[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

说明书

技术领域

本发明属于光学检测领域，涉及一种三维轮廓的光学检测方法，特别是一种基于多传感器的复杂曲面360度三维轮廓测量装置及其测量方法。

背景技术

近年来，物体三维轮廓检测技术的应用日益普及，广泛地应用于产品设计、质量控制、逆工程仿真、机器视觉以及生物医疗等领域。在工业生产中，对诸如航空发动机叶片、汽轮机叶片、伞形齿轮、螺旋齿轮等复杂精密零件的轮廓进行测量对于控制产品质量有着重要意义。

现有的物体三维轮廓测量方法有许多种，大体分为三种，分别是三坐标测量机测量、立体视觉测量法和结构光测量法，其中：

1)三坐标测量机测量效率低，不适合零件的批量检测；

2)立体视觉测量法精度有限，不适合精密零件的检测；

3)结构光测量法又可分为点结构光测量、面结构光测量和线结构光测量三类。其中，点结构光测量速度慢效率低；面结构光测量易受零件表面反射率的干扰，精度较低；所以点结构光测量和面结构光测量方法均不适合工业现场对精密复杂零件的批量轮廓测量。

线结构光测量法，又称光切法，是以一条或多条光线(光刀)图像来重现物体三维形貌，即从光刀图像中提取光刀中心位置，然后利用三角测量原理对光刀中心逐点进行求解，来获得形面三维数据。该方法由于采用的是线光源投影，每次可测一个剖面的数据，测量速度较逐点测量法快，并且，只需要一维的辅助扫描运动装置就可以实现完全形面测量。信号的处理简单可靠，无须复杂条纹分析就能唯一确定各个测量点的高度信息，自动分辨物体凹凸，即使物体上有断点使图样不能连续，也不会影响测量。在诸多测量方法中，线结构光三维测量以其大量程、大视场、较高精度、光刀图像信息易于提取、实时性强及主动受控等特点，近年来在工业环境中得到了广泛的应用。但传统的线结构光测量方法是基于单传感器的，每次只能测量一个方向上的物体轮廓，对于叶片、齿轮这样具有360度轮廓的零件测量则无法胜任。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于多传感器的三维轮廓测量装置及其测量方法，该装置配合其测量方法可以快速实现零件复杂曲面的360度三维轮廓测量。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种基于多传感器的三维轮廓测量装置，包括底板，固定于底板上的垂直移动平台，经支撑杆水平向固定于底板上的工作台面以及设于工作台面上的光测量传感器组件，其特征在于，所述垂直移动平台上设有步进电机和丝杠，所述丝杠上安装有载物台，载物台设于工作台面的下方，所述载物台上设有夹具，所述工作台面的中心开设有测量孔，所述工作台面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的周围，所述光测量传感器组件包括激光器、摄像机和摄像机支架，所述摄像机支架下端扣设于组件导轨上，所述组件导轨固定于工作台面上，摄像机安装于摄像机支架上，所述激光器固定设于工作台面上。

上述光测量传感器组件由一个摄像机支架、一个激光器和一个摄像机组成，所述摄像机为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。

上述摄像机支架包括滑块、摄像机轨道、手动位移台和摄像机套筒，所述滑块安装于组件导轨上，滑块上还设有定位螺钉，滑块经连接肋与倾斜布置的摄像机轨道固定连接，摄像机轨道上安装有可滑动的手动位移台，手动位移台上固定设有摄像机套筒，所述摄像机安装于摄像机套筒内，且在摄像机套筒内还设有摄像机定位螺杆。

上述摄像机的图像输出端经图像卡与计算机连接。

一种上述装置的三维轮廓测量方法，具体包括以下步骤：

1)首先将被测物装夹在载物台的夹具上，调节载物台在垂直移动平台上的高度，使被测物由测量孔穿过并处于工作台面上；

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

3)载物台在步进电机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照射到；

4)当摄像机拍摄到被测物整个表面的图像数据后，将各摄像机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。