[发明专利]一种视触觉汽车高反光表面三维形貌测量方法及系统

说明书

本发明提出一种视触觉汽车高反光表面三维形貌测量方法及系统，属于三维测量技术领域。本发明分别搭建用于接触待测量的汽车高反光表面的触觉前端，以及用于测量形变的视觉后端，组合后构成视触觉汽车高反光表面三维形貌测量系统；将该触觉前端中不透明涂料层接触待测量表面并产生形变，然后视觉后端的投影仪向不透明涂料层投影编码图像得到对应的投影图像，通过计算投影图像上每个点的世界坐标获得待测高反光表面的点云，最终得到待测高反光表面的三维形貌的检测结果。本发明方法测量全面，后期处理简单，精度高，且测量系统安装简单，成本低，不会损坏被测表面。

技术领域

本发明属于三维测量技术领域，特别提出一种视触觉汽车高反光表面三维形貌测量方法及系统。

背景技术

随着现代工业制造技术和测量技术的发展，大型零部件的三维形貌特征测量已经成为三维测量领域的重要方向。在汽车行业中，汽车零部件及整车厂商尤其关注如何对产品的三维形貌特征进行测量，以提高产品质量，应对严苛的市场竞争。现有的三维测量主要包括三坐标测量仪和基于视觉技术的测量系统，前者通过触发零件表面获得高精度尺寸信息，但是检测效率低、自动化程度低，无法满足批量测量需求；后者以各类视觉技术为基础，通过拍摄被测物体进行计算以得到三维信息，具有速度快、效率高的优点，结构光技术便是其中一种。

结构光测量技术主要包括如下步骤：光源发生器主动投射带有编码的图像到被测物体的表面上，物体表面的凹凸形状对编码图像进行调制。相机采集调制后形变的图像，通过相机和光源发生器的位置关系及投影图案的形变程度，重建被测物体的三维形貌。这种技术硬件配置简单、测量精度高、速度快、成本低，已经被工业生产大量采用，以测量汽车整车及各零部件的三维形貌特征。但是，这种技术仍然存在不足。汽车零部件经过铣削或整车经过涂装后，表面较光滑、反射率较大，形成高反光区域，采集到的图像中出现过曝光，使得重建结果中出现大范围数据空洞，影响测量效果。解决这一问题的一种方法是采用高动态范围技术，如多重曝光或加入偏振滤光片等，增加图像的动态范围，减弱过曝光现象，但是这类技术较为复杂，需要复杂的后期处理过程或仔细调整物体和光路的相对位置，增加硬件复杂性，严重影响测量速度；另一种方法是在高反光表面喷涂粉末，覆盖反射比高的区域，以使光线出现漫反射，然而测量后清洁工件上的粉末时可能损坏工件表面，造成额外损失。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术的不足之处，提出一种视触觉汽车高反光表面三维形貌测量方法及系统。本发明方法测量全面，后期处理简单，精度高，且测量系统安装简单，成本低，不会损坏待测表面。

本发明提出一种视触觉汽车高反光表面三维形貌测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)搭建触觉前端；

所述触觉前端包括：不透明涂料层、透明弹性体、透明背板和固定框架；所述透明背板一面连接在固定框架上，透明背板的另一面均匀涂抹透明粘胶后与透明弹性体的一面连接，透明弹性体的另一面均匀涂抹不透明涂料层；

2)搭建视觉后端；

所述视觉后端包括：相机、投影仪、固定底座和计算机；所述相机和投影仪分别固定在固定底座上，相机镜头和投影仪镜头均朝向同一方向，相机和投影仪的光轴保持在设定的距离且平行，该距离使得相机和投影仪的共视区面积大于触觉前端中透明弹性体的最大表面的面积；相机和投影仪分别连接计算机；

其中，相机和投影仪固定后，对相机和投影仪进行标定，分别获得相机的内参矩阵、外参矩阵和畸变参数，及投影仪的内参矩阵、外参矩阵和畸变参数；

3)利用步骤1)搭建的触觉前端和步骤2)搭建的视觉后端构建视触觉汽车高反光表面三维形貌测量系统；