[發明專利]靈敏度可調的Shadow Moiré測量系統及方法

在審

• 申請號: 201810536422.9
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108507496A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 張偉;王生懷;鄧小雯;劉強;張光國;王歡;王紅霞
• 申請（專利權）人: 湖北汽車工業學院
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本發明公開了一種靈敏度可調的Shadow Moiré測量系統及方法，該測量系統綜合靈敏度調節、相移技術改進和擴展了Shadow Moiré測量，包括計算機、CCD攝像機、伺服電機、步進電機、旋轉電機、透鏡準直系統、可調光源、載物臺、正弦光柵和被測物體；整個測量系統由計算機控制，實現測量靈敏度的調節、光強的調節、條紋的相移與對應變形條紋圖的獲取；圖像處理軟件對獲得的多副變形條紋進行分析處理，根據條紋圖質量調節測量靈敏度、進行相移運算、去包裹運算等，最后在計算機上得到所測物體表面的形貌信息并顯示。本發明通過靈敏度調節機構實現入射光角度的調整，進而實現靈敏度與被測表面的合理匹配，能夠快速實現對復雜表面的測量，結構簡單且能夠有效提高測量精度。

技術領域

本發明屬于光學測量技術領域，涉及到表面非接觸三維光學測量，具體涉及一種靈敏度可調的Shadow Moiré測量系統及方法。

背景技術

Shadow Moiré非接觸式三維光學表面測量技術，是利用光投射到光柵上，在被測物表面產生陰影光柵，而陰影光柵受到被測物表面形狀的調制會發生變形，從CCD攝像機處觀測到陰影光柵與光柵重疊形成moiré變形條紋。變形條紋中包含有物體表面信息，通過分析變形條紋獲得被測表面形貌信息，并采用相移技術提高測量精度。Shadow Moiré光學三維測量技術由于具有非接觸性、高精度和全場顯示等優點，廣泛應用在計算機視覺、機械零件的仿形加工、力學研究中的形狀及離面位移測量、復雜物體的三維建模以及醫學測量等領域。

在傳統的Shadow Moiré測量中，測量系統結構安裝及相對位置精度要求較高，以確保測量靈敏度的穩定及精準，測量系統的測量靈敏度基于系統結構而固定不變，進而限制了測量精度和測量分辨率，特別是對于復雜表面的測量，固定的測量靈敏度不能確保測量的可靠性。

發明內容

針對現有技術中存在的上述缺點，本發明提供了一種靈敏度可調的Shadow Moiré測量系統及方法，通過靈敏度調節機構實現入射光角度的調整，進而實現靈敏度與被測表面的合理匹配，能夠快速實現對復雜表面的測量。

本發明基于傳統Shadow Moiré測量固有限制，引入測量靈敏度調節系統，在連續相移運動中，通過分析條紋圖任一點光強變化，獲得測量過程中實際測量靈敏度及光強變化規律，并通過分析條紋質量，調節測量靈敏度及光強補償測量獲得高質量條紋圖，進而保證測量可靠性和高精度結果。

為此，本發明采用了以下技術方案：

一種靈敏度可調的Shadow Moiré測量系統，包括計算機、CCD攝像機、伺服電機、透鏡準直系統、可調光源、載物臺、正弦光柵和被測物體；所述正弦光柵置于被測物體的上方，所述被測物體置于載物臺上；所述載物臺與正弦光柵平行布置，二者之間存在一定的距離；所述伺服電機位于載物臺的下方，用于驅動載物臺進行連續相移運動；所述可調光源通過透鏡準直系統投射出平行光照射到正弦光柵上；所述CCD攝像機位于正弦光柵的上方，攝像頭正對正弦光柵，用于采集moiré變形條紋圖；所述計算機與CCD攝像機連接，用于控制CCD攝像機采集moiré變形條紋圖并進行圖像處理；所述計算機和伺服電機連接，用于控制伺服電機進行連續相移運動。

優選地，還包括測量靈敏度可調機構，其包含：步進電機、旋轉電機和帶動支架；所述步進電機與帶動支架的一端相連，帶動支架的另一端與透鏡準直系統相連，步進電機用于驅動帶動支架以及透鏡準直系統作水平運動；所述旋轉電機與透鏡準直系統連接，用于調整入射光角度；所述步進電機和旋轉電機均由計算機進行控制。

優選地，所述可調光源由計算機進行控制并可以調節光源輸出光強。

優選地，所述透鏡準直系統中的準直光源與CCD攝像機的攝像頭在同一水平面。

一種應用所述靈敏度可調的Shadow Moiré測量系統進行測量的方法，包括以下步驟：