專利名稱：一種掃描式物體表面三維形貌測(cè)量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種掃描式物體表面三維形貌測(cè)量方法及裝置，該裝置的基本原理是利用激光三角法，能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸光學(xué)測(cè)量，可用于一般物體表面的三維形貌測(cè)量。本發(fā)明屬于光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光三角法作為典型的非接觸光學(xué)主動(dòng)三維測(cè)量方法，廣泛應(yīng)用于三維形貌測(cè)量、逆向工程和質(zhì)量檢測(cè)等諸多領(lǐng)域。激光三角法每次只能對(duì)一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，因此需要采取一些措施實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)物體的形貌測(cè)量。常見(jiàn)的措施包括光束掃描、物體位移以及光束掃描與物體位移結(jié)合等方法。常見(jiàn)的光束掃描方式包括振鏡掃描法、AOD聲光器件掃描法、 多面轉(zhuǎn)鏡掃描法等。振鏡掃描法掃描速度受到限制，AOD聲光器件掃描法的掃描范圍較小， 都無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)大范圍高速掃描。
本發(fā)明使用多面轉(zhuǎn)鏡對(duì)光束掃描，同時(shí)結(jié)合物體的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了大范圍高速掃描測(cè)量。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種基于激光三角法的光束掃描與物體移動(dòng)相結(jié)合的物體表面三維形貌測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置可實(shí)現(xiàn)高速、大范圍、高精度物體表面三維形貌測(cè)量。
I)本發(fā)明一種掃描式物體表面三維形貌測(cè)量裝置，它是由測(cè)量頭、計(jì)算機(jī)和位移臺(tái)組成，它們之間的位置連接關(guān)系是計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線分別與測(cè)量頭和位移臺(tái)連接。
所述測(cè)量頭是由激光器、掃描裝置和成像裝置組成，它們之間的位置連接關(guān)系是激光器與成像裝置的光軸之間保持預(yù)定夾角，放置于掃描裝置的同側(cè)。該激光器是可見(jiàn)光半導(dǎo)體激光器。該掃描裝置由電機(jī)、多面轉(zhuǎn)鏡、角度編碼器組成；其間關(guān)系是電機(jī)帶動(dòng)多面轉(zhuǎn)鏡和角度編碼器高速旋轉(zhuǎn)；利用多面轉(zhuǎn)鏡的特性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)動(dòng)物體截面的高速大范圍周期性掃描，掃描方向與物體運(yùn)動(dòng)方向垂直；利用角度編碼器，可以實(shí)時(shí)讀出激光光束偏轉(zhuǎn)的角度。該電機(jī)是高速伺服電機(jī)；該多面轉(zhuǎn)鏡是定制的高精度多面轉(zhuǎn)鏡；該角度編碼器是高精度增量式光電編碼器；該成像裝置由透鏡和相機(jī)組成，其間關(guān)系是為了保證裝置具有較大的景深，激光光束、相機(jī)成像平面與光軸之間的夾角滿足一定條件(參見(jiàn)圖I)。具體描述如下設(shè)透鏡焦距為f，激光光點(diǎn)A到透鏡距離為m，A的像點(diǎn)A'到透鏡距離為η ;激光光束、成像平面與光軸夾角分別為α、β ;成像裝置光路滿足以下條件
權(quán)利要求
1.一種掃描式物體表面三維形貌測(cè)量裝置，其特征在于它是由測(cè)量頭、計(jì)算機(jī)和位移臺(tái)組成，計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線分別與測(cè)量頭和位移臺(tái)連接；所述測(cè)量頭是由激光器、掃描裝置和成像裝置組成，激光器與成像裝置的光軸之間保持預(yù)定夾角，放置于掃描裝置的同側(cè)；該激光器是可見(jiàn)光半導(dǎo)體激光器，該掃描裝置由電機(jī)、多面轉(zhuǎn)鏡、角度編碼器組成；電機(jī)帶動(dòng)多面轉(zhuǎn)鏡和角度編碼器高速旋轉(zhuǎn)；利用多面轉(zhuǎn)鏡的特性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)動(dòng)物體截面的高速大范圍周期性掃描，掃描方向與物體運(yùn)動(dòng)方向垂直; 利用角度編碼器，實(shí)時(shí)讀出激光光束偏轉(zhuǎn)的角度；該電機(jī)是高速伺服電機(jī)；該多面轉(zhuǎn)鏡是定制的高精度多面轉(zhuǎn)鏡；該角度編碼器是高精度增量式光電編碼器；該成像裝置由透鏡和相機(jī)組成，為了保證裝置具有較大的景深，激光光束、相機(jī)成像平面與光軸之間的夾角滿足預(yù)定條件；具體描述如下設(shè)透鏡焦距為f，激光光點(diǎn)A到透鏡距離為m，A的像點(diǎn)k'到透鏡距離為η ;激光光束、成像平面與光軸夾角分別為α、β ;成像裝置光路滿足以下條件
2.一種掃描式物體表面三維形貌測(cè)量方法，該方法具體步驟如下步驟一將測(cè)量頭安裝在位移臺(tái)上方，被測(cè)物體放置于位移臺(tái)上；調(diào)整測(cè)量頭的姿態(tài)， 使得從測(cè)量頭出射光束的掃描方向與位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向垂直，測(cè)量頭的高度根據(jù)待測(cè)物體的大小和測(cè)量精度的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)；步驟二 計(jì)算機(jī)控制位移臺(tái)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)；給測(cè)量頭通電，使測(cè)量頭內(nèi)的激光器、掃描裝置和成像裝置處于工作狀態(tài)；即，電機(jī)帶動(dòng)多面轉(zhuǎn)鏡高速轉(zhuǎn)動(dòng)，角度編碼器測(cè)量多面鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的角度；激光器發(fā)出激光光束，光束經(jīng)多面轉(zhuǎn)鏡反射后形成一個(gè)掃描面；相機(jī)實(shí)時(shí)米集圖像； 步驟三計(jì)算機(jī)從測(cè)量頭接收到相機(jī)的圖像數(shù)據(jù)、角度編碼器的角度數(shù)據(jù)；從位移臺(tái)接收位移臺(tái)的速度數(shù)據(jù)；計(jì)算機(jī)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)解算出待測(cè)物體的三維形貌數(shù)據(jù)， 完成測(cè)量。
全文摘要
一種掃描式物體表面三維形貌測(cè)量裝置，該裝置由測(cè)量頭、位移臺(tái)、計(jì)算機(jī)組成，計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線分別與測(cè)量頭和位移臺(tái)連接；其中，測(cè)量頭由激光器、掃描裝置和成像裝置組成，激光器與成像裝置的光軸之間保持預(yù)定夾角，放置于掃描裝置的同側(cè)；掃描裝置包括電機(jī)、多面轉(zhuǎn)鏡，角度編碼器，電機(jī)帶動(dòng)多面轉(zhuǎn)鏡和角度編碼器高速旋轉(zhuǎn)；成像裝置包括成像透鏡和相機(jī)。一種掃描式物體表面三維形貌測(cè)量方法，它有三大步驟。該測(cè)量方法具有速度快、測(cè)量范圍大、精度高等優(yōu)點(diǎn)，可用于一般物體表面的三維形貌測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B11/24GK102937418SQ201210397589
公開(kāi)日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者李旭東, 趙慧潔, 李成杰, 邊赟, 姜宏志 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)