[发明专利]一种升降式的多视角三维轮廓测量系统及工作方法

说明书

本发明公开了一种升降式的多视角三维轮廓测量系统及工作方法，本发明的结构光测量系统以三角测量原理为基础，由结构光测头沿不同角度分布于工件周围，且每台结构光测头相对整个测量系统的各自位置固定并精确已知，该测量系统由升降系统带动工件上下移动，也可通过测头的升降完成相对位移，实现不同高度工件数据的采集。结构光测头测量工件不同视角的三维轮廓数据。每台结构光测头由至少一台相机和一台投影仪组成，通过投影结构光图案到工件并拍摄，经过后处理分析，得到工件表面三维轮廓。依靠快速的投影拍摄技术，结合精确的标定参数，可以实现工件表面高速、较高精度的测量。

技术领域

本发明属于三维轮廓测量领域，具体涉及一种升降式的多视角三维轮廓测量系统及工作方法。

背景技术

随着加工制造技术的提升，尤其是在代表着最先进生产水平的航空航天航海、大型能源动力装备以及其他先进制造行业中，产品或关键零部件无论从尺寸、造型复杂度、制造精度和效率，还是表面精细度等方面均得到不断提高，对传统的尺寸检测提出了挑战，这意味着必须有相应的先进测量技术与之匹配。

光学三维测量技术作为一种先进的非接触、快速测量手段，在逆向工程、辅助医学、虚拟现实、文化遗产保护等领域均有着广泛的研究和应用，其集成了光电子技术、精密机械、自动控制以及计算机处理等先进技术，代表了本领域最为先进的技术水平以及未来几何测量技术的发展方向之一。近年来，虽然出现了一些商品化的三维轮廓测量设备，但对于尺寸较大的工件，仍耗时较长，难以满足企业生产、检测需求。结构光三维测量系统凭借其非接触、全场、高速以及较高的测量精度等优点，近年来得到了广泛研究和飞速发展。然而，该领域仍存在着高速测量与高精度测量无法兼顾的矛盾，尤其是大尺寸复杂曲面工件的高速高精度测量，是目前该领域存在的突出及瓶颈问题之一。

因此，非常必要研究一种集成各种测量技术优点，实现各种包含大尺寸工件在内的各类工件的高速高精度全型面测量。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种升降式的多视角三维轮廓测量系统及工作方法，通过升降系统带动工件上下移动，实现工件的全型面分段测量。

为了达到上述目的，一种升降式的多视角三维轮廓测量系统，包括结构光测量系统、升降系统、控制器以及数据处理及分析系统，结构光测量系统和升降系统均连接控制器，控制器连接数据处理及分析系统；

结构光测量系统包括若干结构光测头，所有结构光测头组成环形，升降系统设置在环形中部，升降系统用于固定工件，所有结构光测头朝向工件；

控制器用于控制升降系统的升降，以及用于控制结构光测量系统的所有结构光测头；

数据处理及分析系统用于对结构光测量系统采集的数据进行后处理。

结构光测头包括第一相机、第二相机和投影仪，投影仪设置在第一相机和第二相机之间，第一相机、第二相机和投影仪朝向同一点。

升降系统包括平移机构，平移机构的伸缩杆上设置有载台，载台上设置有工件夹具。

结构光测量系统的所有结构光测头高度相同。

数据处理及分析系统用于三维数据获取、各测量数据间的坐标系统一、数据存储与显示、误差分析与评定以及检测报告输出。

一种升降式的多视角三维轮廓测量系统的工作方法，包括以下步骤：

S1，利用标准物对升降系统进行校准，生成各个结构光测头相对于中间坐标系的旋转和平移变换矩阵，将不同视场下的测量数据统一到同一个坐标系下；

S2，将工件固定在升降系统上；

S3，升降系统带动工件上下移动，通过结构光测量系统采集不同高度段的工件数据；

S4，将结构光测量系统采集的数据发送至数据处理及分析系统进行后处理。