高速扫描整体成像三维测量方法

摘要

本发明涉及视觉检测技术。为满足快速高精度表面三维形貌在线测量的需求，满足生产线上智能、快速、高精度、低成本的检测需要，本发明采取的技术方案是，高速扫描整体成像三维测量方法，包括下列步骤：利用激光器外调制驱动电源控制一字线激光器的输出；使多面棱镜在高速电机的驱动下旋转，多面棱镜将激光器输出的线结构光反射、投射到被测物体表面；将光电探测器放置在多面棱镜旋转过程中线结构光投射的极限位置上，面阵CCD相机在结构光扫描整个区域的过程中都进行曝光，建立测量模型，被测物体表面特征点的三维坐标(xp，yp，zp)由面阵CCD相机形成的图像坐标和θp根据公式获得。本发明主要应用于快速高精度表面三维形貌在线测量。

主权项

1.一种高速扫描整体成像三维测量方法，其特征是，包括如下步骤：利用激光器外调制驱动电源控制一字线激光器的输出，通过控制驱动电源的调制频率，使一字线激光器的输出为频闪线结构光；使多面棱镜在高速电机的驱动下旋转，多面棱镜将激光器输出的线结构光反射、投射到被测物体表面；由于多面棱镜旋转过程中线结构光入射角度的变化，使线结构光扫描过整个被测物体表面，在被测物体表面形成面结构光测量条纹；将光电探测器放置在多面棱镜旋转过程中线结构光投射的极限位置上，用于产生和结构光测量条纹空间位置同步的时钟控制信号，即每探测到一个极限条纹，光电探测器即产生一个时钟控制信号，并将该时钟控制信号作为采集图像的同步信号提供给面阵CCD相机；在光电探测器产生采集图像的同步信号的控制下，面阵CCD相机在结构光扫描整个区域的过程中都进行曝光，即实现对整个被测物体表面调制后结构光的整体成像，获取整个扫描表面完整的面结构光图像；建立测量模型：由光学三角法得下式，$\left\{\begin{array}{c}\frac{Y_p}{{u_{\theta }}_p}=\frac{L-Z_p}{f};\\ \frac{X_p}{{v_{\theta }}_p}=\frac{L-Z_p}{f};\\ L-Z_p=\frac{D-Y_p}{\tan {\theta }_p};\end{array}\right\}\Rightarrow \left\{\begin{array}{c}{Y}_p=\frac{L-Z_p}{f}\times {u_{\theta }}_p;\\ X_p=\frac{L-Z_p}{f}\times {v_{\theta }}_p;\\ Z_p=\frac{D\times f}{f\tan {\theta }_p+{u_{\theta }}_p};\end{array}\right.---\left(1\right)$被测物体表面特征点的三维坐标(x_p,y_p,z_p)由面阵CCD相机形成的图像坐标和θ_p根据上述公式获得，θ_p为物体表面特征点所隶属的测量条纹光条和多面棱镜的光线扫描中心S形成的面与经过多面棱镜的光线扫描中心S的垂线之间的夹角；式中多面转镜中心S到参考平面的距离L，到相机光心距离D，相机的焦距f为系统参数，通过系统搭建时设定并进行校正。