[發明專利]一種鏡面物體三維形貌測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201811596665.8
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109357632B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 張宗華;王月敏;高楠;孟召宗
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 王瑞

本發明公開了一種鏡面物體三維形貌測量方法及裝置。該裝置包括電腦、主相機、從相機、折射顯示屏、反射顯示屏、半透半反鏡和固定裝置；所述電腦分別與主相機、從相機、折射顯示屏和反射顯示屏連接；主相機、從相機、折射顯示屏、反射顯示屏、半透半反鏡和固定裝置固定在光學平臺上；折射顯示屏、反射顯示屏和半透半反鏡均與光學平臺垂直；固定裝置處于主相機和從相機的公共視場內；反射顯示屏經過半透半反鏡反射后的圖像光路與折射顯示屏上顯示的圖像光路的平行。本方法對連續區域的物面形貌測量先計算物點法向量，然后使用雙目系統利用梯度積分方法計算得到；對非連續區域的物面形貌測量使用雙屏系統采用直接相位測量偏折術得到。

技術領域

本發明涉及鏡面物體檢測領域。具體為一種鏡面物體三維形貌測量方法及裝置。

背景技術

隨著集成電路、汽車行業、先進制造和天文學的發展，快速準確的測量鏡面物體三維形貌變得尤為重要。為解決這一實際問題，多種鏡面物體三維形貌測量方法被不斷提出，主要分為接觸法和非接觸法。接觸測量法以三坐標測量機為代表，易操作、精度高但測量時間長且易對非剛性物體表面造成劃痕。非接觸測量方法以現代光學為基礎結合圖像處理、計算機視覺等技術在測量時無需接觸被測物體，彌補了接觸式測量中存在的缺陷，多位學者對此進行了研究。其中，條紋反射術由于快速采集、全場獲取、高動態測量范圍、高精度和自動數據處理等優點，被廣泛研究并應用于諸多領域。

Markus C Knauer,Jurgen Kaminski,Gerd Hausler在文章“一種測量自由鏡面反射表面的新方法”(Phase measuring deflectometry:a new approach to measurespecular free-form surfaces.Proc.of SPIE,2004,5457:366-376)中提出一種主動雙目視覺的方法測量鏡面物體的三維形貌。通過法向量一致原則匹配立體傳感器從兩個角度獲取的信息，計算物體表面梯度后積分求解深度信息。此種方法獲得了一定的精度，但不能用于非連續物體的測量。

劉元坤在“基于結構光投影的光學面形測量方法研究.四川大學.2004.”中采用兩組方向正交的條紋分別計算物點在兩個方向的梯度，然后對梯度積分恢復待測鏡面物體表面的三維形貌。系統結構簡單，但不能用于非連續物體的測量。

Guo Hongwei,Feng Peng,Tao Tao在“基于最小二乘光跟蹤技術的鏡面測量”(Specular surface measurement by using least squares light trackingtechnique.Optics and Lasers in Engineering.2010,48(2):166-171)中移動顯示屏到多個位置，利用最小二乘法確定入射光線的位置從而得到物點的空間位置。此種方法不需要積分過程，但移動顯示屏的過程會引進誤差。

趙文川，蘇顯渝，劉元坤，張啟燦在“基于相位偏折術的非球面鏡檢測方法”(Testing an aspheric mirror based on phase measuring deflectometry.OpticalEngineering.2009,48:103603-10363-5)中使用移動顯示器的方法來測量非球面鏡，為減小噪聲影響，求得入射光線后，通過入射光線和反射光線的法向量計算梯度，再對梯度積分計算待測鏡面物體表面的高度。此種方法相較于直接移動顯示屏提高了測量精度，但移動過程會帶來誤差且不能用于非連續物體的測量。

綜上所述，上述測量方法或是不能測量非連續物體，或是不能給出良好的測量精度。因此，提供一種既能測量非連續物體又能保障測量精度的系統成為現有技術中需要解決的問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種鏡面物體三維形貌測量方法及裝置。