[发明专利]一种高温物体自动化三维形貌测量装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种三维形貌测量装置，包括工业机器人、时钟同步控制器、投影仪、两CCD相机、图像采集卡及计算机，其中，两CCD相机分别对称设置在投影仪两侧，且各CCD相机的光心轴与投影仪的光心轴夹角均在20至60度之间，该两CCD相机以及投影仪组成测量装置，且该测量装置设置在工业机器人末端执行器上；工业机器人的工具中心点设置为投影仪镜头端面中心，工具坐标系与投影仪光心轴平行，时钟同步控制器受控于工业机器人，并分别与投影仪和两CCD相机相连，投影仪与计算机连接，两CCD相机通过图像采集卡与计算机连接。本发明还公开了相应的测量方法。本发明的测量装置和方法测量器件的优化布局以及测量路径的优化处理，可以精确测量得到高温物体的三维形貌。

技术领域

本发明属于精密测量领域，具体涉及一种三维形貌测量装置及其控制方法，适用于对高温物体进行自动化的形貌测量，获得高温物体表面的三维数据。

背景技术

工业零件或零件坯料在加工过程中可能被加热至900～1000℃的高温，呈现出高温红热状态，红热状态下的工业零件或零件坯料对外具有强烈的黑体辐射，其中包含了大量的热辐射，同时由于温度极高，通过空气进行的热传导也非常显著。传统的工业生产过程中，受限于高温对量具造成的影响，高温红热状态的工业零件或零件坯料无法进行接触式尺寸检测。为了解决高温物体的外形尺寸检测，现有技术中出现了非接触式光学测量方式，例如线激光扫描测量方式或面结构光扫描测量方式。

线激光扫描测量高温物体的方法是通过向高温物体表面投射一束高亮度的线状激光，并用相机拍摄物体表面，获取包含激光线影像在内的物体表面图像，通过图像处理方法提取激光线影像的中心，根据三角测量原理，重建激光线的三维数据，再通过多次扫描得到的激光线三维数据的组合，得到被测物体的表面三维形貌。面结构光扫描测量高温物体的方法，与线激光扫描的方法类似，通过向高温物体表面投射特定的面结构光图样，用相机拍摄物体表面，并在采集图像时仅保留蓝色通道的图像，以减少黑体辐射对图像采集的影响，获取经过物体表面形貌调制的结构光影像，然后应用相位展开等算法和三角测量原理，重建被测物体表面三维数据。

但是，上述面结构光扫描测量高温物体的方法测量过程由于测量路径的规划以及同步原因，其测量精度不高，无法实现对高温物体的三维形貌精确测量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种三维形貌测量装置及测量方法，其通过测量器件的优化布局以及测量路径的优化处理，可以精确测量得到高温物体的三维形貌。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种三维形貌测量装置，用于实现对高温物体的三维形貌测量，其特征在于，该测量装置包括工业机器人、时钟同步控制器、投影仪、两CCD相机、图像采集卡及计算机，其中，

两CCD相机分别对称设置在所述投影仪两侧，且各CCD相机的光心轴与投影仪的光心轴夹角均在20至60度之间，该两CCD相机以及所述投影仪组成测量装置，且该测量装置设置在工业机器人末端执行器上；

所述工业机器人的工具中心点设置为投影仪镜头端面中心，工具坐标系与投影仪光心轴平行，所述时钟同步控制器受控于工业机器人，并分别与投影仪和两CCD相机相连，所述投影仪与计算机连接，两CCD相机通过图像采集卡与计算机连接；

测量时所述工业机器人以圆弧方式运动通过将要进行测量的路径点，在通过路径点的同时启动所述时钟同步控制器触发投影仪向被测物体投影一组灰度正弦光栅图像，同时，所述时钟同步控制器给两CCD相机发送信号进行图像采集，且两个相机的图像采集帧率与投影仪的投影帧率保持一致，两CCD相机采集的图像经图像采集卡传送给计算机，再根据工具中心点通过测量点时的线速度，对采集到的图像进行运动误差补偿，得到修正后的图像，即可计算得到高温物体的三维形貌数据。

作为本发明的进一步优选，所述两CCD相机的光心轴与投影仪的光心轴夹角相同。