[發明專利]一種線激光旋轉掃描三維輪廓測量方法及裝置

在審

• 申請號: 202110373014.8
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113063368A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 林斌;梁瑩智
• 申請（專利權）人: 杭州江奧光電科技有限公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G06T7/521
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 李亦慈;唐銀益

本發明公開了一種線激光旋轉掃描三維輪廓測量方法及裝置，包括相機標定和系統參數標定，將物體放在基準平面上，相機置于基準面正上方，由步進電機控制線激光器轉動，掃描并使用步進電機帶動激光器旋轉運動，線激光器每轉動相同角度獲取一張二維圖像，根據獲取的二維圖像上線激光條紋中心的像素點坐標計算物體輪廓的高度信息等步驟，本發明設備體積較小，機械結構簡單，使用線激光旋轉方式掃描物體輪廓，系統的穩定性和測量速度高，無需物體運動，解決實際應用中物體在一些情況下不能自由運動的問題。

技術領域

本發明涉及三維輪廓測量技術領域，具體地說，是一種線激光旋轉掃描三維輪廓測量方法及裝置。

背景技術

傳統的激光三角法測量系統中需將測量裝置或待檢物體置于平移滑軌上，控制物體與檢測裝置做相對運動以獲取物體三維信息，該方法的問題有：(1)設備體積龐大，機械結構復雜，需要較大的運動空間；(2)滑軌在直線滑移過程中會引入較大的機械抖動誤差；(3)移動裝置不便捷導致測量速度慢。(4)實際應用中物體在一些情況下不能自由運動。

發明內容

針對現有技術的技術問題，本發明公開了一種一種線激光旋轉掃描三維輪廓測量方法及裝置，本發明是通過以下技術方案來實現的：

本發明公開了一種線激光旋轉掃描三維輪廓測量方法，包括如下步驟：

1)相機標定和系統參數標定；

2)將物體放在基準平面上，相機置于基準面正上方，由步進電機控制線激光器轉動，使得激光線能完整掃描物體輪廓；對比平移式的掃描通常由步進電機旋轉帶動皮帶運動，旋轉掃描的機械效率更高，使得系統整體掃描速度更快，穩定性更高。步進電機體積較小；

3)掃描并使用步進電機帶動激光器旋轉運動；

4)線激光器每轉動相同角度獲取一張二維圖像；

5)根據獲取的二維圖像上線激光條紋中心的像素點坐標計算物體輪廓的高度信息。

作為進一步地改進，本發明所述的相機標定和系統參數標定的具體計算方法為：

4.1)對相機進行標定，計算出相機內參K，對基準面處進行標定計算出相機相對于基準面的外參矩陣R和T；

4.2)系統參數d、Δh、L的求解，目前很多方法并未提供系統參數的求解方法)。

作為進一步地改進，本發明所述的系統參數d、Δh、L的求解方法如下：

設d為O到基準面的垂直距離，設Δh為激光器與相機到基準面垂直距離之差，L為激光器與相機的水平距離；

設O點為鏡頭光心位置，設相機實際擺放時的相機坐標系為OX_cY_cZ_c，；繞O點旋轉使得成像透鏡與基準面平行，即使得旋轉后的相機坐標系OX′_CY′_CZ′_C的OX′_CY′_C面和基準面平行，設物體輪廓點在兩個坐標系下的坐標分別為(X_C，Y_C，Z_C)、X′_C，Y′_C，Z′_C)，兩個坐標系之間的轉換關系式為則有d＝R^-1t[3]；

有相機模型公式u，v)為激光的圖像像素坐標點；

由可得到s為對項計算結果的第三維歸一化系數。

再由幾何關系得到：(d+Δh)tan(θ₂)-(d+Δh)tan(θ₁)＝X′_c1-X′_c2，得到