檢測(cè)儀、具有該檢測(cè)儀的測(cè)量系統(tǒng)以及測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種檢測(cè)儀，具體而言，涉及一種測(cè)量具有鏡面反射特征的物體表面 的三維形狀的檢測(cè)儀，具有該檢測(cè)儀的測(cè)量系統(tǒng)以及利用該檢測(cè)儀進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 普通三維測(cè)量儀利用主動(dòng)視覺技術(shù)，通過投影激光線或者正弦波譜在物體表面建 立特征點(diǎn)，在相平面上通過參考基準(zhǔn)面上的投影變形計(jì)算出物體表面的三維形狀。這種技 術(shù)的局限在于被測(cè)物體必須具有漫反射的表面特征，對(duì)帶有鏡面反射特征的物體表面無能 為力。對(duì)于例如汽車玻璃的這類工業(yè)產(chǎn)品，目前只能采用接觸式的測(cè)量方法，通過抽樣調(diào) 查，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)評(píng)估。這種方法不僅耗時(shí)耗力，也不能達(dá)到質(zhì)量測(cè)量的工業(yè)要 求，既提高了使用者的風(fēng)險(xiǎn)，又增加了汽車制造企業(yè)的成本和負(fù)擔(dān)。因此，需要提供一種結(jié) 構(gòu)簡單、測(cè)量精確、成本少且操作安全的測(cè)量儀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種檢測(cè)儀，所述檢測(cè)儀用于測(cè)量具有鏡面反 射特征的物體表面的三圍形狀，所述檢測(cè)儀包括：支撐框架；控制電機(jī)（4)，所述控制電機(jī) 固定在所述支撐框架上；面光源投影設(shè)備（3)，所述面光源投影設(shè)備連接在所述控制電機(jī) 的電機(jī)主軸上；和主控電腦，所述主控電腦與所述投影設(shè)備連接，其中所述投影設(shè)備顯示黑 白條紋，所述黑白條紋能夠在被測(cè)物體表面上產(chǎn)生明暗反射條紋，通過所述控制電機(jī)調(diào)整 所述投影設(shè)備的工作位置，從而根據(jù)所述投影設(shè)備相對(duì)于所述控制電機(jī)的位移關(guān)系并通過 所述明暗反射條紋的變化來測(cè)量被測(cè)物體表面的三維形狀，其中所述投影設(shè)備相對(duì)于控制 電機(jī)的位移關(guān)系遵循以下公式
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種檢測(cè)儀，所述檢測(cè)儀用于測(cè)量具有鏡面反射特征的物體表面的三圍形狀，所述 檢測(cè)儀包括： 支撐框架（5); 控制電機(jī)（4)，所述控制電機(jī)固定在所述支撐框架上； 面光源投影設(shè)備（3 )，所述面光源投影設(shè)備連接在所述控制電機(jī)的電機(jī)主軸上；和 主控電腦，所述主控電腦與所述投影設(shè)備連接， 其中所述投影設(shè)備顯示黑白條紋，所述黑白條紋能夠在被測(cè)物體表面上產(chǎn)生明暗反射 條紋，通過所述控制電機(jī)調(diào)整所述投影設(shè)備的工作位置，從而根據(jù)所述投影設(shè)備相對(duì)于所 述控制電機(jī)的位移關(guān)系并通過所述明暗反射條紋的變化來測(cè)量被測(cè)物體表面的三維形狀， 其中所述投影設(shè)備相對(duì)于控制電機(jī)的位移關(guān)系遵循以下公式
其中，d。代表投影設(shè)備上的一個(gè)發(fā)光點(diǎn)到鏡面的距離，為物距噸代表該發(fā)光點(diǎn)通過玻 璃曲面成像后所得虛像點(diǎn)到鏡面的距離，為像距；f?是為此發(fā)光點(diǎn)成像所用到的該鏡面的 焦距，所述面光源投影設(shè)備相對(duì)于控制電機(jī)的位移變化是物距和像距之間的變化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)儀，還包括4個(gè)雙目視覺儀，其中每一個(gè)雙目視覺儀都包 括至少2個(gè)相機(jī)（1)，并且所述相機(jī)兩兩配對(duì)地固定在所述支撐框架的4個(gè)側(cè)部；優(yōu)選地， 所述相機(jī)的光學(xué)主軸與所述投影身邊的光學(xué)主軸相交。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測(cè)儀，還包括多個(gè)激光器（2)，所述多個(gè)激光器中的至少一 個(gè)定位在兩兩配對(duì)的相機(jī)之間，用于系統(tǒng)校正。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)儀，還包括點(diǎn)云融合模塊，用于將在各個(gè)測(cè)量位置上取 得的測(cè)量數(shù)據(jù)整合到被測(cè)物體的CAD坐標(biāo)系中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)儀，其中所述激光器的觸發(fā)由所述主控電腦直接控制； 優(yōu)選地，所述明暗反射條紋的變化包括明暗反射條紋的明暗變化、粗細(xì)變化以及方位變化； 優(yōu)選地，所述方位變化包括從橫向條紋轉(zhuǎn)變?yōu)閳?jiān)向條紋。
6. -種機(jī)器人測(cè)量系統(tǒng)，包括： 機(jī)器人平臺(tái)；和 如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的檢測(cè)儀，所述檢測(cè)儀通過接口與所述機(jī)器人平臺(tái)相結(jié) 合，從而能夠在不同角度和高度測(cè)量被測(cè)物體的三維表面形狀。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)量系統(tǒng)，還包括： 機(jī)器人路徑規(guī)劃模塊，用以針對(duì)被測(cè)物體的表面選擇最佳視覺測(cè)量點(diǎn)；和/或 圖形處理裝置，所述圖形處理裝置能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行表面缺陷檢測(cè)；和/或 無線數(shù)據(jù)報(bào)告模塊，所述無線數(shù)據(jù)報(bào)告模塊能夠?qū)崟r(shí)向生產(chǎn)質(zhì)量控制中心報(bào)告被測(cè)物 體的檢測(cè)結(jié)果；和/或 自校正模塊，所述自校正模塊能夠校正所述檢測(cè)儀和機(jī)器人平臺(tái)的工作參數(shù)，并計(jì)算 所述檢測(cè)儀的各個(gè)部件之間的以及檢測(cè)儀和機(jī)器人之間的坐標(biāo)變換矩陣，所述坐標(biāo)變換矩 陣包括各個(gè)相機(jī)相對(duì)于所述檢測(cè)儀的位置關(guān)系，以及各個(gè)相機(jī)相對(duì)于激光器的位置關(guān)系。
8. -種測(cè)量具有鏡面反射特征的物體表面的三維形狀的方法，所述方法包括： 控制投影設(shè)備顯示黑白條紋； 使黑白條紋在被測(cè)物體表面上通過鏡面反射形成反射條紋； 操作控制電機(jī)來調(diào)整投影設(shè)備的工作位置；和 根據(jù)所述投影設(shè)備相對(duì)于所述控制電機(jī)的位移關(guān)系并通過在玻璃表面上產(chǎn)生的明暗 反射條紋的變化來測(cè)量被測(cè)物體表面的三維形狀，
其中所述投影設(shè)備顯示黑白條紋，所述黑白條紋能夠在被測(cè)物體表面上通過鏡面反射 在相機(jī)平面形成具有映射關(guān)系的反射條紋，通過所述控制電機(jī)調(diào)整所述投影設(shè)備的工作位 置，從而根據(jù)所述投影設(shè)備相對(duì)于所述控制電機(jī)的位移關(guān)系并通過在玻璃表面上產(chǎn)生的明 暗反射條紋的變化來測(cè)量被測(cè)物體表面的三維形狀， 其中所述投影設(shè)備相對(duì)于控制電機(jī)的位移關(guān)系遵循以下公式 其中，d。代表投影設(shè)備上的一個(gè)發(fā)光點(diǎn)到鏡面的距離，為物距噸代表該發(fā)光點(diǎn)通過玻 璃曲面成像后所得虛像點(diǎn)到鏡面的距離，為像距；f?是為此發(fā)光點(diǎn)成像所用到的該鏡面的 焦距，所述面光源投影設(shè)備相對(duì)于控制電機(jī)的位移變化是物距和像距之間的變化。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括以下步驟的一種或多種： 調(diào)整激光器的投射角，使所述投射角同與所述激光器相配合的雙目視覺儀的主軸相 交；和/或 校正所述檢測(cè)儀；和/或 校正檢測(cè)儀相對(duì)于機(jī)器人手腕的位移；和/或 融合各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從而獲得完整的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括步驟： 將測(cè)量結(jié)果與被測(cè)物體的設(shè)計(jì)進(jìn)行比較； 評(píng)估被測(cè)物體的形狀質(zhì)量； 尋找被測(cè)物體的表面缺陷； 匯報(bào)檢測(cè)結(jié)果；和 對(duì)不合格產(chǎn)品進(jìn)行回收處理。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種檢測(cè)儀，該檢測(cè)儀用于測(cè)量具有鏡面反射特征的物體表面的三維形狀，所述檢測(cè)儀包括：支撐框架（5）；控制電機(jī)（4），所述控制電機(jī)固定在所述支撐框架上；面光源投影設(shè)備（3），所述面光源投影設(shè)備連接在所述控制電機(jī)的電機(jī)主軸上；和主控電腦，所述主控電腦與所述投影設(shè)備連接，其特征在于，所述投影設(shè)備顯示黑白條紋，所述黑白條紋能夠在被測(cè)物體表面上產(chǎn)生明暗反射條紋，通過所述控制電機(jī)調(diào)整所述投影設(shè)備的工作位置，從而根據(jù)所述投影設(shè)備相對(duì)于所述控制電機(jī)的位移關(guān)系并通過所述明暗反射條紋的變化來測(cè)量被測(cè)物體表面的三維形狀。
【IPC分類】G01B11-25
【公開號(hào)】CN104613898
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310476268
【發(fā)明人】石泉
【申請(qǐng)人】石泉
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2013年10月12日