專利名稱：平整度檢測(cè)裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)測(cè)量技術(shù)，特別是涉及平整度檢測(cè)裝置和方法。
背景技術(shù)：
物體形狀的測(cè)量在エ業(yè)制造領(lǐng)域有著強(qiáng)烈的需求，特別是非接觸式的測(cè)量方式，在精密制造、航空航天、軍事等許多領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用。對(duì)物體形狀的測(cè)量可以分為接觸式和非接觸式的測(cè)量方法。接觸式測(cè)量是測(cè)量頭與エ件表面進(jìn)行接觸測(cè)量，沿著工件形狀進(jìn)行掃描運(yùn)動(dòng)。它的缺點(diǎn)是容易對(duì)被測(cè)表面造成不同程度的損傷。由于激光測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，非接觸測(cè)量方式已經(jīng)成為主流。
傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)中有ー種超高速實(shí)時(shí)三維視覺測(cè)量裝置及方法，該測(cè)量裝置包括面陣攝像機(jī)、ー個(gè)或ー個(gè)以上的激光位移傳感器；該測(cè)量方法包括利用激光位移傳感器、面陣攝像機(jī)和平面靶標(biāo)獲得三維測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)和空間直線方程，基于所獲得的測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)和空間直線方程，根據(jù)測(cè)得的被測(cè)物位移，計(jì)算被測(cè)物處于不同位置的被測(cè)光點(diǎn)在全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)完成對(duì)被測(cè)物的超高速實(shí)時(shí)三維視覺測(cè)量。目前關(guān)于エ件平整度的檢測(cè)系統(tǒng)大都是基于三維模型，導(dǎo)致計(jì)算量大，耗時(shí)較多。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要提供一種計(jì)算量較小的平整度檢測(cè)裝置和方法。一種平整度檢測(cè)裝置，包括承載平臺(tái)、驅(qū)動(dòng)模塊、激光模塊、傳感模塊、圖像處理模塊、偏移計(jì)算模塊、位移計(jì)算模塊、構(gòu)圖模塊、統(tǒng)計(jì)模塊和平整度計(jì)算模塊，所述承載平臺(tái)用于承載待檢物體；所述驅(qū)動(dòng)模塊用于驅(qū)動(dòng)所述承載平臺(tái)移動(dòng)，以帶動(dòng)所述待檢物體移動(dòng)；所述激光模塊用于向所述承載平臺(tái)發(fā)射線形激光；所述傳感模塊用于獲取所述線形激光照射在所述待檢物體不同位置的多幅檢測(cè)圖像；所述圖像處理模塊用于分別從所述多幅檢測(cè)圖像中提取得到多條激光圖像；所述偏移計(jì)算模塊用于計(jì)算出所述激光圖像上各個(gè)點(diǎn)相對(duì)于預(yù)設(shè)基準(zhǔn)面的圖像偏移量;所述位移計(jì)算模塊根據(jù)所述激光圖像上各個(gè)點(diǎn)的所述圖像偏移量以及預(yù)設(shè)算法，計(jì)算出所述激光圖像上各個(gè)點(diǎn)的實(shí)際偏移量；所述構(gòu)圖模塊，用于依據(jù)所述各條激光圖像的各個(gè)點(diǎn)的所述實(shí)際偏移量建立與所述各條激光圖像對(duì)應(yīng)的波形圖；所述統(tǒng)計(jì)模塊用于將所述多個(gè)波形圖相加，得到一條檢測(cè)曲線；所述平整度計(jì)算模塊用于將所述檢測(cè)曲線與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線比較，得到所述待檢物體的平整度。其中一個(gè)實(shí)施例中，所述圖像處理模塊首先從所述檢測(cè)圖像中獲取預(yù)設(shè)區(qū)域的圖像，再?gòu)念A(yù)設(shè)區(qū)域的圖像中提取所述激光圖像。其中一個(gè)實(shí)施例中，所述激光模塊包括激光器和出光鏡，所述激光器用于發(fā)射線形激光，并通過所述出光鏡照射出去；所述傳感模塊包括入光透鏡和成像元件，所述激光線條通過所述入光透鏡照射到所述成像元件上進(jìn)行成像，定義基準(zhǔn)面實(shí)際偏移量為z，激光圖像中某點(diǎn)的圖像偏移量為z’，假設(shè)a為激光束光軸與接收光軸的交點(diǎn)到所述入光透鏡的距離，b為所述入光 透鏡到所述成像元件的距離，0 I為激光束光軸與接收光軸之間的夾角，那么所述預(yù)設(shè)算法如下
_ az'cos6]
'。]~ ^sin-Z1COS^。其中一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線以標(biāo)準(zhǔn)エ件作為所述待檢物體，并通過所述檢測(cè)曲線相同的得到方式得到。其中一個(gè)實(shí)施例中，所述平整度計(jì)算模塊用于統(tǒng)計(jì)所述檢測(cè)曲線上大于預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線且超過預(yù)設(shè)閥值的點(diǎn)的數(shù)量，并將其除以檢測(cè)曲線的總點(diǎn)數(shù)作為平整度數(shù)值。一種平整度檢測(cè)方法，包括如下步驟驅(qū)動(dòng)待檢物體移動(dòng)；向所述待檢物體發(fā)射線形激光；獲取所述線形激光照射在所述待檢物體不同位置的多幅檢測(cè)圖像；分別從所述多幅檢測(cè)圖像中提取得到多條激光圖像；計(jì)算得到所述激光圖像上各個(gè)點(diǎn)相對(duì)于預(yù)設(shè)基準(zhǔn)面的圖像偏移量；根據(jù)所述激光圖像上各個(gè)點(diǎn)的所述圖像偏移量以及預(yù)設(shè)算法，計(jì)算出所述激光圖像上各個(gè)點(diǎn)的實(shí)際偏移量；依據(jù)所述各條激光圖像的各個(gè)點(diǎn)的所述實(shí)際偏移量建立與所述各條激光圖像對(duì)應(yīng)的波形圖；將所述多個(gè)波形圖相加，得到一條檢測(cè)曲線；將所述檢測(cè)曲線與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線比較，得到所述待檢物體的平整度。其中一個(gè)實(shí)施例中，所述分別從所述多幅檢測(cè)圖像中提取得到多條激光圖像的步驟是首先從所述檢測(cè)圖像中獲取預(yù)設(shè)區(qū)域的圖像，再?gòu)念A(yù)設(shè)區(qū)域的圖像中提取所述激光圖像。其中一個(gè)實(shí)施例中，所述線形激光由激光模塊發(fā)出，其包括激光器和出光鏡，所述激光器用于發(fā)射線形激光，并通過所述出光鏡照射出去；所述檢測(cè)圖像的獲取通過傳感模塊實(shí)現(xiàn)，其包括入光透鏡和成像元件，所述激光線條通過所述入光透鏡照射到所述成像元件上進(jìn)行成像，定義基準(zhǔn)面實(shí)際偏移量為z，激光圖像中某點(diǎn)的圖像偏移量為z’，假設(shè)a為激光束光軸與接收光軸的交點(diǎn)到所述入光透鏡的距離，b為所述入光透鏡到所述成像元件的距離，0 I為激光束光軸與接收光軸之間的夾角，那么所述預(yù)設(shè)算法如下
a:，cos 6^Z —-
hsm0{ -ZrCos^1。
其中一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線以標(biāo)準(zhǔn)エ件作為所述待檢物體，并通過所述檢測(cè)曲線相同的得到方式得到。其中一個(gè)實(shí)施例中，所述將所述檢測(cè)曲線與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線比較，得到所述待檢物體的平整度的步驟是統(tǒng)計(jì)所述檢測(cè)曲線上大于預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線且超過預(yù)設(shè)閥值的點(diǎn)的數(shù)量，并將其除以檢測(cè)曲線的總點(diǎn)數(shù)作為平整度數(shù)值。上述平整度檢測(cè)裝置和方法利用光學(xué)原理以及簡(jiǎn)單的ニ維成型數(shù)據(jù)處理便可以完成平整度檢測(cè)，相對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)計(jì)算量更小，檢測(cè)時(shí)間短。


圖I為ー實(shí)施例的平整度檢測(cè)裝置的架構(gòu)示意圖； 圖2為圖像偏移量和實(shí)際偏移量之間的換算原理不意圖；圖3為ー實(shí)施例的平整度檢測(cè)方法的步驟流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，其為ー實(shí)施例的平整度檢測(cè)裝置10的架構(gòu)示意圖。包括承載平臺(tái)100、驅(qū)動(dòng)模塊110、激光模塊120、傳感模塊130、圖像處理模塊140、偏移計(jì)算模塊150、位移計(jì)算模塊160、構(gòu)圖模塊170、統(tǒng)計(jì)模塊180和平整度計(jì)算模塊190。承載平臺(tái)100用于承載待檢物體20。驅(qū)動(dòng)模塊110用于驅(qū)動(dòng)承載平臺(tái)100移動(dòng)，以帶動(dòng)待檢物體20移動(dòng)。激光模塊120用于向承載平臺(tái)100發(fā)射線形激光。即，當(dāng)待檢物體20放置在承載平臺(tái)100上時(shí)，線形激光則照射在待檢物體20的表面。傳感模塊130用于獲取所述線形激光照射在待檢物體20不同位置的多幅檢測(cè)圖像。當(dāng)待檢物體20表面為平面吋，其上的激光線條為直線，而當(dāng)待檢物體20表面為非平面時(shí)(有凹凸)，傳感模塊120拍攝的檢測(cè)圖像中的激光線條則會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，即曲線。圖像處理模塊140用于分別從所述多幅檢測(cè)圖像中提取得到多條激光圖像。一實(shí)施例中，所述圖像處理模塊130首先從檢測(cè)圖像中獲取預(yù)設(shè)區(qū)域的圖像，再?gòu)念A(yù)設(shè)區(qū)域的圖像中提取激光圖像。因?yàn)?，激光圖像在檢測(cè)圖像的位置變化很小，若對(duì)整個(gè)檢測(cè)圖像進(jìn)行處理，計(jì)算量較大。如此，預(yù)先設(shè)定感興趣區(qū)域的方式可以大大減少計(jì)算量，加快檢測(cè)速度。偏移計(jì)算模塊150用于計(jì)算出激光圖像上各個(gè)點(diǎn)相對(duì)于預(yù)設(shè)基準(zhǔn)面的圖像偏移量。位移計(jì)算模塊160根據(jù)激光圖像上各個(gè)點(diǎn)的圖像偏移量以及預(yù)設(shè)算法，計(jì)算出激光圖像上各個(gè)點(diǎn)的實(shí)際偏移量。關(guān)于上述預(yù)設(shè)算法請(qǐng)同時(shí)參閱圖2，其中，激光模塊110包括激光器111和出光鏡LI，激光器111用于發(fā)射線形激光，并通過出光鏡LI照射到基準(zhǔn)面30上。傳感模塊120包括入光透鏡L2和成像元件121 (如(XD)?；鶞?zhǔn)面30上的激光線條通過入光透鏡L2照射到成像元件121上進(jìn)行成像。定義基準(zhǔn)面30實(shí)際偏移量為z，激光圖像中某點(diǎn)的圖像偏移量為z’。假設(shè)a為激光束光軸與接收光軸的交點(diǎn)P到入光透鏡L2的距離，b為入光透鏡L2到成像元件121的距離，0 1為激光束光軸與接收光軸之間的夾角。由于上述參數(shù)均為固定不變的已知數(shù)據(jù)，因此，根據(jù)激光圖像中某點(diǎn)的圖像偏移量z’，便可以得到基準(zhǔn)面30的實(shí)際偏移量z，如下
權(quán)利要求
1.一種平整度檢測(cè)裝置，其特征在于，包括承載平臺(tái)、驅(qū)動(dòng)模塊、激光模塊、傳感模塊、圖像處理模塊、偏移計(jì)算模塊、位移計(jì)算模塊、構(gòu)圖模塊、統(tǒng)計(jì)模塊和平整度計(jì)算模塊， 所述承載平臺(tái)用于承載待檢物體； 所述驅(qū)動(dòng)模塊用于驅(qū)動(dòng)所述承載平臺(tái)移動(dòng)，以帶動(dòng)所述待檢物體移動(dòng)； 所述激光模塊用于向所述承載平臺(tái)發(fā)射線形激光； 所述傳感模塊用于獲取所述線形激光照射在所述待檢物體不同位置的多幅檢測(cè)圖像； 所述圖像處理模塊用于分別從所述多幅檢測(cè)圖像中提取得到多條激光圖像； 所述偏移計(jì)算模塊用于計(jì)算出所述激光圖像上各個(gè)點(diǎn)相對(duì)于預(yù)設(shè)基準(zhǔn)面的圖像偏移量; 所述位移計(jì)算模塊根據(jù)所述激光圖像上各個(gè)點(diǎn)的所述圖像偏移量以及預(yù)設(shè)算法，計(jì)算出所述激光圖像上各個(gè)點(diǎn)的實(shí)際偏移量； 所述構(gòu)圖模塊，用于依據(jù)所述各條激光圖像的各個(gè)點(diǎn)的所述實(shí)際偏移量建立與所述各條激光圖像對(duì)應(yīng)的波形圖； 所述統(tǒng)計(jì)模塊用于將所述多個(gè)波形圖相加，得到一條檢測(cè)曲線； 所述平整度計(jì)算模塊用于將所述檢測(cè)曲線與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線比較，得到所述待檢物體的平整度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的平整度檢測(cè)裝置，其特征在于，所述圖像處理模塊首先從所述檢測(cè)圖像中獲取預(yù)設(shè)區(qū)域的圖像，再?gòu)念A(yù)設(shè)區(qū)域的圖像中提取所述激光圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的平整度檢測(cè)裝置，其特征在于，所述激光模塊包括激光器和出光鏡，所述激光器用于發(fā)射線形激光，并通過所述出光鏡照射出去；所述傳感模塊包括入光透鏡和成像元件，所述激光線條通過所述入光透鏡照射到所述成像元件上進(jìn)行成像， 定義基準(zhǔn)面實(shí)際偏移量為z，激光圖像中某點(diǎn)的圖像偏移量為z’，假設(shè)a為激光束光軸與接收光軸的交點(diǎn)到所述入光透鏡的距離，b為所述入光透鏡到所述成像元件的距離，Θ I為激光束光軸與接收光軸之間的夾角，那么所述預(yù)設(shè)算法如下
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的平整度檢測(cè)裝置，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線以標(biāo)準(zhǔn)エ件作為所述待檢物體，并通過所述檢測(cè)曲線相同的得到方式得到。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的平整度檢測(cè)裝置，其特征在于，所述平整度計(jì)算模塊用于統(tǒng)計(jì)所述檢測(cè)曲線上大于預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線且超過預(yù)設(shè)閥值的點(diǎn)的數(shù)量，并將其除以檢測(cè)曲線的總點(diǎn)數(shù)作為平整度數(shù)值。
6.一種平整度檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟 驅(qū)動(dòng)待檢物體移動(dòng)； 向所述待檢物體發(fā)射線形激光； 獲取所述線形激光照射在所述待檢物體不同位置的多幅檢測(cè)圖像； 分別從所述多幅檢測(cè)圖像中提取得到多條激光圖像； 計(jì)算得到所述激光圖像上各個(gè)點(diǎn)相對(duì)于預(yù)設(shè)基準(zhǔn)面的圖像偏移量；根據(jù)所述激光圖像上各個(gè)點(diǎn)的所述圖像偏移量以及預(yù)設(shè)算法，計(jì)算出所述激光圖像上各個(gè)點(diǎn)的實(shí)際偏移量； 依據(jù)所述各條激光圖像的各個(gè)點(diǎn)的所述實(shí)際偏移量建立與所述各條激光圖像對(duì)應(yīng)的波形圖； 將所述多個(gè)波形圖相加，得到一條檢測(cè)曲線； 將所述檢測(cè)曲線與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線比較，得到所述待檢物體的平整度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的平整度檢測(cè)方法，其特征在于，所述分別從所述多幅檢測(cè)圖像中提取得到多條激光圖像的步驟是首先從所述檢測(cè)圖像中獲取預(yù)設(shè)區(qū)域的圖像，再?gòu)念A(yù)設(shè)區(qū)域的圖像中提取所述激光圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的平整度檢測(cè)方法，其特征在于，所述線形激光由激光模塊發(fā)出，其包括激光器和出光鏡，所述激光器用于發(fā)射線形激光，并通過所述出光鏡照射出去；所述檢測(cè)圖像的獲取通過傳感模塊實(shí)現(xiàn)，其包括入光透鏡和成像元件，所述激光線條通過所述入光透鏡照射到所述成像元件上進(jìn)行成像， 定義基準(zhǔn)面實(shí)際偏移量為z，激光圖像中某點(diǎn)的圖像偏移量為z’，假設(shè)a為激光束光軸與接收光軸的交點(diǎn)到所述入光透鏡的距離，b為所述入光透鏡到所述成像元件的距離，Θ I為激光束光軸與接收光軸之間的夾角，那么所述預(yù)設(shè)算法如下
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的平整度檢測(cè)方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線以標(biāo)準(zhǔn)エ件作為所述待檢物體，并通過所述檢測(cè)曲線相同的得到方式得到。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的平整度檢測(cè)方法，其特征在于，所述將所述檢測(cè)曲線與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線比較，得到所述待檢物體的平整度的步驟是統(tǒng)計(jì)所述檢測(cè)曲線上大于預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線且超過預(yù)設(shè)閥值的點(diǎn)的數(shù)量，并將其除以檢測(cè)曲線的總點(diǎn)數(shù)作為平整度數(shù)值。
全文摘要
一種平整度檢測(cè)裝置包括激光模塊，用于發(fā)射線形激光；傳感模塊，用于獲取激光照射在待檢物體不同位置的多幅檢測(cè)圖像；圖像處理模塊，用于得到多條激光圖像；偏移計(jì)算模塊，用于計(jì)算出激光圖像上各個(gè)點(diǎn)相對(duì)于預(yù)設(shè)基準(zhǔn)面的圖像偏移量；位移計(jì)算模塊根據(jù)圖像偏移量以及預(yù)設(shè)算法計(jì)算出實(shí)際偏移量；構(gòu)圖模塊，用于依據(jù)實(shí)際偏移量建立與各條激光圖像對(duì)應(yīng)的波形圖；統(tǒng)計(jì)模塊，用于將多個(gè)波形圖相加，得到一條檢測(cè)曲線；平整度計(jì)算模塊，用于將檢測(cè)曲線與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線比較，得到待檢物體的平整度。本發(fā)明還提供一種對(duì)應(yīng)方法。上述裝置和方法利用光學(xué)原理以及簡(jiǎn)單的二維成型數(shù)據(jù)處理便可以完成平整度檢測(cè)，相對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)計(jì)算量更小，檢測(cè)時(shí)間短。
文檔編號(hào)G01B11/30GK102853786SQ20121031932
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者程俊, 陶大程, 沈三明, 姜軍 申請(qǐng)人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院