[發明專利]一種透明材質三維輪廓重構的深紫外結構光精密檢測裝置

有效

• 申請號: 201910160434.0
• 申請日: 2019-03-04
• 公開（公告）號: CN109781033B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 楊甬英;曹頻
• 申請（專利權）人: 杭州晶耐科光電技術有限公司
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 忻明年

本發明公開了一種透明材質三維輪廓重構的深紫外結構光精密檢測裝置。本發明包括深紫外條紋投影系統和深紫外成像系統，其中深紫外條紋投影系統包括寬譜深紫外LED光源、窄帶紫外波段濾波片、準直擴束系統、一維深紫外橫向剪切光柵及擴束鏡組，且寬譜深紫外LED光源和窄帶紫外波段濾波片構成紫外光源單元；深紫外成像系統由成像透鏡和深紫外CCD組成。本發明對透明材質的曲面玻璃表面三維輪廓實現高精度形變檢測，克服了傳統可見結構光光源穿透透明材質混淆上下表面形貌形變的弊端，避免數字曝光正弦光柵產生的鋸齒狀條紋帶來的誤差，實現了對大尺寸曲面玻璃三維輪廓的精確重構。

技術領域

本發明屬于機器視覺結構光精密檢測技術領域，具體涉及一種應用在測量透明材質三維輪廓的深紫外結構光檢測成像系統。

背景技術

透明材質的使用在國防、工業化及日常生活中品類繁多：小到各種鏡頭中的透明光學元件，大到如飛機、汽車艙體的防護玻璃及各種顯示屏等等。諸如以上提到的以各種透明材料的自由曲面元件已經被廣泛應用在日常科研、生活中，隨著科技及工業化的發展，對諸如飛機、汽車艙體的防護玻璃的表面形變的檢測要求也日益提高。但是這些玻璃輪廓基本上均為自由曲面且面積較大，無法用光學干涉檢測球面的方法獲取形變量。目前國內外對類似的復雜輪廓的檢測，多用結構光投影，可以用投影儀產生亮暗相間的條紋狀結構光，并結合單目或雙目視覺的方法來實現，但是這些方法一般均用于各類非透明的漫反射材料，可以采用散射成像獲取形變信息。對于透明材料的表面形變結構光檢測，在面形信息獲取上有兩個關鍵難點：一是大面積透明材料比較光滑只能反射成像，而上下表面的反射成像會將上下表面的形變均混淆在一起，無法得到上表面的單一信息，同時透明材料的反射率很低，所以CCD獲取的是上下表面混合的微弱信息，條紋對比度很差，如圖2所示；二是產生亮暗相間的條紋狀結構光的形式有投影儀或光柵，而投影儀產生的基本是可見光結構光，上下表面的反射成像會將上下表面的形變均混淆在一起，因而同樣無法區分上下表面信息。再者光柵光刻技術是利用數字技術實現，因此結構光照射在被測物體上會呈現網格的鋸齒狀結構，無法實現高精度檢測，如圖3(a)所示。這些是透明材質形變檢測的瓶頸，所以國內外目前對于透明材質物體的高精度光學三維輪廓檢測的研究仍然處于空白，這就大大局限了透明材料在科研和工業化領域中應用的局限性。為此本發明提出了一種透明材質三維輪廓重構的深紫外結構光精密檢測方法。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的空白，提出了一種透明材質三維輪廓重構的深紫外結構光精密檢測裝置。首次提出了利用深紫外波段結構光檢測系統對透明材質曲面玻璃表面三維輪廓實現高精度形變檢測。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案具體如下：

本發明包括深紫外條紋投影系統和深紫外成像系統，其中深紫外條紋投影系統包括寬譜深紫外LED光源(S0)、窄帶紫外波段濾波片(S1)、準直擴束系統(S2)、一維深紫外橫向剪切光柵(S3)及擴束鏡組(S5)，且寬譜深紫外LED光源(S0)和窄帶紫外波段濾波片(S1)構成紫外光源單元；深紫外成像系統由成像透鏡(S7)和深紫外CCD(S8)組成；

深紫外LED光源(S0)發出的寬帶光射入窄帶紫外波段濾波片(S1)中得到窄帶深紫外光，窄帶深紫外光通過準直擴束系統(S2)后以平行光入射到一維橫向剪切光柵(S3)上，衍射形成兩個波前完全相同但有一定傾角的復制波前，在兩復制波前重疊區域形成干涉條紋作為條紋結構光，條紋結構光再通過擴束鏡組(S5)形成具有穩定周期的深紫外波段結構光；深紫外波段結構光投射到放有透明材質被測物(S9)的參考平臺(S6)上，并利用深紫外成像系統接收經過物體高度調制后的變形條紋圖像。

所述的一維橫向剪切光柵(S3)上設置有光柵相移裝置(S4)，從而實現對深紫外波段結構光的旋轉和移相操作。

由于衍射形成的衍射場只有+1和-1衍射級次的衍射光，因此兩復制波前重疊區域形成干涉條紋作為條紋結構光。