專利名稱：高速掃描整體成像三維測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視覺檢測技術(shù)，尤其是涉及表面尺寸、形狀、曲率、位置等空間幾何特征的測量，具體講涉及高速掃描整體成像三維測量方法。
背景技術(shù)：
表面安裝集成電路管腳、印刷電路板錫膏、微尺寸高精度機(jī)械零部件等現(xiàn)代工業(yè)制造業(yè)領(lǐng)域中，產(chǎn)品的表面尺寸、形狀、曲率、位置等空間幾何特征直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量、 可靠性和競爭力，因而對(duì)產(chǎn)品表面的三維形貌測量提出了較高的要求。視覺測量技術(shù)是集視覺、光學(xué)，電子，計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等現(xiàn)代技術(shù)為一體的綜合性技術(shù)，具有非接觸、速度快、自動(dòng)化程度高、柔性好等突出優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)制造業(yè)的檢測領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。目前基于視覺技術(shù)的三維測量技術(shù)主要有光柵投影輪廓、光學(xué)干涉、共焦測量、線結(jié)構(gòu)光掃描等。光柵投影輪廓測量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)被測物體表面三維形貌的整體測量，測量速度快。但光柵投影輪廓術(shù)中特征點(diǎn)的特征和拓?fù)湫畔⑻崛?fù)雜，并且對(duì)光學(xué)投射和采集系統(tǒng)的分辨率有著較高的要求，限制了系統(tǒng)的測量精度。光學(xué)干涉、共焦技術(shù)等方法可以實(shí)現(xiàn)三維表面形貌的高精度測量。但是這兩種技術(shù)的成本較高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響了其在生產(chǎn)檢測環(huán)境中的應(yīng)用。線結(jié)構(gòu)光掃描的測量方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高，成本低，實(shí)時(shí)受控能力強(qiáng)， 在工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用廣泛。但是要實(shí)現(xiàn)對(duì)整體三維形貌的測量需要位移機(jī)構(gòu)配合，測量速度慢，無法滿足在線生產(chǎn)測量速度的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，滿足快速高精度表面三維形貌在線測量的需求，解決測量技術(shù)中測量速度與測量精度，環(huán)境適應(yīng)性之間的矛盾，尤其滿足生產(chǎn)線上智能、快速、高精度、低成本的檢測需要，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，高速掃描整體成像三維測量方法，包括下列步驟利用激光器外調(diào)制驅(qū)動(dòng)電源控制一字線激光器的輸出，通過控制驅(qū)動(dòng)電源的調(diào)制頻率，使一字線激光器的輸出為頻閃線結(jié)構(gòu)光；使多面棱鏡在高速電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，多面棱鏡將激光器輸出的線結(jié)構(gòu)光反射、投射到被測物體表面；由于多面棱鏡旋轉(zhuǎn)過程中線結(jié)構(gòu)光入射角度的變化，使線結(jié)構(gòu)光掃描過整個(gè)被測物體表面，在被測物體表面形成面結(jié)構(gòu)光測量條紋；將光電探測器放置在多面棱鏡旋轉(zhuǎn)過程中線結(jié)構(gòu)光投射的極限位置上，用于產(chǎn)生和結(jié)構(gòu)光測量條紋空間位置同步的時(shí)鐘控制信號(hào)， 即每探測到一個(gè)極限條紋，光電探測器即產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘控制信號(hào)，并將該時(shí)鐘控制信號(hào)作為采集圖像的同步信號(hào)提供給面陣CCD相機(jī)；在光電探測器產(chǎn)生采集圖像的同步信號(hào)的控制下，面陣CCD相機(jī)在結(jié)構(gòu)光掃描整個(gè)區(qū)域的過程中都進(jìn)行曝光，即實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)被測物體表面調(diào)制后結(jié)構(gòu)光的整體成像，獲取整個(gè)掃描表面完整的面結(jié)構(gòu)光圖像；建立測量模型由光學(xué)三角法得下式，
權(quán)利要求
1.一種高速掃描整體成像三維測量方法，其特征是，包括如下步驟利用激光器外調(diào)制驅(qū)動(dòng)電源控制一字線激光器的輸出，通過控制驅(qū)動(dòng)電源的調(diào)制頻率，使一字線激光器的輸出為頻閃線結(jié)構(gòu)光；使多面棱鏡在高速電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，多面棱鏡將激光器輸出的線結(jié)構(gòu)光反射、投射到被測物體表面；由于多面棱鏡旋轉(zhuǎn)過程中線結(jié)構(gòu)光入射角度的變化，使線結(jié)構(gòu)光掃描過整個(gè)被測物體表面，在被測物體表面形成面結(jié)構(gòu)光測量條紋；將光電探測器放置在多面棱鏡旋轉(zhuǎn)過程中線結(jié)構(gòu)光投射的極限位置上，用于產(chǎn)生和結(jié)構(gòu)光測量條紋空間位置同步的時(shí)鐘控制信號(hào)，即每探測到一個(gè)極限條紋，光電探測器即產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘控制信號(hào)，并將該時(shí)鐘控制信號(hào)作為采集圖像的同步信號(hào)提供給面陣CCD相機(jī)；在光電探測器產(chǎn)生采集圖像的同步信號(hào)的控制下，面陣CCD相機(jī)在結(jié)構(gòu)光掃描整個(gè)區(qū)域的過程中都進(jìn)行曝光，即實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)被測物體表面調(diào)制后結(jié)構(gòu)光的整體成像，獲取整個(gè)掃描表面完整的面結(jié)構(gòu)光圖像；建立測量模型由光學(xué)三角法得下式，
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征是，建立測量模型的步驟為設(shè)owxwywzw為空間坐標(biāo)系，OcXc7cZc為面陣CCD相機(jī)坐標(biāo)系，兩者的位置關(guān)系隨意，其轉(zhuǎn)換關(guān)系為R和T ；0c為CXD的像面中心，C為鏡頭的成像中心，S為多面轉(zhuǎn)鏡的光線掃描中心；對(duì)于面陣CCD相機(jī)坐標(biāo)系來說，被測物體表面特征點(diǎn)P在面陣CCD相機(jī)上對(duì)應(yīng)的影像P’ 點(diǎn)坐標(biāo)為
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，被測物體表面特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)(xp，yp，zp)是該點(diǎn)面陣CXD相機(jī)形成的圖像坐標(biāo)與0。的函數(shù)式，該函數(shù)式采用矩陣表示為
全文摘要
本發(fā)明涉及視覺檢測技術(shù)。為滿足快速高精度表面三維形貌在線測量的需求，滿足生產(chǎn)線上智能、快速、高精度、低成本的檢測需要，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，高速掃描整體成像三維測量方法，包括下列步驟利用激光器外調(diào)制驅(qū)動(dòng)電源控制一字線激光器的輸出；使多面棱鏡在高速電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，多面棱鏡將激光器輸出的線結(jié)構(gòu)光反射、投射到被測物體表面；將光電探測器放置在多面棱鏡旋轉(zhuǎn)過程中線結(jié)構(gòu)光投射的極限位置上，面陣CCD相機(jī)在結(jié)構(gòu)光掃描整個(gè)區(qū)域的過程中都進(jìn)行曝光，建立測量模型，被測物體表面特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)(xp，yp，zp)由面陣CCD相機(jī)形成的圖像坐標(biāo)和θp根據(jù)公式獲得。本發(fā)明主要應(yīng)用于快速高精度表面三維形貌在線測量。
文檔編號(hào)G01B11/25GK102589476SQ201210030139
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月13日
發(fā)明者孫長庫, 宋佳, 楊國威, 王鵬 申請(qǐng)人:天津大學(xué)