[發明專利]控制三維物體的線性尺寸的方法

有效

• 申請號: 201280078106.2
• 申請日: 2012-11-07
• 公開（公告）號: CN104903680B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: A·V·克利莫夫;A·G·洛馬金;S·V·蘇克霍維;G·A·古謝夫;A·L·尤欣
• 申請（專利權）人: 阿泰克歐洲公司
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民;趙志剛

本發明涉及測量技術領域并涉及測量三維物體的外形的方法。借助投影儀，包括非相交線的先前已知圖像被投影到物體上。借助兩臺攝影機記錄反射信號，其中兩臺攝影機布置在遠離投影儀不同距離的位置處并且在投影儀的中心光束和攝影機的中心光束之間形成不同的三角測量角度。投影儀和最近的攝影機之間的距離以該攝影機的中心光束和投影儀的中心光束的三角測量角度等于投影的光帶之間的距離和攝影機鏡頭的景深的比率的反正切的方式被選擇。借助第一攝影機生成的圖像，確定投影線的縱坐標和豎直坐標，接著借助第二攝影機生成的圖像，更精確地設定光線的豎直坐標。技術效果包括簡化并加快測量過程。

技術領域

本發明涉及測量儀器，并且能夠通過以不同三角測量角度觀測已知投影圖案進行足夠精確度的3D測量并顯示三維物體輪廓。

背景技術

基于三個坐標控制三維物體的線性尺寸的先前已知方法包括，通過在受控物體表面上投影光束，在受控物體表面上形成探測結構化背光，其中光束由調制空間強度表征；配準由受控物體表面的形貌失真的探測背光圖案的圖像；以及基于探測背光圖案的失真值，利用測量形貌高度的數字電子計算機，確定受控物體表面形貌的高度，并基于配準圖像中背光圖案失真的位置計算另外兩個坐標(WO 99/58930)。

已知方法的缺點是，通過具有不變的規則結構的透明濾波器沿著其中一個坐標調制的光輻射被引導到受控物體表面時的情況造成的高誤差率，不可能預見或預先考慮表面和深度凹陷的不同反射性質造成的圖像失真，這在沒有與受控物體表面的宏觀結構相關的任何現有信息的情況下不能被識別。

先前的技術包括一種基于三個笛卡爾坐標控制三維物體的線性尺寸的方法和實施該方法的設備。該方法包括沿著其中一個坐標投影通過探測光輻射強度的空間調制產生的多色光帶的系統。

該系統的特征在于交替光帶并產生結構化背光。其結果是，光電探測器的視場內的受控物體表面的整個部分和“疊加”在表面上的結構化背光的失真圖像被記錄在一幀中。基于光帶集合的圖像失真的程度和光帶在笛卡爾系中的位置評估受控尺寸(WO 00/70303)。

先前使用的方法和使用該方法的設備的局限性是精度差，其與光帶圖像中的間隙的明確解釋的不可能性有關，其中的光帶圖像因受控物體表面的輪廓，或通孔或取決于受控物體表面的一些區域的顏色的低光譜反射率值而失真。如果受控物體全部是局部組件，例如一組渦輪葉片，使用上述方法重建此種物體的拓撲結構以及隨后控制其線性尺寸是不可能的。

先前使用以用于表面形狀的光學測量的方法包括：將該表面放置在光學投影系統的照明場中并同時放置在用于記錄上述表面的圖像的設備的視場中；使用上述投影光學系統、利用已知結構的光通量，將一組圖像投影到被測表面；記錄以不同于圖像集合投影角度的角度觀察到的表面的相應圖像集合，以及基于記錄的圖像確定被測表面的形狀。在這種情況下，光強度的至少三個周期分布被交替投影到上述表面，這些分布是其強度跟隨正弦原理橫向變化的光帶集合，而且不同之處在于該光帶集合在垂直于光帶的方向上以光帶內的受控值進行的移位，并且記錄的圖像被處理以接收包含對應于表面上的點的相位的初步相位分布。此外，光強度的互補分布被瞬時投影在上述表面上，使得根據上述表面的每個點的上述光帶集合來確定光帶數目成為可能，上述表面的附加圖像被記錄；基于由初步相位分布照亮的物體的上述圖像和由互補相位分布照亮的物體的上述圖像，獲得上述表面的每個可見點的最終相位分布。并且基于上述最終相位分布，使用初步校準數據，獲得上述表面點的絕對坐標。當使用上述方法執行測量時，假設該表面的每個點的圖像在僅利用投影單元發射的直接光束照亮該圖像的條件下被記錄，并且根據記錄的該物體點圖像的照亮被認為與直接從投影單元被聚焦在該點上的光束的亮度成比例(RU No.2148793)。

該方法的局限性包括使用該方法的設備的復雜性和需要大量時間測量的過程持續時間，以及在設備(投影單元和攝影機)位置的機械振蕩的情況下留下誤差的可能。