[實用新型]一種鏡面/類鏡面物體絕對面形的測量裝置

有效

• 申請號: 201420609388.0
• 申請日: 2014-10-21
• 公開（公告）號: CN204115675U
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 馬鎖冬;王巖;宋文寶
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本實用新型涉及一種基于條紋反射的鏡面/類鏡面物體絕對面形的測量裝置，屬于先進制造與檢測技術領域。

背景技術

在當今社會生產與生活的眾多領域，如機械設計與制造、精密光學加工、文物保護等，經常需要對表面呈鏡面或類鏡面反射特征的物體進行快速、精確的三維形貌檢測。傳統而直接的檢測工具為三坐標機，然而其接觸式的工作方式存在劃傷被測件的風險。雖然非接觸式的三坐標機可避免上述問題，但由于點/線掃描的工作方式，使得整個測試過程較長，尤其是對于尺寸較大的待測物體，檢測效能不高。激光干涉儀可實現納米量級精度的面檢測，但只適用于表面變化簡單的物體，且對測試環境要求較高，不易實現在線檢測。雖然掃描白光干涉儀可檢測表面非連續的物體，但其橫向和縱向的可測范圍有限，且系統對外界振動較為敏感。

相比之下，基于計算幾何學的立體視覺測量技術系統構成較為簡單，僅利用兩個或兩個以上相機對待測物體成像，經控制處理器處理便可實現對物體三維的檢測。虛擬雙/多目成像技術的提出則進一步地減少了系統所需實體相機的數目，具有成像同步性好的優點。雖然立體視覺測量技術的檢測精度不及干涉儀高，但其非相干成像測量的特點，使得其對溫漂、振動等因素的干擾具有一定的抵御能力。然而由于該技術是一種被動成像測量方法，還需借助被測物體上一系列的特征點，匹配完成立體重構。因而，諸如外界光照不均勻、對比度不夠、物體表面特征點不明顯等問題會阻礙高精度的點匹配的實現，進而影響三維形貌檢測的精度。

隨著光電顯示技術的發展，出現了另一種針對鏡面/類鏡面物體的三維面形檢測技術——條紋反射術。這是一種全場、高靈敏度、非接觸、非相干的光學測量技術，其系統構成也較為簡單，一般由顯示屏、面陣相機和計算機組成，而系統的動態測量范圍可達數十毫米以上。該技術通過將編碼的條紋圖像顯示于光電顯示屏上，并照射至待測鏡面/類鏡面物體，對物體表面反射的條紋圖像信號進行分析處理，基于計算幾何學知識，實現對目標三維面形的檢測。主動條紋編碼技術的使用，增強了其計算所需的特征點匹配的魯棒性，弱化了其對離焦成像的敏感度。在早期的測量裝置中，單個顯示屏和單個相機的使用簡化了系統結構，卻阻礙了絕對面形的獲取，通常僅適用于表面變化連續、低復雜度的物體。雖然通過移動顯示屏或增加實體相機數目可避免上述問題，但高精密位移設備或額外實體相機的引入使得系統的復雜度和成本增加、抗干擾性降低，不利于在線快速檢測的實現。因此，基于條紋反射原理，提出一種檢測魯棒性強、系統結構簡單、易控制，能夠實現對鏡面/類鏡面物體，特別是表面變化復雜、非連續的鏡面/類鏡面物體絕對面形的測量裝置與方法，是該領域的研究熱點與趨勢。

發明內容

本實用新型所要解決的問題是克服現有技術存在的不足，提供一種檢測魯棒性強、成像同步性好、系統結構簡單、易控制，能夠實現對鏡面/類鏡面物體，特別是表面變化復雜、非連續的鏡面/類鏡面物體絕對面形進行測量的裝置。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術解決方案是提供一種鏡面/類鏡面物體絕對面形的測量裝置，包括顯示屏、虛擬成像探測裝置、信號控制與處理器；所述的信號控制與處理器將測量用編碼條紋圖像輸入顯示屏；顯示屏、待測鏡面/類鏡面物體與虛擬成像探測裝置之間成三角結構放置，虛擬成像探測裝置聚焦于待測鏡面/類鏡面物體表面，顯示屏將圖像照射至待測鏡面/類鏡面物體的表面，待測鏡面/類鏡面物體表面將圖像反射后由虛擬成像探測裝置接收，虛擬成像探測裝置將采集的圖像信號輸入信號控制與處理器；所述的虛擬成像探測裝置包括虛擬成像結構和面陣相機，虛擬成像結構將單個目標虛擬成像為兩個或兩個以上的目標像至面陣相機的靶面上接收。

本實用新型技術方案中所述的虛擬成像結構為平面棱鏡或平面反射鏡；所述的面陣相機為面陣的CCD或CMOS相機；所述的顯示屏為液晶顯示屏或空間光調制器；所述的信號控制與處理器包括計算機、數據傳輸控制連接線。

本實用新型提供的一種鏡面/類鏡面物體絕對面形的測量裝置，基于條紋反射技術，其工作原理是：顯示屏顯示由信號控制與處理器輸入的測量用編碼條紋圖像，并將圖像照射至待測鏡面/類鏡面物體表面；虛擬成像探測裝置對待測鏡面/類鏡面物體聚焦成像探測，獲取物面反射的條紋圖像信號，并將采集的信號輸入信號控制與處理器；信號控制與處理器同步控制顯示屏和虛擬成像探測裝置，并對采集的圖像進行處理，完成對鏡面/類鏡面物體絕對面形的檢測。