[发明专利]一种基于多传感器的三维轮廓测量装置及其测量方法

权利要求书

1.一种基于多传感器的三维轮廓测量装置，包括底板(10)，固定于底板(10)上的垂直移动平台(11)，经支撑杆(19)水平向固定于底板(10)上的工作台面(6)以及设于工作台面(6)上的光测量传感器组件，其特征在于，所述垂直移动平台(11)上设有步进电机(23)和丝杠，所述丝杠上安装有载物台(9)，载物台(9)设于工作台面(6)的下方，所述载物台(9)上设有夹具(8)，所述工作台面(6)的中心开设有测量孔(20)，所述工作台面(6)上设有四个或四个以上光测量传感器组件，所述光测量传感器组件均匀分布于测量孔(20)的周围，所述光测量传感器组件包括激光器(7)、摄像机(17)和摄像机支架(13)，所述摄像机支架(13)下端扣设于组件导轨(1)上，所述组件导轨(1)固定于工作台面(6)上，摄像机(17)安装于摄像机支架(13)上，所述激光器(7)固定设于工作台面(6)上。

2.根据权利要求1所述的基于多传感器的三维轮廓测量装置，其特征在于，所述光测量传感器组件由一个摄像机支架(13)、一个激光器(7)和一个摄像机(17)组成，所述摄像机(17)为100万像素以上，其镜头焦距在8～100mm之内，所述四个或四个以上的光测量传感器组件呈对称分布，相邻光测量传感器组件间的夹角为0～90度。

3.根据权利要求1所述的基于多传感器的三维轮廓测量装置，其特征在于，所述摄像机支架(13)包括滑块(22)、摄像机轨道(21)、手动位移台(14)和摄像机套筒(15)，所述滑块(22)安装于组件导轨(1)上，滑块(22)上还设有定位螺钉(12)，滑块(22)经连接肋与倾斜布置的摄像机轨道(21)固定连接，摄像机轨道(21)上安装有可滑动的手动位移台(14)，手动位移台(14)上固定设有摄像机套筒(15)，所述摄像机(17)安装于摄像机套筒(15)内，且在摄像机套筒(15)内还设有摄像机定位螺杆(16)。

4.根据权利要求1所述的基于多传感器的三维轮廓测量装置，其特征在于，所述摄像机(17)的图像输出端经图像卡与计算机连接。

5.一种基于权利要求1所述装置的三维轮廓测量方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

1)首先将被测物装夹在载物台(9)的夹具(8)上，调节载物台(9)在垂直移动平台(11)上的高度，使被测物由测量孔(20)穿过并处于工作台面(6)上；

2)打开激光器(7)，各激光器(7)同时从不同角度照射被测物截面，各摄像机(17)从不同角度拍摄光刀图像；

3)载物台(9)在步进电机(23)和丝杠的带动下在垂直方向作一维运动，使被测物的整个表面都被激光器(7)照射到；

4)当摄像机(17)拍摄到被测物整个表面的图像数据后，将各摄像机(17)得到的图像经图像卡分别送入计算机，由数据处理软件依次进行光刀中心提取和坐标转换，经坐标转换后进行轮廓拼接，最终获得被测物整个表面的三维信息。

6.根据权利要求5所述的三维轮廓测量方法，其特征在于，所述光刀中心提取的方法为：首先提取光刀的骨架，然后求取骨架上每一像素点的法线方向具体为沿着骨架上的像素点进行曲线拟合，曲线拟合的方法为取10个象素点利用y＝ax²+bx+c进行二阶拟合，设(x₀，y₀)为像素点的坐标，则(x₀，y₀)点的斜率为t＝2ax₀+b，如果t＝0，则加权平均方向为y方向，如果t≠0，则(x₀，y₀)点的法线斜率为n＝-1/t，加权平均方向为法线方向；计算出图像的骨架上各点的法线方向后，求取光刀在其法线方向上的灰度分布；最后利用灰度重心法求出该光刀的重心位置，即为被测物体在该处的轮廓点位置，将这些轮廓点连接起来就形成了截面的轮廓线。