[实用新型]透明材质三维轮廓重构的深紫外结构光精密检测装置

说明书

本实用新型公开了一种透明材质三维轮廓重构的深紫外结构光精密检测装置。本实用新型包括深紫外条纹投影系统和深紫外成像系统，其中深紫外条纹投影系统包括宽谱深紫外LED光源、窄带紫外波段滤波片、准直扩束系统、一维深紫外横向剪切光栅及扩束镜组，且宽谱深紫外LED光源和窄带紫外波段滤波片构成紫外光源单元；深紫外成像系统由成像透镜和深紫外CCD组成。本实用新型对透明材质的曲面玻璃表面三维轮廓实现高精度形变检测，克服了传统可见结构光光源穿透透明材质混淆上下表面形貌形变的弊端，避免数字曝光正弦光栅产生的锯齿状条纹带来的误差，实现了对大尺寸曲面玻璃三维轮廓的精确重构。

技术领域

本实用新型属于机器视觉结构光精密检测技术领域，具体涉及一种透明材质三维轮廓重构的深紫外结构光精密检测装置。

背景技术

透明材质的使用在国防、工业化及日常生活中品类繁多：小到各种镜头中的透明光学元件，大到如飞机、汽车舱体的防护玻璃及各种显示屏等等。诸如以上提到的以各种透明材料的自由曲面元件已经被广泛应用在日常科研、生活中，随着科技及工业化的发展，对诸如飞机、汽车舱体的防护玻璃的表面形变的检测要求也日益提高。但是这些玻璃轮廓基本上均为自由曲面且面积较大，无法用光学干涉检测球面的方法获取形变量。目前国内外对类似的复杂轮廓的检测，多用结构光投影，可以用投影仪产生亮暗相间的条纹状结构光，并结合单目或双目视觉的方法来实现，但是这些方法一般均用于各类非透明的漫反射材料，可以采用散射成像获取形变信息。对于透明材料的表面形变结构光检测，在面形信息获取上有两个关键难点：一是大面积透明材料比较光滑只能反射成像，而上下表面的反射成像会将上下表面的形变均混淆在一起，无法得到上表面的单一信息，同时透明材料的反射率很低，所以CCD获取的是上下表面混合的微弱信息，条纹对比度很差；二是产生亮暗相间的条纹状结构光的形式有投影仪或光栅，而投影仪产生的基本是可见光结构光，上下表面的反射成像会将上下表面的形变均混淆在一起，因而同样无法区分上下表面信息。再者光栅光刻技术是利用数字技术实现，因此结构光照射在被测物体上会呈现网格的锯齿状结构，无法实现高精度检测，如图2(a)所示。这些是透明材质形变检测的瓶颈，所以国内外目前对于透明材质物体的高精度光学三维轮廓检测的研究仍然处于空白，这就大大局限了透明材料在科研和工业化领域中应用的局限性。为此本实用新型提出了一种透明材质三维轮廓重构的深紫外结构光精密检测方法。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的空白，提出了一种透明材质三维轮廓重构的深紫外结构光精密检测装置。首次提出了利用深紫外波段结构光检测系统对透明材质曲面玻璃表面三维轮廓实现高精度形变检测。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案具体如下：

本实用新型包括深紫外条纹投影系统和深紫外成像系统，其中深紫外条纹投影系统包括宽谱深紫外LED光源(S0)、窄带紫外波段滤波片(S1)、准直扩束系统(S2)、一维深紫外横向剪切光栅(S3)及扩束镜组(S5)，且宽谱深紫外LED 光源(S0)和窄带紫外波段滤波片(S1)构成紫外光源单元；深紫外成像系统由成像透镜(S7)和深紫外CCD(S8)组成；

深紫外LED光源(S0)发出的宽带光射入窄带紫外波段滤波片(S1)中得到窄带深紫外光，窄带深紫外光通过准直扩束系统(S2)后以平行光入射到一维深紫外横向剪切光栅(S3)上，衍射形成两个波前完全相同但有一定倾角的复制波前，在两复制波前重叠区域形成干涉条纹作为条纹结构光，条纹结构光再通过扩束镜组(S5)形成具有稳定周期的深紫外波段结构光；深紫外波段结构光投射到放有透明材质被测物(S9)的参考平台(S6)上，并利用深紫外成像系统接收经过物体高度调制后的变形条纹图像。

所述的一维深紫外横向剪切光栅(S3)上设置有光栅相移装置(S4)，从而实现对深紫外波段结构光的旋转和移相操作。

由于衍射形成的衍射场只有+1和-1衍射级次的衍射光，因此两复制波前重叠区域形成干涉条纹作为条纹结构光。