[發(fā)明專利]一種視觸覺汽車高反光表面三維形貌測量方法及系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112595264A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 閔曉潮;黨仁俊
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州星祥益精密制造有限公司
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

本發(fā)明提出一種視觸覺汽車高反光表面三維形貌測量方法及系統(tǒng)，屬于三維測量技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明分別搭建用于接觸待測量的汽車高反光表面的觸覺前端，以及用于測量形變的視覺后端，組合后構(gòu)成視觸覺汽車高反光表面三維形貌測量系統(tǒng)；將該觸覺前端中不透明涂料層接觸待測量表面并產(chǎn)生形變，然后視覺后端的投影儀向不透明涂料層投影編碼圖像得到對應(yīng)的投影圖像，通過計算投影圖像上每個點的世界坐標(biāo)獲得待測高反光表面的點云，最終得到待測高反光表面的三維形貌的檢測結(jié)果。本發(fā)明方法測量全面，后期處理簡單，精度高，且測量系統(tǒng)安裝簡單，成本低，不會損壞被測表面。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于三維測量技術(shù)領(lǐng)域，特別提出一種視觸覺汽車高反光表面三維形貌測量方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代工業(yè)制造技術(shù)和測量技術(shù)的發(fā)展，大型零部件的三維形貌特征測量已經(jīng)成為三維測量領(lǐng)域的重要方向。在汽車行業(yè)中，汽車零部件及整車廠商尤其關(guān)注如何對產(chǎn)品的三維形貌特征進行測量，以提高產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)對嚴(yán)苛的市場競爭。現(xiàn)有的三維測量主要包括三坐標(biāo)測量儀和基于視覺技術(shù)的測量系統(tǒng)，前者通過觸發(fā)零件表面獲得高精度尺寸信息，但是檢測效率低、自動化程度低，無法滿足批量測量需求；后者以各類視覺技術(shù)為基礎(chǔ)，通過拍攝被測物體進行計算以得到三維信息，具有速度快、效率高的優(yōu)點，結(jié)構(gòu)光技術(shù)便是其中一種。

結(jié)構(gòu)光測量技術(shù)主要包括如下步驟：光源發(fā)生器主動投射帶有編碼的圖像到被測物體的表面上，物體表面的凹凸形狀對編碼圖像進行調(diào)制。相機采集調(diào)制后形變的圖像，通過相機和光源發(fā)生器的位置關(guān)系及投影圖案的形變程度，重建被測物體的三維形貌。這種技術(shù)硬件配置簡單、測量精度高、速度快、成本低，已經(jīng)被工業(yè)生產(chǎn)大量采用，以測量汽車整車及各零部件的三維形貌特征。但是，這種技術(shù)仍然存在不足。汽車零部件經(jīng)過銑削或整車經(jīng)過涂裝后，表面較光滑、反射率較大，形成高反光區(qū)域，采集到的圖像中出現(xiàn)過曝光，使得重建結(jié)果中出現(xiàn)大范圍數(shù)據(jù)空洞，影響測量效果。解決這一問題的一種方法是采用高動態(tài)范圍技術(shù)，如多重曝光或加入偏振濾光片等，增加圖像的動態(tài)范圍，減弱過曝光現(xiàn)象，但是這類技術(shù)較為復(fù)雜，需要復(fù)雜的后期處理過程或仔細(xì)調(diào)整物體和光路的相對位置，增加硬件復(fù)雜性，嚴(yán)重影響測量速度；另一種方法是在高反光表面噴涂粉末，覆蓋反射比高的區(qū)域，以使光線出現(xiàn)漫反射，然而測量后清潔工件上的粉末時可能損壞工件表面，造成額外損失。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種視觸覺汽車高反光表面三維形貌測量方法及系統(tǒng)。本發(fā)明方法測量全面，后期處理簡單，精度高，且測量系統(tǒng)安裝簡單，成本低，不會損壞待測表面。

本發(fā)明提出一種視觸覺汽車高反光表面三維形貌測量方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1)搭建觸覺前端；

所述觸覺前端包括：不透明涂料層、透明彈性體、透明背板和固定框架；所述透明背板一面連接在固定框架上，透明背板的另一面均勻涂抹透明粘膠后與透明彈性體的一面連接，透明彈性體的另一面均勻涂抹不透明涂料層；

2)搭建視覺后端；

所述視覺后端包括：相機、投影儀、固定底座和計算機；所述相機和投影儀分別固定在固定底座上，相機鏡頭和投影儀鏡頭均朝向同一方向，相機和投影儀的光軸保持在設(shè)定的距離且平行，該距離使得相機和投影儀的共視區(qū)面積大于觸覺前端中透明彈性體的最大表面的面積；相機和投影儀分別連接計算機；

其中，相機和投影儀固定后，對相機和投影儀進行標(biāo)定，分別獲得相機的內(nèi)參矩陣、外參矩陣和畸變參數(shù)，及投影儀的內(nèi)參矩陣、外參矩陣和畸變參數(shù)；

3)利用步驟1)搭建的觸覺前端和步驟2)搭建的視覺后端構(gòu)建視觸覺汽車高反光表面三維形貌測量系統(tǒng)；