[發明專利]基于線激光掃描的物體三維輪廓測量系統

在審

• 申請號: 201710323627.4
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN107421462A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 陳文建;張婷;李武森;肖悅;朱炳斐;張峻乾
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 吳茂杰

技術領域

本發明屬于非接觸式激光測量設備技術領域，特別是一種基于線激光掃描的物體三維輪廓測量系統。

背景技術

非接觸式激光測量技術最早出現于20世紀60年代中期。隨著激光技術的發展和數字處理能力的提高，特別是半導體激光器的出現以及計算機圖像處理技術的進步，非接觸式激光測量技術逐漸在測繪測量、工業檢測、自動化控制、醫學整形、武器系統等領域發揮著越來越重要的作用，給人們的生產生活帶來極大的方便。相對于傳統的接觸式測量方法測量效率低，難以測量柔軟物體，且可能由于接觸造成被測物體表面損壞等缺陷，非接觸式激光測量技術具有測量速度快、測量精度高、功耗低、無損傷、適用范圍廣泛等多項優勢。

激光掃描測量技術作為非接觸式激光測量技術的一個重要分類，是當今幾何量測量領域的重點研究對象之一。該測量技術是以獲取被測物體表面的三維數據信息為目的，通過激光投射和圖像采集過程，得到攜帶被測物體三維坐標信息的激光數字圖像。對激光圖像進行預處理和中心提取，再進行一系列的數據處理與分析，根據激光三角法中物體表面高度不同的點在圖像中的成像位置不同這一原理，可得到物體表面三維輪廓的測量結果。該技術廣泛地應用于逆向工程、虛擬現實和快速原型制造技術等領域，具有成本低、精度高等優點，具有很高的應用價值。而與早期的單點激光掃描測量技術相比，線激光掃描測量技術效率更高，一次性掃描可得到被測物體表面一條線上的二維數據，再使物體相對于激光平面移動，即可獲取三維數據，因而成為激光掃描測量技術的研究和發展方向。

現有的激光掃描測量系統如中國發明專利申請“基于線激光掃描的齒輪三維輪廓測量系統及方法”(申請號：CN201511023749.9，公開日：2016.07.20)所述，其包括線激光器、第一圖像傳感器、第二圖像傳感器、載物臺、圖像采集卡、旋轉編碼器、步進電機、帶運算功能的終端。其中圖像采集卡與終端連接，用于控制第一圖像傳感器和第二圖像傳感器同時開關與采集，旋轉編碼器設置于載物臺上，并于終端連接，用于記錄待測齒輪旋轉角度。

上述測量系統存在的問題是：第一圖像傳感器和第二圖像傳感器通過圖像采集卡與終端連接，數據傳輸距離受工作環境限制較大，當環境干擾因素多時，容易造成圖像產生噪聲；圖像采集卡和角度編碼器的使用增加了系統的成本；物體的高度信息直接通過激光三角法原理計算得到，過程中需要測量多個參數(包括線激光方向與圖像傳感器鏡頭光軸夾角、圖像傳感器鏡頭光軸與圖像傳感器成像平面夾角等)，不僅測量困難，且未考慮圖像傳感器鏡頭的畸變造成的成像誤差。

總之，現有技術存在的問題是：物體三維輪廓測量系統數據傳輸不穩定、成本高、系統參數測量困難且未考慮成像誤差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于線激光掃描的物體三維輪廓測量系統，數據傳輸穩定、成本低、標定簡單且成像誤差影響小。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種基于線激光掃描的物體三維輪廓測量系統，包括：

一字型線激光器，用于發射測量線激光；

帶有千兆網接口的左圖像傳感器和右圖像傳感器，用于對被測物體進行圖像采集，并與計算機進行圖像傳輸；

帶有置物臺的精密轉臺，用于承載被測物體，并對其進行精密轉動；

帶棋盤格的標定板，用于對激光平面進行標定；

帶有記號線的L型標定輔助板，用于線激光平面與標定板的精確對準重合；

帶有顯示器的計算機，用于控制精密轉臺和左右圖像傳感器，接收精密轉臺的角度信息和圖像傳感器的數字圖像，對角度信息和數字圖像進行處理和顯示；

所述計算機分別與左圖像傳感器、右圖像傳感器和精密轉臺相連；所述左圖像傳感器和右圖像傳感器對稱置于線激光器的兩側，并與線激光器成一直線，線激光器發出的激光平面與該直線垂直，正對于精密轉臺的側面投射，精密轉臺的轉軸與線激光重合，圖像傳感器均朝向被測物體。

本發明與現有技術相比，其顯著優點為：

1、數據傳輸穩定：使用帶有千兆網接口的圖像傳感器，無需使用圖像采集卡，直接通過網線連接到計算機上的千兆網口，圖像數據傳輸穩定快速，且可實現較遠距離傳輸，連接成功后可在計算機上對圖像傳感器進行打開、關閉，以及圖像實時處理等操作；

2、成本低：無需角度編碼器，通過計算機對精密轉臺進行控制并記錄旋轉的角度信息，用于被測物體的第三維信息恢復；