[发明专利]深孔狭小内腔三维测量系统及方法

说明书

本发明属于机器视觉测量领域，提供了一种深孔狭小内腔三维测量系统及方法，包括高分辨率相机与细长镜头、反射镜组、激光器和进给机构。本发明的深孔狭小内腔三维测量系统，结构简单紧凑，更容易深入狭小内腔内测量，系统中的反射镜组改变成像光路，为激光器的安装提供了不遮挡高分辨率相机成像的空间，激光器投射在内腔上的圆环形结构光就可以在单目立体视觉系统近距离范围内成像，且避免了透明玻璃罩带来的测量误差，提高了测量精度。此外，本发明采用了推进式结合结构光可完成360°内腔三维形貌的测量，无需附加的旋转运动，避免了旋转机构带来的系统误差，提高测量精度的同时降低了装置复杂度。

技术领域

本发明属于机器视觉测量领域，涉及一种采用视觉手段直接推进式测量深孔狭小内腔三维形貌的系统。

背景技术

深孔类小孔径零件在工业中应用广泛，测量其内腔状态在工程应用中尤为重要。该类零件存在大孔深、小孔径特点，检测难度大。常用的深孔内腔测量方法有接触式与非接触式两种手段，探头式测量是接触式测量的常用方法，因测量探头尺寸可以做到很小而容易进入狭小内腔，但其测量速度慢、采样点少，且易划伤零件表面；相比之下，作为非接触式测量手段的视觉测量方法测量效率高、采样点云密度高，能重建出内腔的三维稠密形貌，具有明显的测量优势。但深孔狭小腔体大孔深、小孔径的特点致使视觉测量手段很难介入，因此，实现深孔狭小内腔的高精度、高效率视觉测量难度很大，研究具有重要意义。

2017年，Artemis vision公司开发了3D管螺纹检测系统，该系统提出了一套在细长杆一端安装平面反射镜，在另一端并排安装激光器和相机的测量装置，测量时，相机采集激光器经平面反射镜反射在内孔表面的条形激光，然后细长杆带动平面反射镜沿内孔轴线旋转进给，最后利用算法分析条纹图案重建出三维内孔形貌。此外，2017年，浙江工业大学的汤一平在Chinese Journal of Scientific Instrument期刊上发表了题为“适用于管道内形貌检测的3D全景视觉传感器”的论文，该论文提出了相机与激光器同轴装配并一同进入内腔的测量方案，该测量方案需从相机后方引出透明玻璃罩来支撑相机前方的激光器，然后利用单目结构光的原理测量内腔三维形貌。现有发明存在以下不足之处：①相机和激光器并排安装尺寸大，不易进入内腔，所以测量内腔的深度有限；②细长杆的旋转误差会引入到测量系统中；③相机和激光器同轴装配进入内腔，安装在相机前端的激光器容易遮挡相机成像，当激光器与相机保持相对较远安装距离时，成像物距较大，导致激光条纹成像精度不高；④采用透明玻璃罩固定激光器，会使相机成像光路发生两次折射，这将进一步降低系统的测量精度。综上，现有深孔狭小内腔的三维测量手段具有较大局限性。

发明内容

本发明要解决的技术难题是克服现有技术的缺陷，发明了一种深孔狭小内腔三维测量系统。

本发明的技术方案：

一种深孔狭小内腔三维测量系统，包括高分辨率相机1、细长镜头2、反射镜组3、激光器4、深孔狭小内腔6和进给机构7；

反射镜组3包括镜组外壳8、反射外镜9、反射内镜10、激光器圆孔11、内镜安装台12、镜组内平面13与镜组安装孔14；

反射镜组3的外壳为梯形体结构，下底边所在的平面为开口；镜组外壳8为腰所在的平面，镜组内平面13为上底边所在的平面；内镜安装台12固定于反射镜组3外壳内；内镜安装台12为直五棱柱结构，在其一侧面上开有激光器圆孔11；两块反射内镜10对称贴装在内镜安装台12中与激光器圆孔11所在侧面不相连的两侧面上，两块反射内镜10的一条长边与该两侧面所交的侧棱重合；两块反射外镜9对称贴装在镜组外壳8的内壁面上，反射外镜9的长边与镜组内平面13与镜组外壳8交线重合；激光器圆孔11、镜组安装孔14和两块反射内镜10交线的中点同轴；