[发明专利]一种物体表面三维形貌及形变的测量装置和测量方法

权利要求书

1.一种物体表面三维形貌及形变的测量装置，包括框架(1)，其特征在于：所述框架(1)的顶端安装有XY两轴运动机构(2)，XY两轴运动机构(2)上安装有移动滑块(5)，XY两轴运动机构(2)用于驱动移动滑块(5)在平面上移动；移动滑块(5)上安装有激光测距传感器(8)；

框架(1)的顶端安装有第一限位开关(6)，移动滑块(5)上安装有第二限位开关(10)，第一限位开关(6)用于在X轴上定位控制移动滑块(5)，第二限位开关(10)用于在Y轴上定位控制移动滑块(5)；

框架(1)的顶端安装有相机(3)，相机(3)位于XY两轴运动机构(2)的上方，相机(3)用于拍摄待测物体的数字图像关联法图像；

框架(1)上安装有微处理器(9)，微处理器(9)通过数据线分别与XY两轴运动机构(2)、激光测距传感器(8)、第一限位开关(6)、第二限位开关(10)和相机(3)连接，微处理器(9)上安装有SD卡；微处理器(9)可控制XY两轴运动机构(2)动作，其可接收第一限位开关(6)和第二限位开关(10)的坐标原点复位信息，其可控制激光测距传感器(8)进行测量并接收测量数据，其可控制相机(3)进行拍照并接收拍照数据，其可将测量数据和拍照数据存入SD卡中。

2.根据权利要求1所述的一种物体表面三维形貌及形变的测量装置，其特征在于：所述XY两轴运动机构(2)为CoreXY运动机构。

3.根据权利要求1所述的一种物体表面三维形貌及形变的测量装置，其特征在于：所述移动滑块(5)上安装有夹紧机构(4)，激光测距传感器(8)通过夹紧机构(4)可拆卸式安装在移动滑块(5)上。

4.根据权利要求1所述的一种物体表面三维形貌及形变的测量装置，其特征在于：所述框架(1)的顶端固定安装有U型支架(7)，相机(3)安装于U型支架(7)的中部。

5.一种物体表面三维形貌及形变的测量方法，其特征在于：使用权力要求1至4任意一项所述的测量装置进行物体表面三维形貌及形变的测量，操作步骤包括：

S1、处理待测物体并安装就位：在待测物体表面喷涂白底油漆和黑色散斑；将待测物体安放在框架(1)内部，待测物体位于相机(3)的正下方；

S2、将移动滑块(5)移动至原点位置：通过微处理器(9)控制XY两轴运动机构(2)动作，XY两轴运动机构(2)驱动移动滑块(5)在平面上XY方向移动，并根据微处理器(9)接收的第一限位开关(6)和第二限位开关(10)的信号，判断移动滑块(5)是否回归至原点位置；

S3、确定移动滑块(5)运动范围：根据待测物体的大小和相对原点的位置，确定移动滑块(5)的运动范围；

S4、确定要进行测距的激光点坐标：依据拟获取点云的稀疏程度，采用阵列方式确定需进行激光测距的X、Y坐标位置P_x，y；

S5、依次对每个坐标位置P_x，y的测距点进行激光测距：微处理器(9)控制移动滑块(5)移动到坐标位置P_x，y，微处理器(9)发送测距指令控制控制激光测距传感器(8)进行测距，微处理器(9)接收到返回的测量数据后，控制移动滑块(5)继续移动，同时将测量数据实时存入SD卡中，移动滑块(5)移动至下一个测距点的坐标位置P_x，y后进行下一次测距，直至对每个坐标位置P_x，y完成测距；选择相机(3)视场范围外的至少一个测距点坐标位置P_x，y处进行拍照，该测距点完成激光测距后，微处理器(9)发送拍照指令控制相机(3)拍照，随后微处理器(9)接收拍照数据并将此次拍照数据实时存入SD卡中，拍照数据存入完毕后再进行下一次激光测距；全部测量完毕后利用微处理器(9)的WIFI网络，通过FTP协议，将SD中的数据传入电脑；

S6、处理激光测距数据：获取SD卡中各个激光测距点P_x，y的距离数据，结合每个测距点P_x，y的X、Y坐标，得到物体表面的三维点云数据P；再根据测量的距离数据，过滤掉待测物体范围外的点，得到过滤后的物体表面三维点云数据P′；再利用Delaunay三角剖分算法将点云数据P′转换为物体的表面形貌；通过对比不同时序下测得的点云数据，获取物体表面Z方向的形变矢量

S7、处理照片数据：通过DIC图片处理软件，对比不同时序下的照片，提取黑色散斑的X、Y方向的变形量，并通过插值的方式，获取激光测距点P_x，y的X、Y方向上的形变矢量

S8、获取最终的形变矢量：将X、Y和Z方向的形变量融合，得到各时序测距点P_x，y的三维形变矢量。