專利名稱：一種非接觸式動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非接觸式動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)實(shí)工作中常常遇到形貌測(cè)量問題，例如，對(duì)某些耐高溫的材料進(jìn)行燒蝕試驗(yàn)時(shí)， 需要對(duì)燒蝕情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量；再如，對(duì)路面的平整度或汽車輪胎的磨損情況也需要進(jìn)行 測(cè)量，以保證其正常使用。但是，現(xiàn)有技術(shù)中缺少合適的測(cè)量方法及測(cè)量裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、準(zhǔn)確的非接觸式動(dòng)態(tài)形貌 測(cè)量裝置，以彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足。本實(shí)用新型的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種非接觸式動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量裝 置，其特征在于包括發(fā)射單色光的激光器、數(shù)字相機(jī)和計(jì)算機(jī)，數(shù)字相機(jī)通過圖像采集卡與 計(jì)算機(jī)相連接，所說的激光器為帶片光源的單色光激光器，所說的激光器設(shè)置在被測(cè)對(duì)象 前方，片光所在平面與被測(cè)物體表面平面垂直，片光激光束中心線直射被測(cè)對(duì)象，所說的數(shù) 字相機(jī)設(shè)置在被測(cè)對(duì)象的側(cè)前方，數(shù)字相機(jī)鏡頭設(shè)有與激光器片光源波長相適配的單色光 窄帶濾光片。進(jìn)一步地，上述測(cè)量裝置所說的激光器與數(shù)字相機(jī)_被測(cè)對(duì)象所在平面的夾角Y 不大于30°，數(shù)字相機(jī)和被測(cè)對(duì)象之間的夾角α為15° 80°，夾角α優(yōu)選45°。進(jìn)一步地，上述測(cè)量裝置所說的單色光窄帶濾光片透過的波長偏差范圍在士20nm 以內(nèi)，所說的片光源為厚度不大于Imm的片狀激光光源。進(jìn)一步地，上述測(cè)量裝置所說的數(shù)字相機(jī)的鏡頭為微距鏡頭，數(shù)字相機(jī)的分辨率 為 1600X1200 像素。進(jìn)一步地，上述測(cè)量裝置設(shè)置在試驗(yàn)臺(tái)上，試驗(yàn)臺(tái)上設(shè)置有圓弧形或直角形水平 導(dǎo)軌，在水平導(dǎo)軌上設(shè)置兩根可移動(dòng)的垂直導(dǎo)軌，激光器通過云臺(tái)安裝在一根垂直導(dǎo)軌上， 相機(jī)通過云臺(tái)安裝在另一根垂直導(dǎo)軌上，試驗(yàn)臺(tái)上設(shè)有放置被測(cè)對(duì)象和標(biāo)靶的樣品支架。本實(shí)用新型的有益效果是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，容易維護(hù)，抗干擾能力強(qiáng)，可以非 接觸式測(cè)量高溫火焰環(huán)境下物體的動(dòng)態(tài)形貌變化數(shù)據(jù)，測(cè)量、計(jì)算結(jié)果精確。本裝置的優(yōu)點(diǎn) 是a，使用廉價(jià)的半導(dǎo)體激光器就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)強(qiáng)光背景噪聲的過濾而不需要昂貴的 高能量的脈沖激光器，同時(shí)也節(jié)省了脈沖激光器需要的同步信號(hào)設(shè)備的造價(jià)；b，通過標(biāo)靶的標(biāo)定過程來計(jì)算實(shí)際變化，比一些通過幾何，光學(xué)等方法來計(jì)算在 適應(yīng)性、可靠性和穩(wěn)定性上要強(qiáng)，比如通過集合方法來計(jì)算就需要嚴(yán)格精確的確定一整套 設(shè)備布局方案，同時(shí)對(duì)鏡頭的依賴性很強(qiáng)，設(shè)備及架子的晃動(dòng)對(duì)計(jì)算帶來的誤差也很可觀。C，如果拍攝高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)，調(diào)小電子快門就可以解決圖像拖尾模糊問題。本裝 置的使用方法如下[0013]1)將帶片光源的單色光激光器設(shè)置在被測(cè)對(duì)象的前方，片光所在平面與被測(cè)物體表面平面垂直，片光激光束中心線直射被測(cè)對(duì)象，將帶有與單色激光器波長相適配的單色 光窄帶濾光片的數(shù)字相機(jī)設(shè)置在被測(cè)對(duì)象的側(cè)前方，2)調(diào)節(jié)激光器的俯仰角度Y，使得激光能量最強(qiáng)的地方照射到被測(cè)對(duì)象的測(cè)量區(qū)域，調(diào)節(jié)相機(jī)偏轉(zhuǎn)角度α，使得相機(jī)拍攝到被測(cè)對(duì)象形貌凹凸變化的測(cè)量區(qū)域，3)調(diào)節(jié)激光能量和相機(jī)光圈，使相機(jī)拍攝到的被測(cè)對(duì)象形貌凹凸變化的測(cè)量區(qū)域圖像清晰，4)將上述圖像通過圖像采集卡輸入計(jì)算機(jī)，配合相機(jī)位置角度微調(diào)，以看到被測(cè)對(duì)象形貌凹凸變化測(cè)量區(qū)域清晰的實(shí)時(shí)圖像，5)拿掉被測(cè)對(duì)象，將帶有已知深度梯度的標(biāo)靶放在被測(cè)對(duì)象的位置，激光器發(fā)射片光，相機(jī)拍攝標(biāo)靶圖像，將圖像存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)，得到實(shí)際圖像像素點(diǎn)位置和被測(cè)對(duì)象空間 位置定量化的標(biāo)定圖像，作為后續(xù)的物體表面形貌圖像的標(biāo)尺使用，6)拿掉標(biāo)靶，放置被測(cè)對(duì)象，相機(jī)實(shí)時(shí)拍攝物體表面形貌變化并將圖像存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)，根據(jù)實(shí)時(shí)拍攝的圖像和標(biāo)靶的圖像計(jì)算出被測(cè)對(duì)象表面形貌變化的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

本實(shí)用新型有如下附圖附圖1動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量裝置示意圖附圖2動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量裝置俯視示意圖附圖3動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量裝置正視示意圖附圖4動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量裝置標(biāo)靶示意圖附圖5動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量裝置原理示意圖附圖6動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量裝置軟件程序示意圖附圖中，1為激光器，2為片光源，3為數(shù)字相機(jī)，4為濾光片，5為計(jì)算機(jī)，6為被測(cè) 對(duì)象，7為水平導(dǎo)軌，8為球形云臺(tái)，9為造成物體表面形變的熱源，10為標(biāo)靶，11為試驗(yàn)臺(tái)， 12為垂直導(dǎo)軌，13為樣品支架，14為片光中心線。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。附圖1 附圖3分別為本實(shí)用新型動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量裝置示意圖、動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量裝置 俯視示意圖和動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量裝置正視示意圖，包括發(fā)射單色光的激光器1、數(shù)字相機(jī)3和計(jì) 算機(jī)5，數(shù)字相機(jī)通過圖像采集卡與計(jì)算機(jī)5相連接，所說的激光器為片光源單色光激光 器，即，帶片光源2的單色光激光器，所說的激光器1設(shè)置在被測(cè)對(duì)象6的正前方，正對(duì)著被 測(cè)對(duì)象，即片光所在平面與被測(cè)物體表面平面垂直，片光激光束中心線14直射被測(cè)對(duì)象， 所說的數(shù)字相機(jī)鏡頭設(shè)有與激光器片光源波長相適配的單色光窄帶濾光片4，數(shù)字相機(jī)設(shè) 置在被測(cè)對(duì)象的側(cè)前方。一、測(cè)量裝置的安裝擺放a.上述測(cè)量裝置可以直接固定在試驗(yàn)臺(tái)面11上；但是為了便于調(diào)節(jié)，優(yōu)選的方案 為激光器1和相機(jī)3可以在立體空間范圍內(nèi)隨意移動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，而在測(cè)量實(shí)驗(yàn)開始前要可以鎖定位置；為此，可以采用公知的導(dǎo)軌7、云臺(tái)8等進(jìn)行定位，例如，在工作臺(tái)面上設(shè)置圓弧形或直角形水平導(dǎo)軌7，在水平導(dǎo)軌上設(shè)置兩根可移動(dòng)的垂直導(dǎo)軌12，激光器1通過云臺(tái)8安 裝在一根垂直導(dǎo)軌上，相機(jī)3通過云臺(tái)8安裝在另一根垂直導(dǎo)軌上，這樣，激光器和相機(jī)均 可以按照測(cè)量要求在立體空間范圍內(nèi)隨意移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、定位。b.按照常規(guī)方法，在激光器前端加上公知的片光源2，例如，安裝兩片圓透鏡 組成括束準(zhǔn)直將光束壓縮，前端柱凹透鏡展成片狀光(可采用市售產(chǎn)品，示例型號(hào) SM-LIGHTSHEET20)；激光器設(shè)置在被測(cè)對(duì)象前方，在保證片光所在平面與被測(cè)物體表面平 面垂直的大前提下，盡可能使激光片光中心線與物體表面平面的法線之間夾角盡可能小 (即片光中心線盡可能的垂直于物體表面平面)；為了得到較強(qiáng)的照度，在照射物體表面的 片光不被遮擋(例如，不被造成物體表面形變的熱源9擋住)的前提下盡可能和被測(cè)對(duì)象 等高；通常，相機(jī)與被測(cè)對(duì)象設(shè)置在試驗(yàn)臺(tái)11上，因?yàn)楸粶y(cè)對(duì)象的正前方需要設(shè)置試驗(yàn)設(shè) 備，例如燒蝕試驗(yàn)時(shí)，需要設(shè)置造成物體表面形變的熱源9，所以激光器1可以設(shè)置在略高 于試驗(yàn)臺(tái)面的位置。為了得到較好的測(cè)量結(jié)果，激光器光束與數(shù)字相機(jī)-被測(cè)對(duì)象所在平 面的夾角Y盡可能要小，例如可設(shè)定Y角不大于30° (即，附圖3中h盡可能小，同時(shí)要 保證激光光路的暢通)，其中，30°、25°、20°、15°、10°、5°乃至0°都是可以采用的角 度，該角度越小測(cè)量效果越好。c. CXD相機(jī)按照公知技術(shù)和鏡頭、濾光片組裝成為一個(gè)整體，和被測(cè)對(duì)象等高(即 在同一水平面，附圖2、3中相機(jī)和被測(cè)對(duì)象連線水平)，擺放在被測(cè)對(duì)象前方側(cè)面，以便能 夠較為清晰的觀測(cè)到物體表面形貌的變化；相機(jī)可以設(shè)置在被測(cè)對(duì)象側(cè)前方15° 80°， 其中15°、25°、30°、45°、50°、60°、70°、80°都是可以選擇的角度，優(yōu)選45° ；在鏡 頭頭部直接加裝或者在鏡頭與相機(jī)機(jī)身連接處安裝濾光片，濾光片透過的波長偏差范圍 在士20nm以內(nèi)，此偏差范圍越小，對(duì)于背景光的抗干擾效果越好，例如也可以為士 15nm、 士 lOnm、士5nm ；所說的數(shù)字相機(jī)的鏡頭可以采用公知的微距鏡頭，數(shù)字相機(jī)的分辨率可以 采用1600 X 1200像素或者更高；d.計(jì)算機(jī)安裝與本實(shí)用新型測(cè)量方法相適配的計(jì)算軟件，該軟件可以按照公知技 術(shù)編寫，軟件程序示意圖參見附圖6 ；e.相機(jī)通過公知的圖像采集卡連接到計(jì)算機(jī)。二、測(cè)量裝置的調(diào)節(jié)a.調(diào)節(jié)激光器的俯仰角度Y，通電測(cè)試使得激光能量最強(qiáng)的地方(表面亮光最 亮)可以照射到被測(cè)對(duì)象需要測(cè)量的區(qū)域，不被測(cè)量區(qū)域邊緣遮擋；b.通電測(cè)試調(diào)節(jié)激光器片光源部分使所發(fā)出的片光盡可能的薄，例如片光厚度控 制為不大于Imm ；c.調(diào)節(jié)相機(jī)與被測(cè)對(duì)象之間的角度α，使得相機(jī)拍攝到被測(cè)對(duì)象的形貌凹凸變 化盡可能明顯，同時(shí)保證不能被形貌變化部分的邊緣擋掉；d.激光能量和相機(jī)光圈調(diào)節(jié)，通電測(cè)試相機(jī)可以拍攝到適合計(jì)算的圖像圖像既 不過飽和，又可以完全看不到背景；e.計(jì)算機(jī)軟件調(diào)節(jié)，配合相機(jī)位置角度微調(diào)，通電測(cè)試可以看到拍攝區(qū)域清晰的 實(shí)時(shí)圖像。三、測(cè)量裝置的標(biāo)定[0042]a.確保被測(cè)對(duì)象可以固定在準(zhǔn)確的空間位置，為此，可以采用通常的樣品支架放 置被測(cè)對(duì)象，然后拿掉被測(cè)對(duì)象，放置標(biāo)靶，標(biāo)靶帶有已知刻度梯度的一面朝向激光光源， 利于模擬被測(cè)對(duì)象實(shí)際燒蝕情況。所說的標(biāo)靶是經(jīng)過標(biāo)定的、帶有與被測(cè)對(duì)象形貌變化測(cè) 量范圍相適配的等間隔深度梯度的標(biāo)準(zhǔn)靶件，即，物體表面形貌待計(jì)算方向的位移變化全 部包含在標(biāo)靶深度梯度內(nèi)，用于燒蝕測(cè)量的標(biāo)靶示例參見附圖4，材料可以采用不銹鋼，形 狀可以采用工字型，中間帶有已知的深度梯度刻度，本實(shí)施例標(biāo)靶的具體尺寸為8cm*12cm， 中間臺(tái)階尺寸是lmm*lmm(每個(gè)臺(tái)階)。標(biāo)靶的設(shè)計(jì)原則為標(biāo)靶“刻度”范圍要大于物體表 面形變可能的深度變化范圍；放置原則為在空間位置上體現(xiàn)設(shè)計(jì)原則的內(nèi)容。具體標(biāo)定 方法和測(cè)量計(jì)算方法均可以按照現(xiàn)有技術(shù)中常用的標(biāo)定、刻度、實(shí)測(cè)、計(jì)算的方法來實(shí)現(xiàn)。b.步驟二測(cè)量裝置的調(diào)節(jié)完成后，鎖定激光器和相機(jī)位置，通電，激光器發(fā)射片 光，相機(jī)開始拍攝標(biāo)靶的靜態(tài)圖像，即，實(shí)際圖像像素點(diǎn)位置和實(shí)際物空間毫米位置，作為 標(biāo)準(zhǔn)刻度。c.同時(shí)將圖像存儲(chǔ)下來，用軟件進(jìn)行計(jì)算，得到定量化的標(biāo)定圖像，作為后續(xù)的物 體表面形貌圖像的標(biāo)尺使用。即，根據(jù)標(biāo)靶上幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的已知精確尺寸及圖像中對(duì)應(yīng)的 精確像素尺寸，利用插值算法擬合出兩者(實(shí)際圖像像素點(diǎn)位置和被測(cè)對(duì)象空間位置)的 對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。標(biāo)靶及標(biāo)靶上“刻度”(標(biāo)靶的“刻度”即標(biāo)靶的上面的小臺(tái)階，本實(shí)施例每 個(gè)臺(tái)階相差1毫米)的圖像尺寸根據(jù)公知的二維數(shù)字圖像象素點(diǎn)的位置(像素值)來確定； 標(biāo)靶及"刻度"的實(shí)際尺寸為已知的毫米數(shù)值；下面提供三組物體形貌變化過程中4個(gè)時(shí) 刻點(diǎn)這兩者的變化數(shù)據(jù)示例
時(shí)刻t(s)|圖像尺寸變化(pixl)實(shí)際尺寸變化(《) ~~0 0 0 ~i30i
一255 Γδ
~~375Od.關(guān)激光器，關(guān)相機(jī)。四、采圖拿掉標(biāo)靶，放置被測(cè)對(duì)象，保證相機(jī)激光器位置沒有發(fā)生變化，開激光器，在造成 物體表面形變的熱源9對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行燒蝕試驗(yàn)時(shí)，相機(jī)實(shí)時(shí)拍攝物體表面形貌變化并將 圖像傳送到計(jì)算機(jī)。五、通過軟件計(jì)算，得出被測(cè)對(duì)象表面形貌變化的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。此步驟可以和步驟四 同時(shí)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)拍攝實(shí)時(shí)計(jì)算。以下是本實(shí)用新型給出的一個(gè)工件被燒蝕情況的非接觸式動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量方法的 具體實(shí)施例。本方法所使用的裝置如附圖1所示。步驟一裝置的安裝擺放[0053]a.本例采用可以互相拼接有可以自由移動(dòng)的金屬導(dǎo)軌來搭建主框架，通過光學(xué)云 臺(tái)最終固定相機(jī)和激光器，實(shí)驗(yàn)開始后可以鎖定相機(jī)和激光器。b. C⑶相機(jī)和鏡頭、濾光片組裝成為一個(gè)整體，通過云臺(tái)固定在支架導(dǎo)軌上，調(diào)節(jié) 云臺(tái)和支架導(dǎo)軌使相機(jī)和被測(cè)對(duì)象等高；c.激光器前端加上片光源(片狀光源是一束激光經(jīng)過片光源裝置后，被空間調(diào)制 成具有一定厚度，例如小于1mm，展寬為10 20mm的光束，照射到物體上就會(huì)是一條“一”字 亮線)，通過云臺(tái)固定在另一根支架導(dǎo)軌上，調(diào)節(jié)支架導(dǎo)軌，使得激光器正對(duì)被測(cè)對(duì)象(位 于被測(cè)工件正前方)，調(diào)節(jié)云臺(tái)位置使得在照射物體表面的片光不被擋的前提下盡可能和 被測(cè)對(duì)象等高；本實(shí)施例為燒蝕情況的測(cè)量，試驗(yàn)中設(shè)有使物體表面燒蝕形變的熱源9，該 熱源垂直正對(duì)被測(cè)工件6，片光源可設(shè)置在熱源9的上方，片光源和被測(cè)對(duì)象之間的高度h 盡可能小，亦即所說的激光器與數(shù)字相機(jī)-被測(cè)對(duì)象所在平面的夾角Y盡可能小，可控制 在不大于30°，在激光束不被遮擋的前提下，該角度越小越好。d.計(jì)算機(jī)安裝配套測(cè)量計(jì)算軟件；該軟件程序示意圖參見附圖6，根據(jù)本實(shí)用新 型公開的技術(shù)內(nèi)容，本領(lǐng)域的技術(shù)人員按照公知軟件編程方法即可編寫出該軟件程序。e.按照現(xiàn)有技術(shù)將相機(jī)通過圖像采集卡連接到計(jì)算機(jī)。步驟二 裝置的調(diào)節(jié)a.通過云臺(tái)上的旋鈕調(diào)節(jié)激光器的俯仰角度，通電測(cè)試使得激光能量最強(qiáng)的地方 可以照射到被測(cè)區(qū)域；b.通電測(cè)試調(diào)節(jié)激光器片光源部分使所發(fā)出的片光盡可能的??；c.通過支架導(dǎo)軌的移動(dòng)使得相機(jī)偏轉(zhuǎn)工件正面垂直方向45°，同時(shí)微調(diào)相機(jī)俯 仰，左右視角，使可以拍攝到被測(cè)似區(qū)域；d.激光能量和相機(jī)光圈調(diào)節(jié)，通電測(cè)試相機(jī)可以拍攝到適合計(jì)算的圖像由于窄 帶濾光片和單色激光光的配合加上相機(jī)光圈的調(diào)節(jié)，在計(jì)算機(jī)顯示器上的軟件視窗中應(yīng)該 看到的是一幅黑背景，白亮線的動(dòng)態(tài)圖像，在白亮線清晰的前提下，調(diào)節(jié)激光能量和相機(jī)焦 距，使得亮線盡可能的細(xì)。e.計(jì)算機(jī)軟件調(diào)節(jié)，配合相機(jī)位置角度微調(diào)，通電測(cè)試可以看到清晰拍攝區(qū)域的 實(shí)時(shí)圖像。f.相機(jī)和激光器底部云臺(tái)調(diào)節(jié)旋鈕鎖定，可移動(dòng)導(dǎo)軌支架鎖定。步驟三標(biāo)定a.本例現(xiàn)場(chǎng)存在一固定位置的金屬夾具用于固定工件(即被測(cè)對(duì)象)，從夾具上 取下工件，將本例根據(jù)夾具的情況制備的標(biāo)靶放入夾具內(nèi)。注意標(biāo)靶比實(shí)際工件偏厚，最深 臺(tái)階又比工件最大灼燒深度大。b.步驟二完成后，鎖定激光器和相機(jī)位置，通電，激光器發(fā)射片光，相機(jī)開始拍攝 標(biāo)靶圖像。c.同時(shí)將圖像存儲(chǔ)下來，用軟件進(jìn)行計(jì)算，得到定量化的標(biāo)定圖像，作為后續(xù)的物 體被灼燒圖像的標(biāo)尺使用。d.關(guān)激光器，關(guān)相機(jī)。步驟四采圖拿掉標(biāo)靶，放置工件，保證相機(jī)、激光器底部的云臺(tái)旋鈕以及導(dǎo)軌支架固定螺母沒有被打開過，開激光器，相機(jī)實(shí)時(shí)拍攝物體表面形貌變化并記錄圖像到計(jì)算機(jī)。步驟五通過軟件計(jì)算，得出工件表面灼燒形成的坑洞隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。此 步驟可以和步驟四同時(shí)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)拍攝實(shí)時(shí)計(jì)算。以下為本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)裝置的一個(gè)具體實(shí)施例。本系統(tǒng)裝置主要包含A 發(fā)射單色光的激光器，例如下列型號(hào)的皆可VA-I-N-532VA-II-N-532VA-III-N-532_半導(dǎo)體連續(xù)激光器_本文以功率1500mw、單色光波長532nm的半導(dǎo)體激光器VA-II-N-532(技術(shù)型號(hào)) 為例。B 集成在激光器前端的光學(xué)調(diào)節(jié)裝置，用于產(chǎn)生片光源。這種裝置可以使激光能 量集中，束狀激光壓縮至小于Imm的片狀光源。C 數(shù)字相機(jī)，可采用下列型號(hào)IPX_2M30LS ；ES2020 Mono。為求測(cè)量精確，相機(jī)鏡頭還可更換為微距鏡頭，例如下列型號(hào)的皆可=TARMON 90mm/F2. 8 ；NIKON 200mm/F4。本文例子為NIK0N 200mm/F4(技術(shù)型號(hào))的光學(xué)鏡頭。為求測(cè)量精確實(shí)時(shí)，本文例子為分辨率1600*1200的相機(jī)IPX-2M30LS(技術(shù)型 號(hào))。通過10米的Camlink線(傳輸速度為120MB/s)，連接到下述裝置E高檔計(jì)算機(jī)內(nèi)的 圖像采集卡CAMLINKPCI-EL1 (技術(shù)型號(hào))上。D 對(duì)應(yīng)激光器單色光的窄帶濾波光學(xué)鏡片，使相機(jī)只接受波長寬度范圍小于 50nm內(nèi)的光，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同情況不同需求可更換不同的濾光片，例如下列型號(hào)的濾光片皆 可使用EDMUNDF05-532. 0-2. 00 ；EDMUND F10-532. 0-2. 00。本文例子中使用允許范圍為EDMUND F05-532. 0-2. 00 (技術(shù)型號(hào))的濾光片。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同情況不同需求可更換不同的濾光片，比如現(xiàn)場(chǎng)為很強(qiáng)的紅光，則需 要濾掉紅光的濾色片，比如現(xiàn)場(chǎng)光線干擾太強(qiáng)，可更換偏差范圍更小的，例如小于5nm濾光 片。E 高檔計(jì)算機(jī)，最低配置為CPU Core 2，IG RAM,400G HD操作系統(tǒng)中安裝有與本系統(tǒng)裝置配套的靈活準(zhǔn)確功能豐富的計(jì)算軟件，軟件程序 參見附圖6，其程序包括硬件控制(相機(jī)，激光器)、實(shí)時(shí)采圖存儲(chǔ)、標(biāo)定圖像系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)批 處理計(jì)算、橫向縱向多重濾波、批量計(jì)算過程圖像輸出、精確數(shù)據(jù)文件輸出、形貌曲線繪制 等，該程序可參照附圖6的要求，按現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行編寫。主板上可插與上述CXD相機(jī)實(shí)時(shí)通信的圖像采集卡(例如可采用型號(hào)為CAMLINK PCI-ELl的采集卡)，達(dá)到數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，便于實(shí)時(shí)計(jì)算。F 用于給被測(cè)對(duì)象量化標(biāo)定的標(biāo)靶，要求為；等間隔高度臺(tái)階狀的已知尺寸物體本實(shí)用新型除了可以測(cè)試計(jì)算上述實(shí)施例中的被灼燒的工件表面形貌的動(dòng)態(tài)變 化數(shù)據(jù)之外，還可以測(cè)量涉及到物體表面形貌、深度、高度的動(dòng)態(tài)靜態(tài)數(shù)據(jù)，例如公路路面、 輪胎表面等數(shù)據(jù)的測(cè)試計(jì)算。由于使用了高能連續(xù)激光器配合光學(xué)窄帶濾色片本系統(tǒng)在測(cè) 量外界光干擾比較嚴(yán)重的情況能夠輕松勝任，可以實(shí)現(xiàn)全天候的測(cè)量。由于是非接觸式測(cè)量，本系統(tǒng)也擅長于測(cè)試高溫的物體表面。以下為用于測(cè)量路面車轍深度的具體實(shí)施方案激光片光平面的法線沿道路行進(jìn)方向，片光垂直照射路面，在路面上形成一條亮線；相機(jī)放置于片光側(cè)面，相機(jī)視角中心線 與片光平面具有一定夾角，這樣對(duì)于經(jīng)過片光照射的車轍圖像，如果車轍位置具有深淺不 同時(shí)，就會(huì)在相機(jī)圖像中看到是一條曲線，然后通過類似的軟件標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理就可以得 到車轍的實(shí)際深度數(shù)據(jù)。同樣道理，對(duì)于局部固定位置時(shí)間連續(xù)動(dòng)態(tài)變化的形貌，或者大區(qū)域不同空間位 置的連續(xù)掃描，都可以通過上述方式進(jìn)行形貌參數(shù)測(cè)量。
權(quán)利要求一種非接觸式動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量裝置，包括發(fā)射單色光的激光器(1)、數(shù)字相機(jī)(3)和計(jì)算機(jī)(5)，數(shù)字相機(jī)通過圖像采集卡與計(jì)算機(jī)相連接，其特征在于所說的激光器為帶片光源(2)的單色光激光器，所說的激光器設(shè)置在被測(cè)對(duì)象(6)的前方，片光所在平面與被測(cè)對(duì)象表面平面垂直，片光激光束中心線(14)直射被測(cè)對(duì)象，所說的數(shù)字相機(jī)設(shè)置在被測(cè)對(duì)象的側(cè)前方，數(shù)字相機(jī)鏡頭設(shè)有與激光器片光源波長相適配的單色光窄帶濾光片(4)。
2.如權(quán)利要求1所述的非接觸式動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量裝置，其特征在于所說的激光器與數(shù) 字相機(jī)-被測(cè)對(duì)象所在平面的夾角Y不大于30°，數(shù)字相機(jī)和被測(cè)對(duì)象之間的夾角α為 15° 80°，夾角α優(yōu)選45°。
3.如權(quán)利要求1或2所述的非接觸式動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量裝置，其特征在于所說的單色光窄 帶濾光片透過的波長偏差范圍在士20nm以內(nèi)，所說的片光源為厚度不大于Imm的片狀激光 光源。
4.如權(quán)利要求1或2所述的非接觸式動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量裝置，其特征在于所說的數(shù)字相機(jī) 的鏡頭為微距鏡頭，數(shù)字相機(jī)的分辨率為1600X 1200像素。
5 .如權(quán)利要求3所述的非接觸式動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量裝置，其特征在于所說的所說的數(shù)字相 機(jī)的鏡頭為微距鏡頭，數(shù)字相機(jī)的分辨率為1600X 1200像素。
6.如權(quán)利要求1或2所述的非接觸式動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量裝置，其特征在于所說的測(cè)量裝置 設(shè)置在試驗(yàn)臺(tái)(11)上，試驗(yàn)臺(tái)(11)上設(shè)置有圓弧形或直角形水平導(dǎo)軌(7)，在水平導(dǎo)軌上 設(shè)置兩根可移動(dòng)的垂直導(dǎo)軌(12)，激光器(1)通過云臺(tái)(8)安裝在一根垂直導(dǎo)軌上，相機(jī)(3)通過云臺(tái)(8)安裝在另一根垂直導(dǎo)軌上，試驗(yàn)臺(tái)(11)上設(shè)有放置被測(cè)對(duì)象(6)和標(biāo)靶 (10)的樣品支架。
7.如權(quán)利要求3所述的非接觸式動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量裝置，其特征在于所說的測(cè)量裝置設(shè)置 在試驗(yàn)臺(tái)(11)上，試驗(yàn)臺(tái)(11)上設(shè)置有圓弧形或直角形水平導(dǎo)軌(7)，在水平導(dǎo)軌上設(shè)置 兩根可移動(dòng)的垂直導(dǎo)軌(12)，激光器(1)通過云臺(tái)(8)安裝在一根垂直導(dǎo)軌上，相機(jī)(3)通 過云臺(tái)(8)安裝在另一根垂直導(dǎo)軌上，試驗(yàn)臺(tái)(11)上設(shè)有放置被測(cè)對(duì)象(6)和標(biāo)靶(10) 的樣品支架。
8.如權(quán)利要求4所述的非接觸式動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量裝置，其特征在于所說的測(cè)量裝置設(shè)置 在試驗(yàn)臺(tái)(11)上，試驗(yàn)臺(tái)(11)上設(shè)置有圓弧形或直角形水平導(dǎo)軌(7)，在水平導(dǎo)軌上設(shè)置 兩根可移動(dòng)的垂直導(dǎo)軌(12)，激光器(1)通過云臺(tái)(8)安裝在一根垂直導(dǎo)軌上，相機(jī)(3)通 過云臺(tái)(8)安裝在另一根垂直導(dǎo)軌上，試驗(yàn)臺(tái)(11)上設(shè)有放置被測(cè)對(duì)象(6)和標(biāo)靶(10) 的樣品支架。
9.如權(quán)利要求5所述的非接觸式動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量裝置，其特征在于所說的測(cè)量裝置設(shè)置 在試驗(yàn)臺(tái)(11)上，試驗(yàn)臺(tái)(11)上設(shè)置有圓弧形或直角形水平導(dǎo)軌(7)，在水平導(dǎo)軌上設(shè)置 兩根可移動(dòng)的垂直導(dǎo)軌(12)，激光器(1)通過云臺(tái)(8)安裝在一根垂直導(dǎo)軌上，相機(jī)(3)通 過云臺(tái)(8)安裝在另一根垂直導(dǎo)軌上，試驗(yàn)臺(tái)(11)上設(shè)有放置被測(cè)對(duì)象(6)和標(biāo)靶(10) 的樣品支架。
專利摘要一種非接觸式動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量裝置，包括激光器、數(shù)字相機(jī)和計(jì)算機(jī)，激光器為帶片光源的單色光激光器，設(shè)置在被測(cè)對(duì)象前方，片光所在平面與被測(cè)物體表面平面垂直，片光中心線直射被測(cè)對(duì)象，數(shù)字相機(jī)設(shè)置在被測(cè)對(duì)象側(cè)前方，鏡頭設(shè)有單色光窄帶濾光片。激光器與數(shù)字相機(jī)-被測(cè)對(duì)象所在平面的夾角γ不大于30°，數(shù)字相機(jī)和被測(cè)對(duì)象之間的夾角α優(yōu)選45°。測(cè)量裝置可設(shè)置在試驗(yàn)臺(tái)上，試驗(yàn)臺(tái)上設(shè)置有水平導(dǎo)軌和可移動(dòng)的垂直導(dǎo)軌，激光器、相機(jī)各通過云臺(tái)各安裝在一根垂直導(dǎo)軌上，試驗(yàn)臺(tái)上設(shè)有放置被測(cè)對(duì)象和標(biāo)靶的樣品支架。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，容易維護(hù)，抗干擾能力強(qiáng)，可以非接觸式測(cè)量高溫火焰環(huán)境下物體的動(dòng)態(tài)形貌變化數(shù)據(jù)，測(cè)量、計(jì)算結(jié)果精確。
文檔編號(hào)G01B11/24GK201555571SQ20092017103
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2009年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月17日
發(fā)明者程歡慶, 虞建, 魏潤杰 申請(qǐng)人:魏潤杰