一字激光立旋式三维形貌测量装置及其方法

摘要

一字激光立旋式三维形貌测量装置及其方法，属于计算机视觉测量技术领域。该装置包括基座、摄像机、一字线激光器、电机、旋转轴、角度测量元件、驱动电路、转换电路和控制器。摄像机、一字线激光器固接于旋转轴，旋转轴的中心线位于一字线激光器的激光平面上，旋转轴中心线与镜头光心形成的观察平面与激光平面的夹角为80°～100°，旋转轴中心线与镜头光轴之间的夹角为40°～50°。该装置能够检测出各种方向的边缘信息，实现高精度物体表面三维形貌的测量，避免了传统方法让物体旋转带来的不便，结构简单、成本低、测量精度高，适用于各种尺寸物体的表面检测。

主权项

一种一字激光立旋式三维形貌测量方法，其特征在于，该方法采用下述测量装置进行测量，该装置包括基座(1)、摄像机(2)、一字线激光器(3)、电机(5)、传动机构(30)、旋转轴(6)、连接件(4)、角度测量元件(7)、转换电路、电机驱动电路和控制器；所述的电机固接于基座上，所述的旋转轴套设于基座中，所述的电机的输出轴通过传动机构与旋转轴相连，所述的摄像机、一字线激光器和旋转轴三者通过连接件固接在一起；角度测量元件设置在电机输出轴、传动机构的输出轴或旋转轴上；所说的一字线激光器发出的激光所在平面称为激光平面，所述的旋转轴的中心线在该激光平面上；所述的摄像机通过图像采集卡或USB接口与控制器相连，所述的电机通过电机驱动电路与控制器相连，所述的角度测量元件通过转换电路与控制器相连；所述的旋转轴的中心线与摄像机的镜头光心形成的观察平面与激光平面之间的夹角在30°～150°之间；所述的旋转轴的中心线与摄像机的镜头光轴之间的夹角在30～60°之间；所述的一字线激光器投射到所测物体表面的激光条纹在摄像机的观察范围内；所述测量方法包括如下步骤：(a)建立图像坐标系、像靶面坐标系、摄像机坐标系、基座坐标系和激光器坐标系；(b)通过标定实验，得到图像坐标系与像靶面坐标系的关系、像靶面坐标系与摄像机坐标系的关系、摄像机坐标系与激光器坐标系的关系、基座坐标系和激光器坐标系的关系；(c)所说的一字线激光器发出的激光所在平面称为激光平面，通过标定实验得到所述的激光平面在激光器坐标系下的平面方程，坐标转换得到所述的激光平面在摄像机坐标系下的平面方程；(d)电机驱动旋转轴转动到某角度位置；(e)通过角度测量元件测得该角度值；一字线激光器发出一字线状激光到所测物体表面形成一道条纹，摄像机拍摄得到含有该条纹的物体表面图像；(f)通过图像处理得到图像上条纹点j的图像坐标系下的坐标；坐标转换得到j点的像靶面坐标系下的坐标；坐标转换得到j点与所对应物点i确定的成像直线在摄像机坐标系下的直线方程，结合(c)步骤得到的激光平面方程，得到成像直线与激光平面的交点i在摄像机坐标系下的坐标；坐标转换得到i点在激光器坐标系下的坐标，坐标转换得到i点在基座坐标系下的坐标；(g)重复(f)步骤，得到物体表面上处于该激光条纹的所有点在基座坐标系{B}下的坐标；(h)电机驱动旋转轴转动到其他角度位置，重复(e)、(f)、(g)步骤，得到摄像机所观察到并能被激光条纹投射到的物体表面所有点在基座坐标系下的坐标值，完成测量。