检测仪、具有该检测仪的测量系统以及测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种检测仪，具体而言，涉及一种测量具有镜面反射特征的物体表面 的三维形状的检测仪，具有该检测仪的测量系统以及利用该检测仪进行测量的测量方法。
【背景技术】
[0002] 普通三维测量仪利用主动视觉技术，通过投影激光线或者正弦波谱在物体表面建 立特征点，在相平面上通过参考基准面上的投影变形计算出物体表面的三维形状。这种技 术的局限在于被测物体必须具有漫反射的表面特征，对带有镜面反射特征的物体表面无能 为力。对于例如汽车玻璃的这类工业产品，目前只能采用接触式的测量方法，通过抽样调 查，对产品的质量进行统计评估。这种方法不仅耗时耗力，也不能达到质量测量的工业要 求，既提高了使用者的风险，又增加了汽车制造企业的成本和负担。因此，需要提供一种结 构简单、测量精确、成本少且操作安全的测量仪。
【发明内容】
[0003] 为了解决上述问题，本发明提供了一种检测仪，所述检测仪用于测量具有镜面反 射特征的物体表面的三围形状，所述检测仪包括：支撑框架；控制电机（4)，所述控制电机 固定在所述支撑框架上；面光源投影设备（3)，所述面光源投影设备连接在所述控制电机 的电机主轴上；和主控电脑，所述主控电脑与所述投影设备连接，其中所述投影设备显示黑 白条纹，所述黑白条纹能够在被测物体表面上产生明暗反射条纹，通过所述控制电机调整 所述投影设备的工作位置，从而根据所述投影设备相对于所述控制电机的位移关系并通过 所述明暗反射条纹的变化来测量被测物体表面的三维形状，其中所述投影设备相对于控制 电机的位移关系遵循以下公式
【主权项】
1. 一种检测仪，所述检测仪用于测量具有镜面反射特征的物体表面的三围形状，所述 检测仪包括： 支撑框架（5); 控制电机（4)，所述控制电机固定在所述支撑框架上； 面光源投影设备（3 )，所述面光源投影设备连接在所述控制电机的电机主轴上；和 主控电脑，所述主控电脑与所述投影设备连接， 其中所述投影设备显示黑白条纹，所述黑白条纹能够在被测物体表面上产生明暗反射 条纹，通过所述控制电机调整所述投影设备的工作位置，从而根据所述投影设备相对于所 述控制电机的位移关系并通过所述明暗反射条纹的变化来测量被测物体表面的三维形状， 其中所述投影设备相对于控制电机的位移关系遵循以下公式
其中，d。代表投影设备上的一个发光点到镜面的距离，为物距吨代表该发光点通过玻 璃曲面成像后所得虚像点到镜面的距离，为像距；f?是为此发光点成像所用到的该镜面的 焦距，所述面光源投影设备相对于控制电机的位移变化是物距和像距之间的变化。
2. 根据权利要求1所述的检测仪，还包括4个双目视觉仪，其中每一个双目视觉仪都包 括至少2个相机（1)，并且所述相机两两配对地固定在所述支撑框架的4个侧部；优选地， 所述相机的光学主轴与所述投影身边的光学主轴相交。
3. 根据权利要求2所述的检测仪，还包括多个激光器（2)，所述多个激光器中的至少一 个定位在两两配对的相机之间，用于系统校正。
4. 根据权利要求1所述的检测仪，还包括点云融合模块，用于将在各个测量位置上取 得的测量数据整合到被测物体的CAD坐标系中。
5. 根据权利要求1所述的检测仪，其中所述激光器的触发由所述主控电脑直接控制； 优选地，所述明暗反射条纹的变化包括明暗反射条纹的明暗变化、粗细变化以及方位变化； 优选地，所述方位变化包括从横向条纹转变为坚向条纹。
6. -种机器人测量系统，包括： 机器人平台；和 如权利要求1-5中任一项所述的检测仪，所述检测仪通过接口与所述机器人平台相结 合，从而能够在不同角度和高度测量被测物体的三维表面形状。
7. 根据权利要求6所述的测量系统，还包括： 机器人路径规划模块，用以针对被测物体的表面选择最佳视觉测量点；和/或 图形处理装置，所述图形处理装置能够实时进行表面缺陷检测；和/或 无线数据报告模块，所述无线数据报告模块能够实时向生产质量控制中心报告被测物 体的检测结果；和/或 自校正模块，所述自校正模块能够校正所述检测仪和机器人平台的工作参数，并计算 所述检测仪的各个部件之间的以及检测仪和机器人之间的坐标变换矩阵，所述坐标变换矩 阵包括各个相机相对于所述检测仪的位置关系，以及各个相机相对于激光器的位置关系。
8. -种测量具有镜面反射特征的物体表面的三维形状的方法，所述方法包括： 控制投影设备显示黑白条纹； 使黑白条纹在被测物体表面上通过镜面反射形成反射条纹； 操作控制电机来调整投影设备的工作位置；和 根据所述投影设备相对于所述控制电机的位移关系并通过在玻璃表面上产生的明暗 反射条纹的变化来测量被测物体表面的三维形状，
其中所述投影设备显示黑白条纹，所述黑白条纹能够在被测物体表面上通过镜面反射 在相机平面形成具有映射关系的反射条纹，通过所述控制电机调整所述投影设备的工作位 置，从而根据所述投影设备相对于所述控制电机的位移关系并通过在玻璃表面上产生的明 暗反射条纹的变化来测量被测物体表面的三维形状， 其中所述投影设备相对于控制电机的位移关系遵循以下公式 其中，d。代表投影设备上的一个发光点到镜面的距离，为物距吨代表该发光点通过玻 璃曲面成像后所得虚像点到镜面的距离，为像距；f?是为此发光点成像所用到的该镜面的 焦距，所述面光源投影设备相对于控制电机的位移变化是物距和像距之间的变化。
9. 根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤的一种或多种： 调整激光器的投射角，使所述投射角同与所述激光器相配合的双目视觉仪的主轴相 交；和/或 校正所述检测仪；和/或 校正检测仪相对于机器人手腕的位移；和/或 融合各个测量点的点云数据，从而获得完整的三维点云数据。
10. 根据权利要求8所述的方法，还包括步骤： 将测量结果与被测物体的设计进行比较； 评估被测物体的形状质量； 寻找被测物体的表面缺陷； 汇报检测结果；和 对不合格产品进行回收处理。
【专利摘要】本发明公开了一种检测仪，该检测仪用于测量具有镜面反射特征的物体表面的三维形状，所述检测仪包括：支撑框架（5）；控制电机（4），所述控制电机固定在所述支撑框架上；面光源投影设备（3），所述面光源投影设备连接在所述控制电机的电机主轴上；和主控电脑，所述主控电脑与所述投影设备连接，其特征在于，所述投影设备显示黑白条纹，所述黑白条纹能够在被测物体表面上产生明暗反射条纹，通过所述控制电机调整所述投影设备的工作位置，从而根据所述投影设备相对于所述控制电机的位移关系并通过所述明暗反射条纹的变化来测量被测物体表面的三维形状。
【IPC分类】G01B11-25
【公开号】CN104613898
【申请号】CN201310476268
【发明人】石泉
【申请人】石泉
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2013年10月12日