[發(fā)明專利]偏振光空間相移非朗伯金屬物體形貌測量裝置及方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110371527.5 | 申請日： | 2021-04-07 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN113237436B | 公開（公告）日： | 2022-08-02 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 郭紅衛(wèi);祝慧杰;向剛 | 申請（專利權(quán)）人： | 上海大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | G01B11/25 | 分類號(hào)： | G01B11/25 |
| 代理公司： | 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205 | 代理人： | 何文欣 |
| 地址： | 200444*** | 國省代碼： | 上海;31 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 偏振光 空間 相移 非朗伯 金屬 物體 形貌 測量 裝置 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種偏振光空間相移非朗伯金屬物體形貌測量裝置及方法。本裝置包括偏振光空間相移投影裝置、偏振光攝像裝置和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分別與投影裝置與攝像裝置相連。測量方法操作步驟為：裝置調(diào)整，設(shè)定投影系統(tǒng)和攝像系統(tǒng)中，對應(yīng)單元起偏鏡片和檢偏鏡片的偏振方向相同；數(shù)據(jù)采集，計(jì)算機(jī)生成三幅相移條紋圖像，利用偏振光空間相移投影裝置同時(shí)投射至被測物體表面，利用偏振光攝像裝置記錄不同偏振方向相移條紋圖像條紋圖案，輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理；數(shù)據(jù)處理，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過偏振光空間相移算法計(jì)算條紋位相，并重建被測非朗伯金屬物體的三維面形。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及三維光學(xué)測量領(lǐng)域，具體涉及一種偏振光空間相移非朗伯金屬物體形貌測量裝置及方法，是一種通過在條紋投影技術(shù)中引入偏振光空間相移，可以對非朗伯金屬形面進(jìn)行快速三維測量的裝置及方法。
背景技術(shù)
金屬物體三維形貌測量是光學(xué)測量領(lǐng)域前沿之一。工程實(shí)踐表明，針對金屬零件的測量是其中最具挑戰(zhàn)性的課題。金屬零部件廣泛應(yīng)用于汽車、通信、建筑、交通、能源、機(jī)械等國民經(jīng)濟(jì)諸多行業(yè)，且無論是在種類還是在數(shù)量上都占據(jù)極大比重。金屬零件三維測量方法的研究，對于推動(dòng)現(xiàn)代制造業(yè)的技術(shù)進(jìn)步具有重要意義。
光學(xué)三維測量方法的原理嚴(yán)重依賴于被測物體的表面反射模型，其成熟技術(shù)主要包括兩類：①適用于鏡面反射物體測量的激光干涉與條紋偏折技術(shù)等；②以漫反射朗伯模型(LambertianModel)為基礎(chǔ)的各類結(jié)構(gòu)光技術(shù)(J.Salvi，J.Pagès,J.Batlle，“Patterncodication strategies in structured light systems，”Pattern Recog.37(4)，827-849，2004.)、條紋投影技術(shù)(X.Su，W.Chen，Q.Zhang，and Y.Chao，“Fourier transformprofilometry:areview，”O(jiān)pt.Lasers Eng.36(1)，49-64，2001)、莫爾形貌術(shù)(H.Takasiki，“MoiréTopography，”Appl.Opt.9(6)，1467-1472，1970)及結(jié)構(gòu)光場成像技術(shù)(熊友兵，楊坤濤，張南洋，“數(shù)字圖像處理技術(shù)在等高莫爾法三維形貌測量中的應(yīng)用，”光學(xué)與光電技術(shù)，2(5)，58-60，2004)等。面對金屬物體形貌測量，這些方法都表現(xiàn)出一定的局限性。其中，鏡面測量方法僅可用于測量少量精加工金屬零件(如粗糙度在0.02微米以下的精拋光零件)；而漫反射物體測量方法則被用于一些較粗糙金屬件的測量。但在實(shí)際工程中，大多數(shù)金屬板材、胚料及加工零件的表面既非鏡面反射，又區(qū)別于標(biāo)準(zhǔn)漫反射。這種特殊反射特性被稱為“非朗伯反射”，其形態(tài)表現(xiàn)為漫反射與鏡面反射成分的疊加與復(fù)合，且受加工及涂鍍方式的影響。非朗伯反射特性給金屬零件的形貌測量帶來極大困難。由此可見，實(shí)現(xiàn)非朗伯反射金屬零件形貌，特別是動(dòng)態(tài)形貌的全場直接測量已成為工程應(yīng)用中的迫切需求。
現(xiàn)有的方法主要局限于解決非金屬漫反射物體測量中存在的問題，而金屬零件形貌測量仍然是一個(gè)未解決的挑戰(zhàn)。研究“偏振光空間相移條紋投影測量裝置及方法”，可以為金屬物面三維測量的問題提供一種新的富有競爭優(yōu)勢的解決方案，成為急需解決的技術(shù)問題。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種偏振光空間相移非朗伯金屬物體形貌測量裝置及方法，解決金屬物體三維面形的快速測量問題，利用金屬物面的保偏特性為相移條紋圖像建立獨(dú)立通道，并借助于同軸多投影及多成像裝置，將空間相移引入條紋投影技術(shù)，使其適用于非朗伯反射金屬零件的形貌測量，有利于條紋投射測量技術(shù)的應(yīng)用及金屬物體測量技術(shù)的發(fā)展。
為達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明的構(gòu)思是：
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