[發明專利]一種基于旋轉編碼技術的物體表面高精度三維測量方法及其裝置

有效

• 申請號: 201810028006.8
• 申請日: 2018-01-11
• 公開（公告）號: CN110030940B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 朱茂芝
• 申請（專利權）人: 廣州微易軌道交通科技有限公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 廣州潤禾知識產權代理事務所(普通合伙) 44446
• 代理人: 林偉斌

一種基于旋轉編碼技術的物體表面高精度三維測量方法，用于檢測被測物體表面的三維結構、形貌特征，以此分析被測物體的運動狀態。通過設置離被測物體一定距離的測距傳感器連續測量物體上表面被測點與測距傳感器之間的距離，測距傳感器固定于一個旋轉軸，并與旋轉軸以一定的角度指向被測物體表面，結合測距傳感器與物體之間瞬時的位置關系，對某一時刻的L(i)進行信息編碼，包括：L(i)、旋轉轉速、角度、物體移動速度、旋轉相位角等參數，計算被測點的三維坐標（x_i,y_i,z_i），將各被測點的三維坐標導入計算機形成被測物體上表面的三維結構特征。

技術領域

本發明專利屬于工業測量技術領域，涉及到一種基于旋轉編碼技術的物體表面高精度三維測量方法及其裝置。

背景技術

隨著三維掃描技術的發展，激光掃描檢測作為檢測物體三維的手段已經被廣泛使用，但是現在的激光三維檢測都是使用線激光結合工業相機的圖像檢測方法，以及采用點光源基于飛行時間的掃描檢測方法(TOF)，難以解決檢測物體尺寸大、檢測精度要求高之間的矛盾。針對某些需要高精度檢測的設備來說，線激光三維檢測是難以滿足其對測量精度需求。如專利CN201210030139.1，公開了一種高速掃描整體成像三維測量方法，包括下列步驟：利用激光器外調制驅動電源控制一字線激光器的輸出；使多面棱鏡在高速電機的驅動下旋轉，多面棱鏡將激光器輸出的線結構光反射、投射到被測物體表面；將光電探測器放置在多面棱鏡旋轉過程中線結構光投射的極限位置上，面陣CCD相機在結構光掃描整個區域的過程中都進行曝光，建立測量模型，被測物體表面特征點的三維坐標(xp，yp，zp)由面陣CCD相機形成的圖像坐標和θp根據公式獲得。該對比文件采用線激光器作為光源，測量的精度不夠，沒法顯示出物體部分表面上的細致凹凸變化，而且由于使用的是圖像比對的方法來處理測量圖像，需要處理的數據量過大，對于處理器的性能要求過高。

發明內容

本發明專利所要解決的技術問題是，提供一種能夠準確快速測量的基于旋轉編碼技術的物體表面的高精度三維測量方法及其裝置。

本專利首先公開了一種基于旋轉編碼技術的物體表面高精度三維測量方法，用于測量被測物體上表面的三維結構特征，通過設置在物體上方的測距器連續測量物體上表面被測點與測距器之間的距離L(i)，結合測距器與物體之間的位置關系，對某一時刻的L(i)進行信息編碼，包括：L(i)、旋轉轉速、角度α、物體移動速度以及旋轉相位角的參數，并計算被測點的三維坐標(x_i,y_i,z_i)，將各被測點的三維坐標導入計算機形成被測物體上表面的三維結構特征。具體包括以下步驟：

S1、設置被測物體或測距器的相對位置，使測距器測距方向朝向被測物體上表面；

S2、使被測物體與測距器相對移動，移動速度為V；

S3、使測距器繞一轉動軸轉動，使被測點在被測物體上表面形成弧形或直線形測量軌跡；

S4、測距器采樣測量，測量測距器與被測物體上表面的被測點之間的距離L(i)；

S5、根據每個被測點當前的測距器與物體之間的位置關系和距離L(i)計算被測點的三維坐標(x_i,y_i,z_i),形成被測物體上表面的三維結構特征。

通過設置一個測距器且讓其發生轉動，使得被測點在物體上表面形成測量軌跡，測距器可以測量出在物體上表面的各處被測點與測距器的距離，然后由于測距器與物體相互靠近，兩者的相對位置發生變化，所以被測點也發生變化，測距器可以測量出物體上表面更多的地方。而且本發明每次只是測量物體上表面的一個被測點到測距器的距離，確保了測量的精度，接著再通過測距器的轉動以及測距器與物體的相對運動，從而實現對整個物體上表面的三維測量。而且本方法只是測量物體的上表面不需要深入到物體內部測量，所以不需要一個距離夠長并且可伸縮的支撐機構，帶動測距器深入到物體內部。