[发明专利]物体360°轮廓误差的自适应条纹测量装置和方法

权利要求书

1.一种物体360°轮廓误差的自适应条纹测量装置，由四个子测量系统（1，2，3，4），一台计算机（9）组成，其特征在于所述子系统（1，2，3，4）均布在被测物体（5）四周，相邻子测量系统测量视角有0°~20°局部重叠，每个子测量系统包含数字光栅条纹投射系统和图像采集系统，用于测量物体的局部轮廓误差；所述的计算机（9）与各子系统（1，2，3，4）连接，用于控制各子系统（1，2，3，4）完成轮廓误差测量操作。

2.根据权利要求1所述的物体360°轮廓误差的自适应条纹测量装置，其特征在于所述的数字光栅条纹投射系统是由计算机（9）实时绘制自适应条纹，通过一个数字投影装置DLP（7）将其投射到被测物体（5）表面，光栅节距和条纹频率能够任意改变，以适应的被测物体（5）的形状。

3.根据权利要求1所述的物体360°轮廓误差的自适应条纹测量装置，其特征在于所述图像采集系统是由一个CCD摄像机（含光学镜头）（6）连接一个图像采集卡（8）组成，所述图像采集卡（8）安装在计算机（9）上并与计算机（9）连接，采集到的图像以二进制数据文件形式存储于计算机（9）。

4.一种物体360°轮廓误差的自适应条纹测量方法，应用根据权利要求1所述的装置进行轮廓误差测量，其特征在于测量步骤如下：

1）将被测物体（5）的CAD数据映射到投影装置DLP（7）和摄像机（6）像平面；

2）采用散乱点插值法生成被测物体（5）的自适应条纹；

3）各子测量系统（1，2，3，4）采集条纹图像并计算条纹位相；

4）子测量系统（1，2，3，4）获取三维轮廓误差；

5）通过全局标定，确定各子测量系统（1，2，3，4）位置转换关系；

6）将各子测量系统（1，2，3，4）测量数据统一于同一坐标系并融合成物体360°轮廓误差信息。

5.根据权利要求4所述的物体360°轮廓误差的自适应条纹测量方法，其特征在于所述步骤1）中将被测物体（5）的CAD数据映射到投影装置DLP（7）和CCD摄像机（6）像平面的方法是：根据公式：

和，

其中分别为世界坐标系与投影装置DLP（7）和CCD摄像机（6）坐标系关系矩阵，，为投影装置DLP（7）和CCD摄像机（6）映射点的二维坐标，将被测物体（5）的CAD数据点分别映射到投影装置DLP（7）和CCD摄像机（6）像素坐标系，得到二维点散乱分布在像平面上。

6.根据权利要求4所述的物体360°轮廓误差的自适应条纹测量方法，其特征在于所述步骤2）中采用散乱点插值法生成被测物体（5）的自适应条纹的方法是:将散乱映射点剖分成一个三角形，定义期望在CCD摄像机（6）上观测的条纹位相，根据各三角形顶点的位相采用分片三角插值方法计算获取投影装置DLP（7）整数像素点的位相，进而获得所须投影的自适应条纹。

7.根据权利要求4所述的物体360°轮廓误差的自适应条纹测量方法，其特征在于所述步骤3）中子测量系统（1，2，3，4）由投影装置DLP（7）依次投射N幅自适应条纹图像到被测物体（5）表面，过CCD摄像机（6）采集，其中采集到的第n幅条纹图可表示为， 表示条纹图上图像点的灰度值，表示偏移量；表示调制度，表示物体表面任意点对应的自适应条纹位相，(为条纹节距)表示条纹图像相移量；利用公式：

求解条纹图像的绝对位相，根据公式：

获取轮廓误差对应的位相差，其中CCD摄像机（6）上观测的条纹位相为参考位相，实际获取待测物体的位相为。

8.根据权利要求4所述的物体360°轮廓误差的自适应条纹测量方法，其特征在于所述步骤4）中子测量系统（1，2，3，4）获取三维轮廓误差是利用位相-三维坐标映射公式：

                      

  

获取的，其中为图像点的函数，与条纹投射测量系统中投影装置DLP和CCD摄像机之间的空间位置有关系。