[发明专利]基于双波面干涉条纹阵列的大面积光学轮廓测量标定方法

说明书

技术领域

本发明属于三维物体测量技术领域，尤其涉及一种基于双波面干涉条纹阵列的大面积光学轮廓测量标定方法。

背景技术

随着计算机技术的发展，将人类视觉功能赋予计算机、机器人及其他智能机器是人类多年以来的梦想。因此计算机视觉的理论技术得到了快速发展。计算机视觉技术在科学研究、国防建设及国民经济等领域都有着广泛的应用。它有着人类视觉不可比拟的优点，表现在与被测对象无接触性、极大扩展了人类的视觉范围、可以长时间工作于恶劣的环境下，以计算机视觉理论为基础的视觉测量技术的主要任务是对工业生产线上的机械零件进行测量，以判定它们是否与工业生产标准相符合，具有非接触、高效率、测量范围广、速度快、自动化等优点。总之，现在的工业自动化领域为视觉测量这一新兴的测量技术提供了巨大的需求空间。视觉测量必定将会在在现代和未来工业中收到越来越广泛的重视。

视觉测量技术把图像作为检测和传递信息的手段或载体加以利用，从图像中提取有用的信号，通过处理被测图像而获得所需的各种参数。视觉测量技术以机器视觉为基础，融光电子学、计算机技术、激光技术、图像处理技术等现代科学技术为一体，组成光、机、电、算综合的测量系统，具有非接触、全视场测量、高精度和自动化程度高的特点。基于视觉测量技术的仪器设备能够实现智能化、数字化、小型化、网络化和多功能化，具备在线检测、动态检测、实时分析、实时控制的能力，具有高效、高精度、无损伤的检测特点，可以满足现代精密测量技术的发展需要，目前已广泛应用于工业、军事、医学等领域，并得到了极大的关注。在电子、光学和计算机等技术不断成熟和完善的基础上，视觉测量技术得到了突飞猛进的发展。早在20世纪80年代美国国家标准局就预计，检测任务的90％将由视觉测量系统来完成。在近几年的北京国际机床博览会上，可以见到许多国内外利用视觉测量技术研制的仪器，如光学三坐标测量仪、基于视觉技术的刀具预调测量仪等先进仪器。现有的测量方法包括：

1、基于面结构光投影法

由于被测物体、投影点和观测点在空间上成三角关系，故称为面结构光投影三角测量法。当用基准光栅条纹投影到被测物体上时，从观察点来看，由于物体表面形状凹凸不平，光栅条纹发生了畸变，这是由于向物体投射的光栅条纹信号受被测物体表面形状调制所致。因此，从观察点处所获得的畸变光栅条纹图像包含了物体表面形状的三维信息，只要建立反映畸变光栅条纹和被测物体表面形状之间对应关系的数学模型，便可以从畸变光栅条纹图像中推断出被测物体表面形状。该方法的缺点有：1)该方法中投影光栅质量的好坏直接影响检测的精确与否，要求光栅分辨率高、投影光线均匀性好等，这些造成成本增大，同时投影的精度得不到保障；2)由于投影光栅的投影条纹的限制，该方法无法得到很细的条纹，所以对于一些小的物体，该方法无法进行测量；3)计算中有很多数据需要手工测量，测量的准确与否也会影响到最终结果。

2、线激光器移动扫描法

该方法是把物体放在一个有精确控制运动装置的移动平台上，用一个或多个线激光器竖直照射物体表面，在平台移动方向上某个位置放置一个CCD激光器，从CCD位置来看，由于物体表面形状的变化，激光条纹发生了畸变，这是由于向物体投射的激光条纹信号受被测物体表面形状调制所致。因此，从观察点处所获得的激光条纹图像包含了物体表面某个截面处的形状变化的信息，只要建立反映畸变激光条纹和被测物体表面形状之间对应关系的数学模型，便可以从畸变激光条纹图像中推断出被测物体表面形状。该方法的缺点有：1)线激光器移动扫描测量方法需要经过一段时间的移动时间，所以测量的实时性要差，没有实现实时工作；2)线激光器移动扫描测量方法需要专门的移动平台，移动平台要精确控制，并增加了成本。

发明内容

本发明的发明目的是：为了解决现有技术中存在的以上问题，本发明提出了一种简单、高效、应用范围更广的基于双波面干涉条纹阵列的大面积光学轮廓测量标定方法。

本发明的技术方案是：一种基于双波面干涉条纹阵列的大面积光学轮廓测量标定方法，包括以下步骤：

A、获取经待测量物体光学轮廓所调制的双波面干涉条纹阵列图像，根据标定板图像坐标系和世界坐标系的映射关系构建定标模型；

B、将一条干涉条纹对应待测量物体的一个截面，根据步骤A中的定标模型对多个截面上采用定标板定标，确定定标参数；

C、根据步骤B中得到的多个截面上的定标参数与垂直于条纹方向上移动距离的关系绘制变化曲线，并构建拟合函数进行拟合处理；

D、依次将垂直于条纹方向上移动距离代入步骤C中构建的拟合函数，得到每条干涉条纹的定标参数；