[發明專利]三維激光掃描在線檢測輪廓儀

無效

• 申請號: 201010173929.6
• 申請日: 2010-05-17
• 公開（公告）號: CN101832764A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 丁峰;李志杰;劉混海;周峰;杜偉;李漢琪
• 申請（專利權）人: 南通北極光自動控制技術有限公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 顧伯興

技術領域：

本發明涉及一種三維激光掃描在線檢測輪廓儀，用于造紙領域、汽車制造、路面檢測、半導體和芯片生產、食品行業和機械精加工等生產的檢測。

背景技術：

在自動化領域中，檢測作為重要的組成部分，其測量手段就是儀器儀表，但在現有的自動化領域中采用離線檢測，離線檢測方法只能將產品區分為合格品和廢品，起到產品驗收和廢品剔除的作用，對廢品的出現沒有預先防止的能力，即不能把不合格品清除，且測試時間長，效率低，不能及時有效地進行質量控制。

發明內容：

本發明的目的是為了克服以上的不足，提供一種能實現產品的三維模型檢查，保證產品質量，且測試時間短，提高生產效率的三維激光掃描在線檢測輪廓儀。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：一種三維激光掃描在線檢測輪廓儀，包括殼體，在殼體中設有圖像采集子系統，圖像采集子系統用來將激光投射到被測物體上，經相機采集后，將圖像通過以太網傳送到圖像子處理系統，圖像子處理系統將圖像采集子系統發送過來的數據，經過圖像處理算法進行預處理，突出光條中心特征，得到被測物體的二維尺寸，并結合外部控制子系統提供的被測物體位移尺寸，從而確定被測物體的三維輪廓尺寸，圖像采集子系統、圖像處理子系統和控制子系統均共同連接供電系統，供電系統置于所述殼體外部。

本發明的進一步改進在于：所述圖像采集子系統包括結構激光器、CCD相機或CMOS攝像機，結構激光器發出特定波長的激光條投射到被測物體表面，通過CCD相機或CMOS攝像機將跟隨物體表面變化的光條成像在相機內部，并通過以太網將CCD相機或CMOS攝像機的圖像信息傳送到外部的工業用計算機中進行處理。

本發明的進一步改進在于：所述圖像處理子系統包括圖像處理算法。

本發明的進一步改進在于：所述圖像處理算法包括圖像濾波、圖像分割和光條中心提取，圖像濾波用于將所述圖像采集子系統所采集的圖像中的各種噪聲進行濾波處理，減弱噪音，增強對比度，圖像分割將反映被測物體表面輪廓的高亮度的光條與其他信息區別出來，光條中心提取是在像素或亞像素級別上找到激光光條的中心。

本發明的進一步改進在于：所述控制子系統包括外觸發控制器和編碼器，外觸發控制器在被測物體到達所述三維激光掃描在線檢測輪廓儀的工作區域時，發出觸發信號，通知三維激光掃描在線檢測輪廓儀開始工作，并利用編碼器將被測物體位移的信號傳送到外部的工業用計算機進行處理。

本發明的進一步改進在于：所述圖像處理子系統為嵌入式DSP陣列數據處理。

本發明的進一步改進在于：所述結構激光器作為測量光源，發出低亮度激光照射到被測物體上，使物體產生發光輪廓，通過CCD相機或CMOS攝像機，從不同視點捕捉物體輪廓進行采集，并將采集后的數據傳送給圖像處理子系統，進行圖像濾波、圖像分割和光條中心提取，結合控制子系統，控制CCD相機或CMOS相機進行圖像的采集，并獲得被測物體的位移信號，從而計算整個被測物表面的三維輪廓。

本發明與現有技術相比具有以下優點：在線檢測輪廓儀將光學、機械和電子技術進行結合，不僅掃描速度快，整個系統每秒鐘能夠數字化上萬個均勻、細密的輪廓點，且能夠快速、準確、詳細地測量整個物體的三維數據，充分滿足各類立體測量的需求，保證了產品質量，且測試時間短，提高了生產效率。

附圖說明：

圖1為本發明的結構示意圖；

具體實施方式：

為了加深對本發明的理解，下面將結合實施例和附圖對本發明作進一步詳述，該實施例僅用于解釋本發明，并不構成對本發明保護范圍的限定。

如圖1示出了本發明一種三維激光掃描在線檢測輪廓儀的實施方式，包括殼體，在殼體中設有圖像采集子系統，圖像采集子系統用來將激光投射到被測物體上，經相機采集后，將圖像通過以太網傳送到圖像子處理系統，圖像子處理系統將圖像采集子系統發送過來的數據，經過圖像處理算法進行預處理，突出光條中心特征，得到被測物體的二維尺寸，并結合外部控制子系統提供的被測物體位移尺寸，從而確定被測物體的三維輪廓尺寸，圖像采集子系統、圖像處理子系統和控制子系統均共同連接供電系統，供電系統置于所述殼體外部，圖像采集子系統包括結構激光器、CCD相機或CMOS攝像機，結構激光器發出特定波長的激光條投射到被測物體表面，通過CCD相機或CMOS攝像機將跟隨物體表面變化的光條成像在相機內部，并通過以太網將CCD相機或CMOS攝像機的圖像信息傳送到外部的工業用計算機中進行處理，圖像處理子系統的核心包括圖像處理算法，圖像處理算法包括圖像濾波、圖像分割和光條中心提取，圖像濾波用于將所述圖像采集子系統所采集的圖像中的各種噪聲進行濾波處理，減弱噪音，增強對比度，圖像分割將反映被測物體表面輪廓的高亮度的光條與其他信息區別出來，光條中心提取是在像素或業像素級別上找到激光光條的中心，控制子系統包括外觸發控制器和編碼器，外觸發控制器在被測物體到達所述三維激光掃描在線檢測輪廓儀的工作區域時，發出觸發信號，通知三維激光掃描在線檢測輪廓儀開始工作，并利用編碼器將被測物體位移的信號傳送到外部的工業用計算機進行處理，所述圖像處理子系統為嵌入式DSP陣列數據處理，這樣通過將結構激光器作為測量光源，發出低亮度激光照射到被測物體上，使物體產生發光輪廓，通過CCD相機或CMOS攝像機，從不同視點捕捉物體輪廓進行采集，并將采集后的數據傳送給圖像處理子系統，進行圖像濾波、圖像分割和光條中心提取，結合控制子系統，控制CCD相機或CMOS相機進行圖像的采集，并獲得被測物體的位移信號，從而計算整個被測物表面的三維輪廓，三維激光掃描在線輪廓儀在汽車制造，半導體芯片生產，木材加工，造紙行業，機器人制造，航天航空行業，高速火車，食品行業，機械精加工等得到廣泛的應用，在汽車制造方面主要用于測定零部件是否合格、模具、工藝是否標準等；在路面檢測時，可以測定公路路面、機場跑道裂縫寬度、深度、路面平整度等，為及時檢修提供科學依據；在半導體、芯片生產時，用來檢測產品形狀是否合格；在食品行業，主要檢測食品是否合格；在造紙領域，用來測定木片的形狀、含水量、色差等，且使用三維激光掃描在線檢測輪廓儀測量寬度在0.75～1.5mm，分辨率達到每個測量截面700～1400或1024-2048點，最大測量截面為2048個點，測量深度分辨率為0.015～1.2mm，測量速度達到每秒3500～5000個截面。激光作為測量光源，發出的光經過第一透鏡后變成光條，投射在被測物體表面上，同時光條通過第二透鏡成像在CCD相機上，當被測物體的縱向高度發生改變時，光條在CCD相機中的位置也相應的發生變化，并且成像位置和高度具有唯一的對應關系，通過幾何光學的計算方法就可以求出被測物體的高度，通過被測物體和激光水平方向的相對運動，就可以得到被測物體的三維輪廓數據，這種三維激光掃描在線檢測輪廓儀具有結構簡單、維護方便、非接觸測量的特點，是一種高效、高精度的在線檢測儀器，且在線檢測輪廓儀將光學、機械和電子技術進行結合，不僅掃描速度快，整個系統每秒鐘能夠數字化上萬個均勻、細密的輪廓點，且能夠快速、準確、詳細地測量整個物體的三維數據，充分滿足各類立體測量的需求，保證了產品質量，且測試時間短，提高了生產效率。