基于面结构光和光笔的复杂零部件精密三维测量方法

摘要

本发明属于精密测量领域，公开了一种基于面结构光和光笔的复杂零部件精密三维测量方法及其系统。该方法使用面结构光三维测量技术测量零部件表面的复杂形面，使用光笔测量技术测量零部件内壁、深孔等特征尺寸，两者共用两个数字相机，测量得到的三维数据可以自动融合到同一坐标系下，得到被测物体点在世界坐标系下的三维坐标。系统包括数字投影装置、两台数字相机，T形杆，测头和计算机。本发明既能够充分发挥面结构光三维测量技术在测量表面复杂形面时具有的高效、高精度等优势，又能够发挥光笔三维测量技术在测量内壁、深孔等特征尺寸的优势。本发明对回光反射标志点在T形杆上的分布没有特殊要求，具有柔性大、携带方便等优点。

主权项

一种复杂零部件精密三维测量方法，包括零部件表面复杂形面的三维测量和特征尺寸的三维测量；零部件表面复杂形面的三维测量的步骤为：向被测区域投射一组编码光栅图像，利用两个数字相机拍摄经零部件表面调制而变形的光栅图像，得到两组变形的光栅图像；再对这两组变形的光栅图像进行四步相移解相，得到光栅图像的相位主值，再采用三频外差原理进行相位展开，最终得到相应的连续相位；然后利用基于极限约束的立体匹配算法获取两个数字相机所拍摄的图像的匹配点；匹配完成后使用双目立体视觉原理进行点云重构，计算得到被测物体表面的三维点坐标；特征尺寸的三维测量的步骤为：；T形杆和测头构成光笔；首先对T形杆上的至少三个回光反射标志点进行标定，建立光笔坐标系，并对测头的中心位置进行自标定，得到多组回光反射标志点在世界坐标系下的三维坐标，最后根据世界坐标系和光笔坐标系之间的转换关系，获得旋转矩阵Ri和平移矩阵Ti，由PgRi+Ti＝Pc，得到测头在光笔坐标系下的坐标Pg，最后再计算得到被测物体点在世界坐标系下的三维坐标Pc。