專利名稱：變頻投影柵線三維形貌測(cè)量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旨在對(duì)結(jié)構(gòu)三維形貌測(cè)量或缺陷檢測(cè)的非接觸式光學(xué)測(cè) 量儀，尤其涉及一種變頻投影柵線三維形貌測(cè)量儀。
背景技術(shù)：
早期常用影像云紋法測(cè)量物體的三維形貌，如圖1所示的雙頻投影柵三維
形貌測(cè)量儀，其包括一第一光柵ll、 一第二光柵12、 一CCD 2、 一大功率投影 燈3 、 一成像物鏡4、 一精密平動(dòng)臺(tái)6、以及一計(jì)算機(jī)7。該測(cè)量儀是在被測(cè) 物體與圖像采集系統(tǒng)之間(靠近被測(cè)物體5)放置一塊固定柵節(jié)距的物理光柵 11，在投影燈的照射下，投影在被測(cè)物的柵線由于被測(cè)物體表面形狀的高低起 伏而彎曲變形。通過圖像采集及計(jì)算可以直觀的判別被測(cè)物的外形，如檢査對(duì) 稱性、缺陷檢測(cè)等，得到實(shí)際的三維尺寸。這對(duì)于進(jìn)行模型設(shè)計(jì)、現(xiàn)場測(cè)試的 工程技術(shù)人員來說很重要。但是，該儀器存在以下的缺點(diǎn)
1 、要求兩塊柵板的密度(頻率)不同就可以測(cè)量，但是一般柵線密度是 固定的，所以測(cè)量物體的表面梯度、大小等都受到限制；尤其，若被測(cè)物體積 較大，相應(yīng)柵線的面積也要大，顯然限制了該方法的擴(kuò)展。
2、對(duì)圖l的裝置若產(chǎn)生相移，必須要對(duì)被測(cè)物精密平移，從而獲得相移 電子散斑干涉條紋圖，再解出數(shù)字化的位移，這樣的相移會(huì)產(chǎn)生誤差，使測(cè)量 精度受影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決三維形貌數(shù)字化測(cè)量的通用性和測(cè)量精度低的問題， 而提供的一種變頻投影柵線三維形貌測(cè)量儀。該變頻投影柵線三維形貌測(cè)量儀 和方法對(duì)不同大小的被測(cè)試件、不同的光源照射方向都普遍適用，而且相移的 產(chǎn)生不是通過通常的機(jī)械調(diào)節(jié)或利用壓電陶瓷壓電效應(yīng)的方式產(chǎn)生，而是通過計(jì)算機(jī)精密的自動(dòng)生成。對(duì)于儀器的便利性、通用性、緊湊性等特點(diǎn)得到巨大 提升。
本發(fā)明的技術(shù)方案是變頻投影柵線三維形貌測(cè)量儀，其特點(diǎn)是，包括 投影柵發(fā)生裝置和圖像采集裝置；所述的投影柵發(fā)生裝置包括計(jì)算機(jī)和與計(jì)算 機(jī)連接的數(shù)碼投影儀；所述的圖像采集裝置由順序排列的數(shù)碼相機(jī)或CCD數(shù)碼 攝像頭、參考光柵、成像物鏡組成一體，所述的數(shù)碼相機(jī)或CCD數(shù)碼攝像頭與 計(jì)算機(jī)連接；計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)產(chǎn)生變頻的投影物理光柵到數(shù)碼投影儀，將柵線投射 到被測(cè)物表面進(jìn)行測(cè)量，并從數(shù)碼相機(jī)或CCD數(shù)碼攝像頭采集圖像、產(chǎn)生相移、 計(jì)算結(jié)果得到等高線值。
上述變頻投影柵線三維形貌測(cè)量儀，其中，所述的圖像采集裝置的數(shù)碼相 機(jī)或CCD數(shù)碼攝像頭、參考光柵、成像物鏡的軸心在同一條軸線上。
上述變頻投影柵線三維形貌測(cè)量儀，其中，還包括一第一支架，所述的投 影柵發(fā)生裝置設(shè)置在所述第一支架上。
上述變頻投影柵線三維形貌測(cè)量儀，其中，還包括一第二支架，所述的圖 像采集裝置設(shè)置在所述第二支架上。
上述變頻投影柵線三維形貌測(cè)量儀，其中，所述的成像系統(tǒng)中設(shè)置的光柵 的面積大于等于CCD耙面。
本發(fā)明由于采取了以上的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其產(chǎn)生的技術(shù)效果 是明顯的
① 利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生均勻的柵線(一般的物理光柵均有刻畫損傷)再外接 投影儀，將柵線投射到被測(cè)物表面，取代了物理投影柵，不但光柵的質(zhì)量(密 度均勻性、條紋直線性等)能保證，還能通過軟件自動(dòng)生成不同密度(頻率) 的柵線，使得測(cè)量靈敏度能在一臺(tái)測(cè)量儀器上實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)，這就是變頻技 術(shù)；
② 通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)相移投影柵線取代了傳統(tǒng)的PZT實(shí)現(xiàn)時(shí)間相移的自動(dòng) 化控制，從而使得條紋數(shù)字化輸出的結(jié)果更加精確；
③ 數(shù)碼攝像機(jī)或CCD攝像頭與成像物鏡之間放置物理光柵(參考柵)， 其位置需要調(diào)節(jié)至光柵能在CCD靶面上成一大小合適并且清晰的像，見圖2， 該像與被測(cè)物表面的物理柵在CCD靶面上重合，直接將得到的圖像輸入到計(jì)算機(jī)中，通過軟件計(jì)算得到三維形貌的等高線值。
總之，該系統(tǒng)可以用于不同構(gòu)件的現(xiàn)場形貌檢査和測(cè)量，而且可以得到數(shù) 字化的結(jié)果。


本發(fā)明的特征、性能和優(yōu)點(diǎn)由以下的實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步說明。 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中雙頻投影柵線三維位移測(cè)量儀的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明變頻投影柵線三維位移測(cè)量儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖2，這是本發(fā)明變頻投影柵線三維位移測(cè)量儀的結(jié)構(gòu)示意圖。本 發(fā)明變頻投影柵線三維形貌測(cè)量儀，包括設(shè)置在第一支架上的投影柵發(fā)生裝置 和設(shè)置在第二支架上的圖像采集裝置；所述的投影柵發(fā)生裝置包括計(jì)算機(jī)21 和與計(jì)算機(jī)連接的數(shù)碼投影儀22;所述的圖像采集裝置由順序排列的數(shù)碼相機(jī)
或CCD數(shù)碼攝像頭31、參考光柵32、成像物鏡33組成一體，所述的數(shù)碼相機(jī) 或CCD數(shù)碼攝像頭與計(jì)算機(jī)連接；計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)產(chǎn)生變頻的投影物理光柵到數(shù)碼 投影儀，將柵線投射到被測(cè)物表面進(jìn)行測(cè)量，并從數(shù)碼相機(jī)或CCD數(shù)碼攝像頭 采集圖像、產(chǎn)生相移、計(jì)算結(jié)果得到等高線值。所述的圖像采集裝置的數(shù)碼相 機(jī)或CCD數(shù)碼攝像頭、參考光柵、成像物鏡的軸心在同一條軸線上。
本發(fā)明變頻投影柵線三維形貌測(cè)量儀中，所述的成像系統(tǒng)中設(shè)置的光柵的 面積大于等于CCD耙面。 一般柵線面積只要和CCD耙面一樣大即可，只要投影 燈的能量足夠，投影擴(kuò)束能力就能決定測(cè)量的面積。
使用時(shí)，將被測(cè)物體固定，調(diào)節(jié)投影儀固定在三角架上，調(diào)節(jié)其中心高度， 保證投影柵線均勻的投射到被測(cè)物體的表面；成像物鏡、參考光柵、CCD順序 固化成一套系統(tǒng)，并整體固定在另一三角架上，也要調(diào)節(jié)中心高及成像清晰， 并采集圖像，通過計(jì)算機(jī)產(chǎn)生相移，并最終計(jì)算得到數(shù)字化的結(jié)果。
計(jì)算機(jī)產(chǎn)生黑白相間的光柵條紋由接駁其上的數(shù)碼投影儀投射出，照射在 被測(cè)物體上；只要對(duì)該條紋在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行頻率變化和相位變化就分別是變頻 和相移，故該系統(tǒng)完全是自動(dòng)化、數(shù)字化的變頻投影系統(tǒng)。本發(fā)明變頻投影柵線三維形貌測(cè)量儀的測(cè)量方法包括以下步驟
a、 準(zhǔn)備將被測(cè)物放置在與圖像采集裝置同軸線、且在投影柵發(fā)生裝置 的數(shù)碼投影儀的光圈內(nèi)的地方；
b、 開始測(cè)量
bl、將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的均勻的柵線輸入到投影儀，產(chǎn)生自動(dòng)相移投影柵線， 通過投影儀將該柵線投射到被測(cè)物表面；
b2、將數(shù)碼攝像機(jī)或CCD攝像頭與成像物鏡之間放置的物理光柵按需要調(diào) 節(jié)至光柵能在CCD靶面上成像清晰的位置，該成像與被測(cè)物表面的物理柵在CCD 靶面上重合；
b3、直接將得到的圖像輸入到計(jì)算機(jī)中，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果得到三維形 貌的等高線值。所述的通過CCD采集圖像、計(jì)算機(jī)相移光柵的同時(shí)得到三幅圖 像，通過圖像處理，得到三維物體的形貌等高線值。
本發(fā)明利用數(shù)碼投影儀取代了大功率投影燈，這樣可以將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的光 柵通過投影儀直接投射在被測(cè)物體上，對(duì)于不同大小的測(cè)量物體可以選用不同 功率的投影儀。利用了計(jì)算機(jī)產(chǎn)生均勻的光柵取代了其中一塊物理光柵，使得 投影柵的頻率、大小均可以任意調(diào)節(jié)，從而適用范圍更廣；采用數(shù)碼攝像機(jī)或 CCD攝像頭直接將得到的圖像輸入到計(jì)算機(jī)中，從而可以用圖像軟件進(jìn)行數(shù)字 圖像處理和分析；不但投影光柵可自動(dòng)產(chǎn)生，而且相移也可以由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完 成，不需要配備復(fù)雜的精密平移機(jī)構(gòu)，理論上講這樣的相移沒有誤差，所以該 方法得到的結(jié)果精度遠(yuǎn)高于一般的投影柵線法；通過布置在測(cè)量儀本體上的 CCD采集圖像，計(jì)算機(jī)相移光柵的同時(shí)得到三幅圖像，通過圖像處理，得到三 維物體的形貌等高線值。具有很高的靈敏度和精確度。實(shí)現(xiàn)了測(cè)量的自動(dòng)化和 全場數(shù)字化。
權(quán)利要求1、變頻投影柵線三維形貌測(cè)量儀，其特征在于，包括投影柵發(fā)生裝置和圖像采集裝置；所述的投影柵發(fā)生裝置包括計(jì)算機(jī)和與計(jì)算機(jī)連接的數(shù)碼投影儀；所述的圖像采集裝置由順序排列的數(shù)碼相機(jī)或CCD數(shù)碼攝像頭、參考光柵、成像物鏡組成一體，所述的數(shù)碼相機(jī)或CCD數(shù)碼攝像頭與計(jì)算機(jī)連接；計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)產(chǎn)生變頻的投影物理光柵到數(shù)碼投影儀，將柵線投射到被測(cè)物表面進(jìn)行測(cè)量，并從數(shù)碼相機(jī)或CCD數(shù)碼攝像頭采集圖像、產(chǎn)生相移、計(jì)算結(jié)果得到等高線值。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的變頻投影柵線三維形貌測(cè)量儀，其特征在于， 所述的圖像采集裝置的數(shù)碼相機(jī)或CCD數(shù)碼攝像頭、參考光柵、成像物鏡的軸 心在同一條軸線上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的變頻投影柵線三維形貌測(cè)量儀，其特征在于， 還包括一第一支架，所述的投影柵發(fā)生裝置設(shè)置在所述第一支架上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的變頻投影柵線三維形貌測(cè)量儀，其特征在于， 還包括一第二支架，所述的圖像采集裝置設(shè)置在所述第二支架上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的變頻投影柵線三維形貌測(cè)量儀，其特征在于， 所述參考光柵的面積大于等于CCD靶面。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種變頻投影柵線三維形貌測(cè)量儀，其特點(diǎn)是，包括投影柵發(fā)生裝置和圖像采集裝置；投影柵發(fā)生裝置包括計(jì)算機(jī)和與計(jì)算機(jī)連接的數(shù)碼投影儀；圖像采集裝置由順序排列的數(shù)碼相機(jī)或CCD數(shù)碼攝像頭、參考光柵、成像物鏡組成一體，數(shù)碼相機(jī)或CCD數(shù)碼攝像頭與計(jì)算機(jī)連接；計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)產(chǎn)生變頻的投影物理光柵到數(shù)碼投影儀，將柵線投射到被測(cè)物表面進(jìn)行測(cè)量，并從數(shù)碼相機(jī)或CCD數(shù)碼攝像頭采集圖像、產(chǎn)生相移、計(jì)算結(jié)果得到等高線值。由于利用數(shù)碼投影儀取代了大功率投影燈利用了計(jì)算機(jī)產(chǎn)生均勻的光柵取代了現(xiàn)有技術(shù)中一塊物理光柵，使得投影柵的頻率、大小均可以任意調(diào)節(jié)，從而適用范圍更廣，提高了測(cè)量的靈敏度和精確度。
文檔編號(hào)G01B11/25GK201311277SQ20082013366
公開日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2008年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月5日
發(fā)明者吳君毅, 輝 姚, 熹 張, 曾憲友, 飛 羅, 鋼 艾, 鄭長江, 鵬 陸, 顧愛中 申請(qǐng)人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所