[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

说明书

本发明属于光学三维测量技术领域，尤其是涉及一种物体表面三维形貌及形变的测量装置和测量方法。该测量装置主要由框架、XY两轴运动机构、激光测距传感器、限位开关、相机和微处理器组成；XY两轴运动机构上安装有移动滑块，XY两轴运动机构用于驱动移动滑块在平面上移动，激光测距传感器安装在移动滑块上；框架顶端安装有第一限位开关，移动滑块上安装有第二限位开关；相机安装于框架顶端，且位于XY两轴运动机构的上方，相机用于拍摄待测物体的数字图像关联法图像；微处理器上安装有SD卡。本发明可测定物体表面的三维形貌和形变，该方法具有成本低、精度高、测量范围大、测点分布均匀等优点，可用于一般物体表面的形貌及形变测量。

技术领域

本发明属于光学三维测量技术领域，尤其是涉及一种物体表面三维形貌及形变的测量装置和测量方法。

背景技术

三角法激光测距传感器是一种非接触光学主动三维测量传感器，广泛应用于激光测距、三维形貌测量、逆向工程等诸多领域。三角法激光测距传感器每次只能对一个点进行测量，因此需要采取一些措施实现对整个物体的形貌测量。常使用光束扫描或者物体移动法解决这一问题，常见的光束扫描方法包括：振镜扫描法、AOD声光器件扫描法、多面转镜扫描法等。这些方法测量范围较小，测量获得的点云数据在XY平面非阵列分布，不利于曲面的拟合，都无法测量物体表面的三维形变量。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种物体表面三维形貌及形变的测量装置和测量方法，可以获得阵列分布的测量数据，测量范围大，结合相机可进行物体表面三维形变矢量的测量。

本发明通过以下技术方案实现：

一种物体表面三维形貌及形变的测量装置，包括框架，所述框架的顶端安装有XY两轴运动机构，XY两轴运动机构上安装有移动滑块，XY两轴运动机构用于驱动移动滑块在平面上移动；移动滑块上安装有激光测距传感器；

框架的顶端安装有第一限位开关，移动滑块上安装有第二限位开关，第一限位开关用于在X轴上定位控制移动滑块，第二限位开关用于在Y轴上定位控制移动滑块；

框架的顶端安装有相机，相机位于XY两轴运动机构的上方，相机用于拍摄待测物体的数字图像关联法图像；

框架上安装有微处理器，微处理器通过数据线分别与XY两轴运动机构、激光测距传感器、第一限位开关、第二限位开关和相机连接，微处理器上安装有SD卡；微处理器可控制XY两轴运动机构动作，其可接收第一限位开关和第二限位开关的坐标原点复位信息，其可控制激光测距传感器进行测量并接收测量数据，其可控制相机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。

进一步的，所述XY两轴运动机构为CoreXY运动机构。

进一步的，所述移动滑块上安装有夹紧机构，激光测距传感器通过夹紧机构可拆卸式安装在移动滑块上。

进一步的，所述框架的顶端固定安装有U型支架，相机安装于U型支架的中部。

本发明还公开了一种物体表面三维形貌及形变的测量方法，使用前述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内部，待测物体位于相机的正下方；

S2、将移动滑块移动至原点位置：通过微处理器控制XY两轴运动机构动作，XY两轴运动机构驱动移动滑块在平面上XY方向移动，并根据微处理器接收的第一限位开关和第二限位开关的信号，判断移动滑块是否回归至原点位置；

S3、确定移动滑块运动范围：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；