 射的图案改变。合适的投影仪可以包括光源以及一个或多个布置成产生光学图案的衍射光 栅。所述衍射光栅可以移动以便使得由投影仪投射的图案改变。例如，所述衍射光栅可以被 安装在压电式传感器上。选择地，所述衍射光栅可以被如此固定使得由投影仪投射的图案 不会改变。选择地，所述投影仪可以包括光源和全息图。另外，所述投影仪可以包括光源和 压花幻灯片。再者，所述投影仪可以包括两个彼此一致的光源。所述一致的光源可以移动 使得由投影仪投射的图案改变。例如，所述一致的光源可以被安装在压电式传感器上。选 择地，所述一致的光源可以被固定成使得由投影仪投射的图案不会改变。所述至少一个投影仪可以与探头分别地提供。优选地，所述探头包括所述至少一 个投影仪。优选地，所述探头仅仅包括单个投影仪。目标特征可以是物体上的预定标记。所述预定标记可以是所述物体的一部分，例 如形成在物体表面上的预定图案。选择地，所述标记可以被附接至物体以便识别目标特征。 例如，所述标记可以是代码化“牛眼”，其中“牛眼”具有独特的中央点，所述中央点不随着视 角改变，并由一组同心黑白环包围，所述黑白环编码成独特的识别符。自动特征识别方法可 以被用来确定目标中心的位置并且还用来解码所述独特的识别符。通过这些目标，所述图 像可以被自动地分析并且“牛眼”中心的坐标返回。正如将要理解的，所述图像分析仪可以被构造成进一步分析从另外已知视角获得 的物体的图像，所述另外已知视角与其它图像的视角不同。被分析的图像越多，物体上的目 标特征的位置确定越精确和可靠。待测量物体上的目标特征可以由特征识别技术确定。例如，可以应用Hough Transform来识别物体上的直线特征。至少一个第一图像和至少第二图像中的至少一个可以是光学图案投射到其上的 物体的图像。所述光学图案不需要与用来获得地形数据的图像化光学图案相同。优选地， 所述至少一个第一图像和至少第二图像是光学图案投射到其上的物体的图像。这使得可以 从至少一个第一图像和至少一个第二图像中的至少一个获得地形数据。优选地，所述图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非接触测量装置，包括：用于安装在坐标定位设备上的探头，所述探头包括用于捕获待测量物体的图像的至少一个成像装置；图像分析仪，所述图像分析仪被构造成分析通过所述探头从第一视角获得的物体的至少一个第一图像以及通过所述探头从第二视角获得的物体的至少一个第二图像以便识别待测量物体上的至少一个目标特征，所述图像分析仪被进一步构造成借助对由探头获得的物体的至少一个图像的分析而获得关于所述物体的一表面的地形数据，一光学图案被投射到所述物体上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯约翰韦斯顿，伊冯娜鲁思赫德阿特，
申请(专利权)人：瑞尼斯豪公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]