[发明专利]三维激光扫描在线检测轮廓仪

说明书

技术领域：

本发明涉及一种三维激光扫描在线检测轮廓仪，用于造纸领域、汽车制造、路面检测、半导体和芯片生产、食品行业和机械精加工等生产的检测。

背景技术：

在自动化领域中，检测作为重要的组成部分，其测量手段就是仪器仪表，但在现有的自动化领域中采用离线检测，离线检测方法只能将产品区分为合格品和废品，起到产品验收和废品剔除的作用，对废品的出现没有预先防止的能力，即不能把不合格品清除，且测试时间长，效率低，不能及时有效地进行质量控制。

发明内容：

本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种能实现产品的三维模型检查，保证产品质量，且测试时间短，提高生产效率的三维激光扫描在线检测轮廓仪。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种三维激光扫描在线检测轮廓仪，包括壳体，在壳体中设有图像采集子系统，图像采集子系统用来将激光投射到被测物体上，经相机采集后，将图像通过以太网传送到图像子处理系统，图像子处理系统将图像采集子系统发送过来的数据，经过图像处理算法进行预处理，突出光条中心特征，得到被测物体的二维尺寸，并结合外部控制子系统提供的被测物体位移尺寸，从而确定被测物体的三维轮廓尺寸，图像采集子系统、图像处理子系统和控制子系统均共同连接供电系统，供电系统置于所述壳体外部。

本发明的进一步改进在于：所述图像采集子系统包括结构激光器、CCD相机或CMOS摄像机，结构激光器发出特定波长的激光条投射到被测物体表面，通过CCD相机或CMOS摄像机将跟随物体表面变化的光条成像在相机内部，并通过以太网将CCD相机或CMOS摄像机的图像信息传送到外部的工业用计算机中进行处理。

本发明的进一步改进在于：所述图像处理子系统包括图像处理算法。

本发明的进一步改进在于：所述图像处理算法包括图像滤波、图像分割和光条中心提取，图像滤波用于将所述图像采集子系统所采集的图像中的各种噪声进行滤波处理，减弱噪音，增强对比度，图像分割将反映被测物体表面轮廓的高亮度的光条与其他信息区别出来，光条中心提取是在像素或亚像素级别上找到激光光条的中心。

本发明的进一步改进在于：所述控制子系统包括外触发控制器和编码器，外触发控制器在被测物体到达所述三维激光扫描在线检测轮廓仪的工作区域时，发出触发信号，通知三维激光扫描在线检测轮廓仪开始工作，并利用编码器将被测物体位移的信号传送到外部的工业用计算机进行处理。

本发明的进一步改进在于：所述图像处理子系统为嵌入式DSP阵列数据处理。

本发明的进一步改进在于：所述结构激光器作为测量光源，发出低亮度激光照射到被测物体上，使物体产生发光轮廓，通过CCD相机或CMOS摄像机，从不同视点捕捉物体轮廓进行采集，并将采集后的数据传送给图像处理子系统，进行图像滤波、图像分割和光条中心提取，结合控制子系统，控制CCD相机或CMOS相机进行图像的采集，并获得被测物体的位移信号，从而计算整个被测物表面的三维轮廓。

本发明与现有技术相比具有以下优点：在线检测轮廓仪将光学、机械和电子技术进行结合，不仅扫描速度快，整个系统每秒钟能够数字化上万个均匀、细密的轮廓点，且能够快速、准确、详细地测量整个物体的三维数据，充分满足各类立体测量的需求，保证了产品质量，且测试时间短，提高了生产效率。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

如图1示出了本发明一种三维激光扫描在线检测轮廓仪的实施方式，包括壳体，在壳体中设有图像采集子系统，图像采集子系统用来将激光投射到被测物体上，经相机采集后，将图像通过以太网传送到图像子处理系统，图像子处理系统将图像采集子系统发送过来的数据，经过图像处理算法进行预处理，突出光条中心特征，得到被测物体的二维尺寸，并结合外部控制子系统提供的被测物体位移尺寸，从而确定被测物体的三维轮廓尺寸，图像采集子系统、图像处理子系统和控制子系统均共同连接供电系统，供电系统置于所述壳体外部，图像采集子系统包括结构激光器、CCD相机或CMOS摄像机，结构激光器发出特定波长的激光条投射到被测物体表面，通过CCD相机或CMOS摄像机将跟随物体表面变化的光条成像在相机内部，并通过以太网将CCD相机或CMOS摄像机的图像信息传送到外部的工业用计算机中进行处理，图像处理子系统的核心包括图像处理算法，图像处理算法包括图像滤波、图像分割和光条中心提取，图像滤波用于将所述图像采集子系统所采集的图像中的各种噪声进行滤波处理，减弱噪音，增强对比度，图像分割将反映被测物体表面轮廓的高亮度的光条与其他信息区别出来，光条中心提取是在像素或业像素级别上找到激光光条的中心，控制子系统包括外触发控制器和编码器，外触发控制器在被测物体到达所述三维激光扫描在线检测轮廓仪的工作区域时，发出触发信号，通知三维激光扫描在线检测轮廓仪开始工作，并利用编码器将被测物体位移的信号传送到外部的工业用计算机进行处理，所述图像处理子系统为嵌入式DSP阵列数据处理，这样通过将结构激光器作为测量光源，发出低亮度激光照射到被测物体上，使物体产生发光轮廓，通过CCD相机或CMOS摄像机，从不同视点捕捉物体轮廓进行采集，并将采集后的数据传送给图像处理子系统，进行图像滤波、图像分割和光条中心提取，结合控制子系统，控制CCD相机或CMOS相机进行图像的采集，并获得被测物体的位移信号，从而计算整个被测物表面的三维轮廓，三维激光扫描在线轮廓仪在汽车制造，半导体芯片生产，木材加工，造纸行业，机器人制造，航天航空行业，高速火车，食品行业，机械精加工等得到广泛的应用，在汽车制造方面主要用于测定零部件是否合格、模具、工艺是否标准等；在路面检测时，可以测定公路路面、机场跑道裂缝宽度、深度、路面平整度等，为及时检修提供科学依据；在半导体、芯片生产时，用来检测产品形状是否合格；在食品行业，主要检测食品是否合格；在造纸领域，用来测定木片的形状、含水量、色差等，且使用三维激光扫描在线检测轮廓仪测量宽度在0.75～1.5mm，分辨率达到每个测量截面700～1400或1024-2048点，最大测量截面为2048个点，测量深度分辨率为0.015～1.2mm，测量速度达到每秒3500～5000个截面。激光作为测量光源，发出的光经过第一透镜后变成光条，投射在被测物体表面上，同时光条通过第二透镜成像在CCD相机上，当被测物体的纵向高度发生改变时，光条在CCD相机中的位置也相应的发生变化，并且成像位置和高度具有唯一的对应关系，通过几何光学的计算方法就可以求出被测物体的高度，通过被测物体和激光水平方向的相对运动，就可以得到被测物体的三维轮廓数据，这种三维激光扫描在线检测轮廓仪具有结构简单、维护方便、非接触测量的特点，是一种高效、高精度的在线检测仪器，且在线检测轮廓仪将光学、机械和电子技术进行结合，不仅扫描速度快，整个系统每秒钟能够数字化上万个均匀、细密的轮廓点，且能够快速、准确、详细地测量整个物体的三维数据，充分满足各类立体测量的需求，保证了产品质量，且测试时间短，提高了生产效率。