[發明專利]一種雙激光復合式影像測量系統

有效

• 申請號: 201110199306.0
• 申請日: 2011-07-18
• 公開（公告）號: CN102305588A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 李越;楊聰;徐一華
• 申請（專利權）人: 蘇州天準精密技術有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種復合式測頭的影像測量系統，特別是一種具備雙激光與影像測頭的影像測量系統。

背景技術

影像測量儀是一種新興的幾何量測量儀器，它以光學鏡頭和CCD捕獲工件圖像，通過數字圖像處理技術，計算工件幾何尺寸和形位公差等參數，具備非接觸、放大倍率高、測量可編程、自動化程度高等優點。作為一種通用測量儀器，影像測量儀的應用面越來越廣，市場接受程度越來越高，為企業的產品質量提升作出了巨大的貢獻。

影像測量儀可實現工件的三維測量，尤其是在二維高速測量中，比其他測量儀器具備非常顯著的優勢，但是在高度測量方面，其測量速度、測量精度、應用范圍則受到很大的限制。尤其是工件表面的材質、粗糙度等表面特性直接影響著光學影像方式的測量精度。針對這種情況，有廠家推出了集成激光測頭的影像測量儀，這種復合式的影像測量儀可借助激光測量方式，有效的解決上述問題，獲得可靠的檢測結果。

目前的激光測量技術，無論是三角法還是共聚焦方式，都對被測工件的表面材質有很大的依賴，還沒有一種激光測頭可以滿足各種不同材質的測量要求。為此，要滿足作為通用測量設備的影像測量儀的廣泛測量需求，僅配備一種激光測頭是遠不能滿足需求的。

隨著制造業產品復雜度的增加，同一工件/部件上出現不同表面特性材質的情況越來越常見，常見的有：對于在透明玻璃上鍍涂的半透明薄膜，需要管控其鍍層厚度，此時的兩個測量端面具備不同的性質，只依靠單個特性的激光測頭，無法對兩個端面進行很好的測量；攝像頭固定環和鏡頭高度差的測量；手機面板和外殼高度差；高反光表面和粗糙表面組裝配合的精度控制等。

針對這種情況，本發明提供了一種集成兩種不同測量特性激光測頭的影像測量儀系統，針對不同表面特性的材質，使用不同的激光測頭，可滿足更廣泛工件的測量需求，有效的解決客戶的測量難題。

發明內容

本發明提供了一種集成了兩種具備不同測量特性激光測頭的影像測量系統，可對各種不同材質、不同特性的工件表面進行可靠的測量。

本發明的雙激光復合式影像測量系統的結構包括：XYZ三軸移動工作臺[1]、顯微鏡、CCD、漫反射表面測量激光測頭、鏡面反射表面測量激光測頭、電氣控制卡[3]和個人計算機[4]；顯微鏡和CCD組合構成了影像測頭；影像測頭、漫反射表面測量激光測頭和鏡面反射表面測量激光測頭一起構成了影像測量儀的復合式測頭；個人計算機[4]中配備圖像采集卡，圖像采集卡接收由影像測頭獲取的圖像數據。

漫反射表面測量激光測頭和鏡面反射表面測量激光測頭分別配備各自的數據采集盒，個人計算機[4]通過數據接口與兩個數據采集盒相連，接收數據采集盒獲取的激光測頭測量數據。

為了實現高精度的測量，顯微鏡、漫反射表面測量激光測頭、鏡面反射表面測量激光測頭三個測頭采用同軸設計，確保兩個激光測頭的測量激光光束都沿著顯微鏡的光軸射向被測工件表面。影像測頭可選用帶同軸光照明機構的鏡頭，鏡頭中包括一片半透半反射鏡片。兩個激光測頭安裝在同軸光固定位置，并使用一個半透反射的鏡片和一個反射鏡片，并借助鏡頭中的半透半反射鏡片，改變兩個激光測頭的光路，實現兩個激光測頭與影像測頭的同光路測量。

為了實現三個測頭獲取測量數據的統一性，還需要對三個測頭的位置、光軸進行標定，獲取相互之間的位置關系，并在測量中使用這些數據，對測量數據進行實時補償，就可將這三個測頭的測量數據統一到相同的坐標空間中。

具體實現上，以影像測頭獲取的坐標數據為基準，標定兩種激光測頭坐標數據相對于該基準坐標的偏差，在測量過程中，以該數據對激光測量數據進行補償即可。

首先在裝配過程中的嚴格控制裝配位置，調整兩種激光光斑到影像測頭畫面的中央，再通過標定方式獲取光斑離理想位置的偏差。在裝配過程中，按照以下方式逐個調整激光測頭的安裝位置、角度：調節光源到合適亮度，確保激光光斑在影像畫面中的成像清晰，打開測量軟件中的十字線，將激光光斑的中心調節到十字線中心。在裝配調節完成后，再使用測量軟件計算兩種激光光斑中心相對于影像畫面中心的偏移，并保存該偏移值，將其作為測量過程中激光測頭XY坐標的補償數據。

在完成激光測頭XY坐標數據的標定后，方可對激光測頭的Z坐標數據進行標定，將標定用標準件立于測量儀工作臺上，將影像測頭的鏡頭調節到最大倍率下，對標定用標準件上表面的中心區域測量高度，得到Z軸坐標。再分別使用兩個激光測頭測量標定用標準件上表面的高度，得到Z軸坐標，計算兩個激光測頭的Z軸坐標與影像測頭Z坐標的差值，并保存該差值，將其作為測量過程中激光測頭Z坐標的補償數據。

附圖說明