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，電子，計算機和自動控制等現(xiàn)代技術(shù)為一體的綜合性技術(shù)，具有非接觸、速度快、自動化程度高、柔性好等突出優(yōu)點，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)中特征點的特征和拓撲信息提取復雜，并且對光學投射和采集系統(tǒng)的分辨率有著較高的要求，限制了系統(tǒng)的測量精度。光學干涉、共焦技術(shù)等方法可以實現(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)復雜，影響了其在生產(chǎn)檢測環(huán)境中的應用。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，實時受控能力強， 在工業(yè)環(huán)境中應用廣泛。但是要實現(xiàn)對整體三維形貌的測量需要位移機構(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)動電源控制一字線激光器的輸出，通過控制驅(qū)動電源的調(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的驅(qū)動下旋轉(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鐘控制信號， 即每探測到一個極限條紋，光電探測器即產(chǎn)生一個時鐘控制信號，并將該時鐘控制信號作為采集圖像的同步信號提供給面陣CCD相機；在光電探測器產(chǎn)生采集圖像的同步信號的控制下，面陣CCD相機在結(jié)構(gòu)光掃描整個區(qū)域的過程中都進行曝光，即實現(xiàn)對整個被測物體表面調(diào)制后結(jié)構(gòu)光的整體成像，獲取整個掃描表面完整的面結(jié)構(gòu)光圖像；建立測量模型由光學三角法得下式，
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)動電源控制一字線激光器的輸出，通過控制驅(qū)動電源的調(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的驅(qū)動下旋轉(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鐘控制信號，即每探測到一個極限條紋，光電探測器即產(chǎn)生一個時鐘控制信號，并將該時鐘控制信號作為采集圖像的同步信號提供給面陣CCD相機；在光電探測器產(chǎn)生采集圖像的同步信號的控制下，面陣CCD相機在結(jié)構(gòu)光掃描整個區(qū)域的過程中都進行曝光，即實現(xiàn)對整個被測物體表面調(diào)制后結(jié)構(gòu)光的整體成像，獲取整個掃描表面完整的面結(jié)構(gòu)光圖像；建立測量模型由光學三角法得下式，
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owxwywzw為空間坐標系，OcXc7cZc為面陣CCD相機坐標系，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；對于面陣CCD相機坐標系來說，被測物體表面特征點P在面陣CCD相機上對應的影像P’ 點坐標為
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的三維坐標(xp，yp，zp)是該點面陣CXD相機形成的圖像坐標與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)動電源控制一字線激光器的輸出；使多面棱鏡在高速電機的驅(qū)動下旋轉(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相機在結(jié)構(gòu)光掃描整個區(qū)域的過程中都進行曝光，建立測量模型，被測物體表面特征點的三維坐標(xp，yp，zp)由面陣CCD相機形成的圖像坐標和θp根據(jù)公式獲得。本發(fā)明主要應用于快速高精度表面三維形貌在線測量。
文檔編號G01B11/25GK102589476SQ201210030139
公開日2012年7月18日 申請日期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 申請人:天津大學