[发明专利]一种基于宽光谱光源的3D测量方法

权利要求书

1.一种基于宽光谱光源的3D测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1建立模型：在色散区中布置好三角激光测量模型，该模型包括宽光谱光源、色散镜头、位移运动机构、被测物面、高分辨率成像镜头和成像探测器及数据处理系统，宽光谱光源发出发散光束，色散镜头将发散光束不同颜色的色光聚焦到被测物面的不同高度以形成聚焦光束，被测物面将聚焦光束呈一角度反射到高分辨率成像镜头，位移运动机构用于被测物放置以带动被测物移动，移动方向垂直于聚焦光束的光轴方向，位移运动机构连接至数据处理系统；高分辨率成像镜头将反射光束聚焦到成像探测器上成像；成像探测器及数据处理系统用于将光信号转换为电信号并产生3D测量所需的数据；

S2使用标定物：先将标定物代替被测物置入三角激光测量模型中并设置三维坐标系，然后借助高精度测量仪器测得标定物的物面坐标（x，z），其中x坐标表示聚焦光束方向的坐标，z坐标表示竖向坐标，再然后，获取在成像探测器的像面坐标（u，v），其中，u为对应x坐标的元，v为对应z的元；

在色散区内通过移动标定物可以建立物面坐标与像面坐标的映射关系，生成二元一次函数关系式进行计算：

x₀=au+bv+δ₁（1）

z₀=cu+dv+δ₂（2）

其中，a、b、c、d、δ₁、δ₂都为系数，

通过多次移动标定物获得多组标定物的物面坐标和对应的像面坐标，从而将该多组物面坐标和像面坐标代入公式（1）和（2）中，求得a、b、c、d、δ₁、δ₂的值，最终得到系数确定的二元一次函数关系式；

S3测量被测物的3D尺寸数据：将被测物置入三角激光测量模型中，通过u、v值和二元一次函数关系式计算出被测物面各点的x、z坐标， n个点组成线，n条线组成面，得到被测物面的轮廓，与此同时，位移运动机构带动被测物相对聚焦光束光轴垂直方向移动，即移动方向设为y方向，位移运动机构在y方向分割设置多段运动单位，这样，记录被测物的物面轮廓从出现在像面坐标内开始至消失在像面坐标内为止的运动单位，最后将已记录的每段运动单位相加得到被测物的y坐标，以及，将每段运动单位内的物面轮廓（x，z）拼合，即得到被测物整个物面轮廓，从而得到整个被测物的3D尺寸，包括被测物上任意点的x、y、z坐标，进而获得被测物面上的瑕疵深度或高度。

2.如权利要求1所述的一种基于宽光谱光源的3D测量方法，其特征在于：步骤S3替换为：将被测物置入三角激光测量模型中，通过u、v值和二元一次函数关系式计算出被测物面各点的x、z坐标， n个点组成线，n条线组成面，得到被测物面的轮廓，与此同时，位移运动机构带动被测物相对聚焦光束光轴垂直方向移动，即移动方向设为y方向，在位移运动机构中设置步进电机，先设定好步进电机的步距，然后记录被测物的物面轮廓从出现在像面坐标内开始至消失在像面坐标内为止的脉冲量，最后将脉冲量转化为位移距离得到被测物的y坐标，以及，同样地，将位移距离内的物面轮廓（x，z）拼合，即得到被测物整个物面轮廓，从而得到整个被测物的3D尺寸，包括被测物上任意点的x、y、z坐标，进而获得被测物面上的瑕疵深度或高度。

3.如权利要求1所述的一种基于宽光谱光源的3D测量方法，其特征在于：所述宽光谱光源为点光谱，所述成像探测器为线阵探测器。

4.如权利要求1所述的一种基于宽光谱光源的3D测量方法，其特征在于：所述宽光谱光源为多点光谱，所述成像探测器为多线阵探测器。

5.如权利要求1所述的一种基于宽光谱光源的3D测量方法，其特征在于：所述宽光谱光源为线光源，所述成像探测器为面阵探测器。

6.如权利要求1所述的一种基于宽光谱光源的3D测量方法，其特征在于：所述色散镜头将宽光谱光源发出的光进行色散处理，所述高分辨率成像镜头为不含色散的普通成像镜头。

7.如权利要求1所述的一种基于宽光谱光源的3D测量方法，其特征在于：所述被测物面位于色散镜头和高分辨率成像镜头之间。

8.如权利要求1所述的一种基于宽光谱光源的3D测量方法，其特征在于：所述成像探测器及数据处理系统位于高分辨率成像镜头的焦面。