[發明專利]輪廓測量方法

有效

• 申請號: 201010130540.3
• 申請日: 2010-03-23
• 公開（公告）號: CN101936716A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 徐亦新;李強;盛鵬;張棟;黃豪
• 申請（專利權）人: 上海復蝶智能科技有限公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/25
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 薛琦;朱水平

技術領域

本發明涉及一種輪廓測量方法，特別是涉及一種基于多頻率正弦條紋投影的三維輪廓測量方法。

背景技術

現有的三維輪廓測量方法多種多樣，常用的例如反傅里葉法或多步相位移法等等。但在這些方法中，被測物表面的劇烈變化往往會對相位分析產生干擾，在測量精度方面也存在著不足，因此很難實現對復雜外形被測物表面輪廓的高精度測量。

發明內容

本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術中的輪廓測量方法精度不足的缺陷，提供一種能夠對復雜外形被測物表面輪廓進行大范圍且高精度測量的輪廓測量方法。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：一種輪廓測量方法，其特點在于，該方法采用一測量裝置，該測量裝置包括一相機以及一投影單元，該方法包括：S₁、進行該相機的標定；S₂、利用該投影單元生成正弦條紋M_i，i＝1～n，n為大于1的正整數，該些條紋的頻率F(M_i)滿足F(M₁)＝1/2F(M₂)＝1/2²F(M₃)＝...＝1/2^(n-1)F(M_n)，利用校正板對該些條紋M_i分別進行相位-高度標定；S₃、將M₁投影在被測物上，移動該測量裝置使該相機FOV覆蓋的被測物表面上各點到該測量裝置的距離均在M₁的測量范圍內，獲取由該相機觀測到的各觀測點的相位并對其解包裹，根據相位-高度標定由經過解包裹的該各觀測點相位求得該各觀測點的高度坐標，再根據相機標定求得該各觀測點的三維坐標；S₄、移動該測量裝置使被測物的至少部分表面進入M_k的測量范圍，此處取k＝2，然后將M_k-1投影在被測物上，獲得該部分表面對應的各觀測點的三維坐標并模擬出輪廓曲面，獲取M_k的每個相位投影面與該輪廓曲面的各交點對應的各觀測點的相位并對其解包裹，根據相位-高度標定由經過解包裹的該各觀測點相位求得該各觀測點的高度坐標，再根據相機標定獲得該各觀測點的三維坐標，而后將k的取值增加1；S₅、循環執行步驟S₄，直至對被測物的輪廓測量達到預定的精度。

較佳地，該相位-高度標定過程包括以下步驟：S₁₁、將M_i投影于校正板上，移動該測量裝置分別至一第一位置、一第二位置及一第三位置，在該三個位置處分別獲取同一觀測點的相位其中該三個位置均在M_i的測量范圍內；S₁₂、在該第一位置的相位圖中取一與條紋方向相交的直線，在該直線上取點P1’、P2’、P3’，并使該P1’、P2’、P3’點的相位分別等于記錄該P1’、P2’、P3’點的坐標。

較佳地，根據相位-高度標定求得觀測點的高度坐標的過程包括以下步驟：S₂₁、在該直線上取點Pc’，并使該Pc’點的相位等于該觀測點的經過解包裹的相位；S₂₂、設該觀測點的高度坐標為Hc，由公式[(H1-H3)*(H2-Hc)]/[(H2-H3)*(H1-Hc)]＝[(P1’-P3’)*(P2’-Pc’)]/[(P2’-P3’)*(P1’-Pc’)]求得Hc，其中H1、H2、H3為該測量裝置分別處于該三個位置時在步驟S₁₁中所述的該同一觀測點的高度坐標。

較佳地，步驟S₄、S₅的解包裹過程中定義相位還原原點的方法為：設觀測點的相位為通過計算的值確定該觀測點對應的相位還原原點。

較佳地，利用反傅里葉法或多步相位移法獲取由該相機觀測得的各觀測點的相位。

本發明的積極進步效果在于：本發明以寬頻條紋的測量結果為向導，調整相機位置以精準對焦，從而令測量區域的條紋投影更加清晰，前一步較寬頻條紋的測量用以輔助下一步較窄頻條紋的相位還原，由此便排除了被測物輪廓劇烈變化對相位分析產生的干擾，能夠準確地判斷相位還原原點并實施解包裹，從而使測量精度得到了提高。在整個測量過程中，不斷地調整相機使之對焦于更加細致的條紋，并且采用不同方向的投影，通過循環迭代的方法實現對被測物每個高度、每個待測面的全方位精密測量。另外，相對于傳統的分區域拼接方式，本發明能夠更快速地實現對被測物的全域檢測，避免拼接誤差。

附圖說明