一種光柵三維形貌測(cè)量?jī)x的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種光柵三維形貌測(cè)量?jī)x，用于微小視場(chǎng)的檢測(cè)，包括支架以及與支架連接的投影組件、采集組件和控制處理器，所述的投影組件和采集組件分別與控制處理器連接，所述的投影組件包括由內(nèi)向外依次連接的DMD芯片、LED投影光源、菲爾透鏡、鏡頭透鏡和成像板，待檢測(cè)物設(shè)置在菲爾透鏡和鏡頭透鏡之間，所述的待檢測(cè)物與鏡頭透鏡之間設(shè)有中繼鏡頭，所述的鏡頭透鏡為短焦透鏡，所述的待檢測(cè)物與鏡頭透鏡的距離大于或等于2倍鏡頭透鏡的焦距。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有測(cè)量精度高、操作便捷、測(cè)量物體范圍更廣、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種光柵三維形貌測(cè)量?jī)x

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量系統(tǒng)，尤其是涉及一種光柵三維形貌測(cè)量?jī)x。

【背景技術(shù)】
[0002]三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量精度較高，普遍可達(dá)到微米級(jí)，并且測(cè)量穩(wěn)定度較高。但其對(duì)環(huán)境要求苛刻，對(duì)溫度及震動(dòng)比較敏感，設(shè)備便攜性差，測(cè)量方式單一，最大缺點(diǎn)是接觸式測(cè)量，易對(duì)被測(cè)物體本身造成觸碰傷害，并且設(shè)備的探針對(duì)于被測(cè)物體復(fù)雜表面(比如微米級(jí)凹槽/坑的深度)無法實(shí)現(xiàn)測(cè)量。
[0003]高精度的影像儀的測(cè)量精度可以到達(dá)微米級(jí)，但是影像儀只能實(shí)現(xiàn)二維信息的測(cè)量，無法實(shí)現(xiàn)三維信息整體形貌的檢測(cè)和測(cè)量，具有很大的局限性。
[0004]普通的光柵掃描儀利用光柵投射裝置在被測(cè)物體上投射若干編碼的結(jié)構(gòu)光，利用CCD相機(jī)采集編碼圖像，然后在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行分析計(jì)算，利用三角測(cè)量原理得到被測(cè)物體的外形三維信息。
[0005]圖3為普通的光柵掃描儀的投影光路圖，圖中LED投影光源12發(fā)出結(jié)構(gòu)光經(jīng)過菲爾透鏡13后變?yōu)槠叫泄馐?，平行光束照射到待投影?shí)物后的投影光經(jīng)過鏡頭透鏡15后成像，對(duì)于普通投影鏡頭，由于鏡頭透鏡15焦距較長(zhǎng)，鏡頭透鏡15到待檢測(cè)物4的距離在I倍焦距與2倍焦距之間，根據(jù)透鏡成像原理，只能在2倍鏡頭透鏡15焦距距離外獲得放大的實(shí)像。但是，很多待測(cè)物體的表面形貌復(fù)雜，投射出的物像的幅面大于10mm*10mm，降低了投影分辨率。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種測(cè)量精度高、操作便捷、測(cè)量物體范圍更廣、應(yīng)用范圍廣的光柵三維形貌測(cè)量?jī)x。
[0007]本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0008]一種光柵三維形貌測(cè)量?jī)x，用于微小視場(chǎng)的檢測(cè)，包括支架以及與支架連接的投影組件、采集組件和控制處理器，所述的投影組件和采集組件分別與控制處理器連接，所述的投影組件包括由內(nèi)向外依次連接的DMD芯片、LED投影光源、菲爾透鏡、鏡頭透鏡和成像板，待檢測(cè)物設(shè)置在菲爾透鏡和鏡頭透鏡之間，所述的待檢測(cè)物與鏡頭透鏡之間設(shè)有中繼鏡頭，所述的鏡頭透鏡為短焦透鏡，所述的待檢測(cè)物與鏡頭透鏡的距離大于或等于2倍鏡頭透鏡的焦距。
[0009]所述的采集組件包括分別與控制處理器連接第一工業(yè)相機(jī)和第二工業(yè)相機(jī)，所述的第一工業(yè)相機(jī)的光軸與LED投影光源的光軸在一平面內(nèi)，并且兩條光軸的夾角為10-35度，所述的第一工業(yè)相機(jī)的光軸與第二工業(yè)相機(jī)的光軸設(shè)置在與前一平面垂直的平面內(nèi)，并且兩條光軸的夾角為5-35度。
[0010]所述的第一工業(yè)相機(jī)和第二工業(yè)相機(jī)上均設(shè)有濾光片，所述的濾光片為兩層，第一層為偏振鏡，第二層為藍(lán)色濾光鏡。
[0011]所述的第一工業(yè)相機(jī)和第二工業(yè)相機(jī)為工業(yè)CXD相機(jī)。
[0012]所述的LED投影光源設(shè)置在菲爾透鏡一倍菲爾透鏡焦距處。
[0013]所述的光柵三維形貌測(cè)量?jī)x的投射幅面的范圍為1mm* Imm-10mm* 10mm。
[0014]所述的支架底部設(shè)有固定在平臺(tái)上的安裝孔。
[0015]光柵三維形貌測(cè)量?jī)x在應(yīng)用時(shí)，投影組件和采集組件由電源供電，控制處理器與投影組件和采集組件通信，控制處理器發(fā)出測(cè)量信號(hào)，DMD芯片接收到信號(hào)后，發(fā)出投影圖形的命令，LED投影光源執(zhí)行命令，將待檢測(cè)物投影到成像板上，采集組件收到信號(hào)后，第一工業(yè)相機(jī)和第二工業(yè)相機(jī)采集數(shù)據(jù)，并由采集組件將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂铺幚砥?，由軟件進(jìn)行計(jì)算處理得到被測(cè)物體的表面三維形貌，完成一次測(cè)量。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]一、測(cè)量精度高，本光柵三維形貌測(cè)量?jī)x通過增大待檢測(cè)物與鏡頭透鏡間的距離，將原來的1-2倍鏡頭透鏡焦距增大到2倍焦距以上，在鏡頭透鏡的另一側(cè)獲得了縮小的實(shí)像，將測(cè)量幅面范圍縮小為比一般的光柵形貌測(cè)量?jī)x的幅面更小，縮小的實(shí)像更加清晰。
[0018]二、操作便捷，本測(cè)量系統(tǒng)通過采集照射到微小物體上的結(jié)構(gòu)光進(jìn)行分析計(jì)算可以方便的得到待測(cè)物體的表面信息。
[0019]三、測(cè)量物體范圍更廣，本測(cè)量系統(tǒng)的采集組件采用了濾光片，對(duì)具有反光特性的物體也能夠測(cè)量。
[0020]四、應(yīng)用范圍廣，本測(cè)量系統(tǒng)的支架底部設(shè)有安裝孔，可安裝于支架、機(jī)械臂、生產(chǎn)線等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為光柵三維形貌測(cè)量?jī)x光路示意圖。
[0023]圖3為普通測(cè)量?jī)x光路示意圖。
[0024]其中:1、投影組件，2、采集組件，3、支架，4、待檢測(cè)物，11、DMD芯片，12、LED投影光源，13、菲爾透鏡，14、中繼透鏡，15、鏡頭透鏡，21、第一工業(yè)相機(jī)，22、第二工業(yè)相機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0026]實(shí)施例:
[0027]如圖1所示，一種光柵三維形貌測(cè)量?jī)x，用于微小視場(chǎng)的檢測(cè)，包括支架3以及與支架3連接的投影組件1、采集組件2和控制處理器，投影組件I和采集組件2分別與控制處理器連接，投影組件I包括由內(nèi)向外依次連接的DMD芯片11、LED投影光源12、菲爾透鏡13、鏡頭透鏡15和成像板16，待檢測(cè)物4設(shè)置在菲爾透鏡13和鏡頭透鏡15之間，待檢測(cè)物4與鏡頭透鏡15之間設(shè)有中繼鏡頭14，鏡頭透鏡15為短焦透鏡，待檢測(cè)物4與鏡頭透鏡15的距離大于或等于2倍鏡頭透鏡15的焦距。
[0028]如圖2所示，LED投影光源12設(shè)置在菲爾透鏡13的一倍焦距處，菲爾透鏡13將LED投影光源12發(fā)出的光變?yōu)槠叫泄馐?br> [0029]本測(cè)量?jī)x還可以更換投影組件I的鏡頭透鏡15，將原來的長(zhǎng)焦距鏡頭更換成短焦透鏡，設(shè)置中繼鏡頭14，可加大待檢測(cè)物4與鏡頭透鏡15間的距離，使其大于或等于2倍焦距，根據(jù)不同測(cè)量需要，還可在中繼鏡頭14與鏡頭透鏡15間添加接圈改變?cè)摼嚯x，根據(jù)透鏡成像原理，物體與透鏡距離大于或等于2倍焦距時(shí)，只能在I倍焦距到2倍焦距之間獲得縮小實(shí)像，因此本光柵三維形貌測(cè)量?jī)x的幅面范圍可縮小為1mm*Imm-10mm*10mm。
[0030]采集組件2包括分別與控制處理器連接第一工業(yè)相機(jī)21和第二工業(yè)相機(jī)22，第一工業(yè)相機(jī)21的光軸與LED投影光源12的光軸在一平面內(nèi)，并且兩條光軸的夾角為10-35度，第一工業(yè)相機(jī)21的光軸與第二工業(yè)相機(jī)22的光軸設(shè)置在與前一平面垂直的平面內(nèi)，并且兩條光軸的夾角為5-35度，第一工業(yè)相機(jī)21和第二工業(yè)相機(jī)22為工業(yè)CXD相機(jī)，均設(shè)有濾光片，濾光片為兩層，第一層為偏振鏡，第二層為藍(lán)色濾光鏡。
[0031]本實(shí)用新型采用進(jìn)行微小視場(chǎng)測(cè)量時(shí)，按要求調(diào)節(jié)投影組件I與采集組件2的相對(duì)位置和角度，控制處理器發(fā)出測(cè)量信號(hào)，DMD芯片11接收到信號(hào)后，發(fā)出投影圖形的命令，LED投影光源12執(zhí)行命令，將序列正弦光柵條紋投射于待檢測(cè)物4上，中繼鏡頭14能夠確保投射出的圖像按照光路最終在成像板16上生成微小投影尺寸，并能夠通過調(diào)整鏡頭透鏡15的焦距或者改變成像板16相對(duì)于鏡頭透鏡15的位置使投影清晰，投影清晰后，采集組件2通過工業(yè)相機(jī)將含有待檢測(cè)物4各個(gè)部分大量信息的光柵條紋圖像采集回來，工業(yè)相機(jī)的鏡頭通過調(diào)節(jié)焦距與光圈，使采集到的條紋圖像清晰，光圈控制光通量，濾光片能夠過濾掉被測(cè)物體表面的強(qiáng)烈反光和一些噪點(diǎn)，使工業(yè)相機(jī)采集的特征更明顯，控制處理器利用相移技術(shù)及二進(jìn)制編碼技術(shù)，計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)高度值，進(jìn)而重建出物體的表面形狀，輸出為海量三維數(shù)據(jù)點(diǎn)格式與深度圖像格式，保存于控制處理器中。通過軟件處理可將三維數(shù)據(jù)點(diǎn)封裝成面片結(jié)構(gòu)或?qū)嶓w結(jié)構(gòu)，顯示出被測(cè)物體的三維形貌。
【權(quán)利要求】
1.一種光柵三維形貌測(cè)量?jī)x，用于微小視場(chǎng)的檢測(cè)，包括支架(3)以及與支架(3)連接的投影組件(1)、采集組件(2)和控制處理器，所述的投影組件(1)和采集組件(2)分別與控制處理器連接，所述的投影組件(1)包括由內(nèi)向外依次連接的DMD芯片(11)、LED投影光源(12)、菲爾透鏡(13)、鏡頭透鏡(15)和成像板(16)，待檢測(cè)物(4)設(shè)置在菲爾透鏡(13)和鏡頭透鏡(15)之間，其特征在于，所述的待檢測(cè)物(4)與鏡頭透鏡(15)之間設(shè)有中繼鏡頭(14)，所述的鏡頭透鏡(15)為短焦透鏡，所述的待檢測(cè)物(4)與鏡頭透鏡(15)的距離大于或等于2倍鏡頭透鏡(15)的焦距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光柵三維形貌測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述的采集組件(2)包括分別與控制處理器連接第一工業(yè)相機(jī)(21)和第二工業(yè)相機(jī)(22)，所述的第一工業(yè)相機(jī)(21)的光軸與LED投影光源(12)的光軸在一平面內(nèi)，并且兩條光軸的夾角為10-35度，所述的第一工業(yè)相機(jī)(21)的光軸與第二工業(yè)相機(jī)(22)的光軸設(shè)置在與前一平面垂直的平面內(nèi)，并且兩條光軸的夾角為5-35度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光柵三維形貌測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述的第一工業(yè)相機(jī)(21)和第二工業(yè)相機(jī)(22)上均設(shè)有濾光片，所述的濾光片為兩層，第一層為偏振鏡，第二層為藍(lán)色濾光鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光柵三維形貌測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述的第一工業(yè)相機(jī)(21)和第二工業(yè)相機(jī)(22)為工業(yè)(XD相機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光柵三維形貌測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述的LED投影光源(12)設(shè)置在菲爾透鏡(13) —倍菲爾透鏡焦距處。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光柵三維形貌測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述的光柵三維形貌測(cè)量?jī)x的投射幅面的范圍為1mm* 1mm-10mm* 10mm 0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光柵三維形貌測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述的支架(3)底部設(shè)有固定在平臺(tái)上的安裝孔。
【文檔編號(hào)】G01B11/245GK204255307SQ201420736769
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】劉曉輝, 韓林, 劉廣建 申請(qǐng)人:上海航天動(dòng)力科技工程有限公司