[发明专利]一种双激光复合式影像测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合式测头的影像测量系统，特别是一种具备双激光与影像测头的影像测量系统。

背景技术

影像测量仪是一种新兴的几何量测量仪器，它以光学镜头和CCD捕获工件图像，通过数字图像处理技术，计算工件几何尺寸和形位公差等参数，具备非接触、放大倍率高、测量可编程、自动化程度高等优点。作为一种通用测量仪器，影像测量仪的应用面越来越广，市场接受程度越来越高，为企业的产品质量提升作出了巨大的贡献。

影像测量仪可实现工件的三维测量，尤其是在二维高速测量中，比其他测量仪器具备非常显著的优势，但是在高度测量方面，其测量速度、测量精度、应用范围则受到很大的限制。尤其是工件表面的材质、粗糙度等表面特性直接影响着光学影像方式的测量精度。针对这种情况，有厂家推出了集成激光测头的影像测量仪，这种复合式的影像测量仪可借助激光测量方式，有效的解决上述问题，获得可靠的检测结果。

目前的激光测量技术，无论是三角法还是共聚焦方式，都对被测工件的表面材质有很大的依赖，还没有一种激光测头可以满足各种不同材质的测量要求。为此，要满足作为通用测量设备的影像测量仪的广泛测量需求，仅配备一种激光测头是远不能满足需求的。

随着制造业产品复杂度的增加，同一工件/部件上出现不同表面特性材质的情况越来越常见，常见的有：对于在透明玻璃上镀涂的半透明薄膜，需要管控其镀层厚度，此时的两个测量端面具备不同的性质，只依靠单个特性的激光测头，无法对两个端面进行很好的测量；摄像头固定环和镜头高度差的测量；手机面板和外壳高度差；高反光表面和粗糙表面组装配合的精度控制等。

针对这种情况，本发明提供了一种集成两种不同测量特性激光测头的影像测量仪系统，针对不同表面特性的材质，使用不同的激光测头，可满足更广泛工件的测量需求，有效的解决客户的测量难题。

发明内容

本发明提供了一种集成了两种具备不同测量特性激光测头的影像测量系统，可对各种不同材质、不同特性的工件表面进行可靠的测量。

本发明的双激光复合式影像测量系统的结构包括：XYZ三轴移动工作台[1]、显微镜、CCD、漫反射表面测量激光测头、镜面反射表面测量激光测头、电气控制卡[3]和个人计算机[4]；显微镜和CCD组合构成了影像测头；影像测头、漫反射表面测量激光测头和镜面反射表面测量激光测头一起构成了影像测量仪的复合式测头；个人计算机[4]中配备图像采集卡，图像采集卡接收由影像测头获取的图像数据。

漫反射表面测量激光测头和镜面反射表面测量激光测头分别配备各自的数据采集盒，个人计算机[4]通过数据接口与两个数据采集盒相连，接收数据采集盒获取的激光测头测量数据。

为了实现高精度的测量，显微镜、漫反射表面测量激光测头、镜面反射表面测量激光测头三个测头采用同轴设计，确保两个激光测头的测量激光光束都沿着显微镜的光轴射向被测工件表面。影像测头可选用带同轴光照明机构的镜头，镜头中包括一片半透半反射镜片。两个激光测头安装在同轴光固定位置，并使用一个半透反射的镜片和一个反射镜片，并借助镜头中的半透半反射镜片，改变两个激光测头的光路，实现两个激光测头与影像测头的同光路测量。

为了实现三个测头获取测量数据的统一性，还需要对三个测头的位置、光轴进行标定，获取相互之间的位置关系，并在测量中使用这些数据，对测量数据进行实时补偿，就可将这三个测头的测量数据统一到相同的坐标空间中。

具体实现上，以影像测头获取的坐标数据为基准，标定两种激光测头坐标数据相对于该基准坐标的偏差，在测量过程中，以该数据对激光测量数据进行补偿即可。

首先在装配过程中的严格控制装配位置，调整两种激光光斑到影像测头画面的中央，再通过标定方式获取光斑离理想位置的偏差。在装配过程中，按照以下方式逐个调整激光测头的安装位置、角度：调节光源到合适亮度，确保激光光斑在影像画面中的成像清晰，打开测量软件中的十字线，将激光光斑的中心调节到十字线中心。在装配调节完成后，再使用测量软件计算两种激光光斑中心相对于影像画面中心的偏移，并保存该偏移值，将其作为测量过程中激光测头XY坐标的补偿数据。

在完成激光测头XY坐标数据的标定后，方可对激光测头的Z坐标数据进行标定，将标定用标准件立于测量仪工作台上，将影像测头的镜头调节到最大倍率下，对标定用标准件上表面的中心区域测量高度，得到Z轴坐标。再分别使用两个激光测头测量标定用标准件上表面的高度，得到Z轴坐标，计算两个激光测头的Z轴坐标与影像测头Z坐标的差值，并保存该差值，将其作为测量过程中激光测头Z坐标的补偿数据。

附图说明