[发明专利]一种基于偏振光的关节臂测头光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及关节臂非接触式测头领域，具体涉及一种基于偏振光的关节臂测头光学系统。

背景技术

随着计算机技术的更新换代以及数字化成像设备和光电组件的发展，近些年在实际应用中出现了基于结构光(Structured Light)技术的三维测量方法。结构光测量系统由一台摄像机和一个结构光源构成，依据结构光的投射模式不同，将结构光测量分类为：点结构光测量、单线结构光测量(简称线结构光)、多线结构光测量和网格结构光测量。

目前，在国外结构光视觉测量已经是一项比较成熟的技术了，有很多优秀的三维测量公司都推出了激光扫描测头。利用点结构光测量技术的点激光三维扫描测头产品中比较优秀的有：德国的Werth公司近年推出的点激光扫描测头Laser Probe WLP，精度可以达到2.5μm；日本的基恩士(Keyence)公司的IL-030点扫描测头，在工作范围为20～45mm时，测量精度可以达到1μm；NEXTEC公司推出的WIZ probe，该测头通过独特的实时自适应控制，可以测量很广范围材料类型的测量对象，它的测量范围是5mm，工作距离为50mm，单点精度在1sigma的标准下可达6μm。

利用线结构光测量技术的线激光三维扫描测头产品中比较优秀的有：日本尼康(Nikon)公司推出的LC15Dx线激光扫描测头该产品独有的ESP3技术可实时智能针对每个测量点调整激光光强，它可以更高效地测量更多材质的物体(包括混合材料的物体)和各种形状的连接体(包括小尺寸和易碎部件)，且无需表面喷粉、手动调节等人工干预，它还具有先进的滤光软件过滤若干非测量所需的反射光，再采用高级日光滤光片吸收环境杂散光，在有效光条为15mm时可以达到的精度为2.5μm；德国温泽(Wenzel)公司推出Phoneix激光扫描测头，通过数字式光投影以及绿光、蓝光或红光的单独投影可得得出被测物真实的颜色，并进行三维重现，它的有效光条为40mm，测量精度低于20μm；瑞典的海克斯康(Hexagon)公司推出的CMS108线激光扫描测头，利用其首创的智能全自动曝光技术克服了业界激光扫描头对不同材质自适应的难点，且该测头的激光条纹可变线宽、可变点距，在有效光条为40mm时，测量精度在2sigma的标准下可达到20μm；美国的法如(Faro)公司最新推出的Edge ScanArm HD线激光扫描测头，该测头采用了抗干扰性更好的蓝光激光器，提高了光条的成像质量，在有效光条为100mm时，该测头的精度可以达到25μm。

以上大多数公司的测头产品都有实时自适应调整的功能，以克服不同环境光和不同材质被测物的光条成像质量不佳的问题。不管是点激光扫描测头还是线激光扫描测头，都具有测量精度高、测量速度快、体积小(大多数的最大边长在150mm以内)和鲁棒性高等优点，但是国外测头价格较昂贵，根据测量范围和测量精度的不同在几十万到一百万人民币不等，让很多国内企业望而却步。

国内在开展结构光视觉测量技术的研究比国外晚了20多年。直到1995年，单激光点式三角法测头才在国内首次被天津大学的张吉华等研究制造出来，该测头是由位置敏感压件和激光器构成，在测量范围为10mm时，测头的测量分辨率为2μm，适用于实时检测工件、模型表面的形状或位移量。此后的二十年间，国内的光学非接触式测量技术被逐渐应用开来。

目前，个别专业公司已经开展了对结构光三维测量设备和软件的研究开发，并已有了自己的产品，如北京荣创兴业科技发展有限公司的VLH系列三维激光扫描头，在测量范围为50mm×50mm时，测量精度为20μm，且其尺寸较大，最大边长达到了200mm。可见，在测量精度、测头尺寸和测头应用范围方面与国外相比仍具有一定差距，总体来说我国对结构光测量技术方面的研究和应用起步较晚，缺少有自主知识产权的产品，基于结构光的激光扫描测头至今还未形成成熟的产业化经济实体。激光扫描三维测量设备90％以上依靠进口，但国外进口的这类产品价格十分昂贵，使许多国内企业无法承受。

发明内容

本发明一种基于偏振光的关节臂侧头光学系统，采用偏振光学系统，避免了关节臂测头对测量环境中自然光对测量结果的影响。

本发明的技术方案是：一种基于偏振光的关节臂测头光学系统，所述光学系统包括：

激光器，用于至少发出一种波长的激光束，产生线偏振光或光斑；

偏振态发生器，置于所述1/4波晶片前方；

线激光发生器，置于所述偏振态发生器前方；

成像透镜，置于所述线激光条或光斑的水平对立面；