[發明專利]一種高光物體面型的非接觸無損測量系統及測量方法

在審

• 申請號: 202010595307.6
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111578864A
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 陳利娟
• 申請（專利權）人: 重慶市氣象信息與技術保障中心
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙) 51239
• 代理人: 楊佳麗

本發明公開了一種高光物體面型的非接觸無損測量系統，它包括投影光源系統、偏振器、圖像傳感器、圖像采集卡和電腦；所述偏振器包括起偏器P1和檢偏器P2，其投影系統由投影光源系統和起偏器P1組成，其成像系統由圖像傳感器和檢偏器P2組成；所述圖像傳感器是接收變形光柵像的面陣探測器；所述投射光源為強度按正弦分布的面陣自然光，條紋的柵線垂直于參考平面。本發明還公開了一種高光物體面型的非接觸無損測量方法。本發明從傅里葉變換輪廓術中光場的偏振特性出發，利用光學器件偏振器的濾光作用，結合現有傅里葉變換輪廓術和Phong光照模型，提出了一種高光物體面型的測量系統及測量方法，理論分析與應用結果均證明了鏡面反射光將影響調制光場正確的高度分布。

技術領域

本發明涉及非接觸無損測量技術領域，具體的說是涉及一種高光物體面型的非接觸無損測量系統及測量方法。

背景技術

在測量工作中，常會對一些高光物體面型進行無損測量，這類物體表面比較光滑，例如現代工業中的汽車制造業在車身、拋光模具等具有鏡面反射性質的表面需要高精度無損測量，這些物體反射光中不僅存在漫反射光，還會存在鏡面反射光，這就會導致被測物體存在高光，這部分鏡面反射光的主要來源有兩個，一是環境光造成的鏡面反光；二是投影光源造成的鏡面反光。高光物體的面型測量中由于鏡面反射光的存在，將會導致測量成像圖中存在許多的高亮區，這些區域的測量成像圖中掩蓋了漫反射光場分布中的相位信息，由于無法得到正確的相位信息，因此無法準確測量這部分區域的三位面型。

目前表面具有鏡面反射性質的這類物體的測量一般采用兩種辦法：其一，采用坐標測量機等接觸式測量設備，速度較慢。其二，噴涂其表面，改變其反射特性為漫反射后用光學方法測量。機械測量方法由于其本身的局限性很難在工業現場中進行使用；噴涂表面法盡管可改變物體表面的反射特性，但在很多場合下不能甚至無法進行物體表面噴涂。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種高光物體面型的非接觸無損測量系統及測量方法，本發明從光場的偏振特性出發，利用光學器件偏振器的濾光特性，結合傅里葉變換輪廓術和Phong光照模型，實現了具有鏡面反射光的光滑物體（具有高光區）面形的無損三維測量。

為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：

一種高光物體面型的非接觸無損測量系統，它包括投影光源系統、偏振器、圖像傳感器、圖像采集卡和電腦；所述偏振器包括起偏器P1和檢偏器P2，其測量系統中的投影系統由投影光源和起偏器P1組成，其測量系統中的成像系統由圖像傳感器和檢偏器P2組成；所述圖像傳感器是接收變形光柵像的面陣探測器，圖像傳感器接收的變形光柵像由圖像采集卡傳輸至電腦并形成圖片；所述投射光源為強度按正弦分布的面陣自然光，條紋的柵線垂直于參考平面。

所述的一種高光物體面型的非接觸無損測量方法，具體包括以下步驟：

1）測量系統主要由投影系統、成像系統、被測物體組成，投影系統和成像系統兩光軸相交于參考平面（Reference plane）上的 O 點，測量系統利用偏振器的偏振特性，在傳統的傅里葉變換輪廓術的測量光路中加入起偏器P1和檢偏器P2；

2）測量前，檢偏器P2與起偏器P1偏振化方向平行放置，投射光源為強度按正弦分布的面陣自然光，投射正弦光源條紋的柵線垂直于被測物體參考平面,經過投影系統中起偏器P1后形成只有偏振方向與P1相同的線偏振光投射到被測物體上，經過成像系統后，得到變形高光條紋圖像；

3）旋轉成像系統檢偏器P2，使其與投影系統起偏器P1的偏振化方向相互垂直，此時反射光中只有垂直于入射面的光矢量分量能通過檢偏器P2，檢偏器P2阻止了平行于入射面的光矢量分量通過，即P2阻止了高光光場通過，此時得到消除高光后的變形條紋圖像；

4）利用FTP傅里葉變換輪廓術解調出消除高光后的變形條紋圖像的截斷相位，對消除高光的截斷相位圖展開后得到消除高光后的展開相位高度面型，完成高光物體面型的非接觸無損測量。