檢測儀以及具有該檢測儀的測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種檢測儀和檢測系統(tǒng)。該檢測儀用于測量具有鏡面反射特征的物體表面的三維形狀,所述檢測儀包括: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量被測物體表面的三維形狀。
【專利說明】檢測儀以及具有該檢測儀的測量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種檢測儀,具體而言,涉及一種測量具有鏡面反射特征的物體表面的三維形狀的檢測儀以及具有該檢測儀的測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]普通三維測量儀利用主動視覺技術(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)的局限在于被測物體必須具有漫反射的表面特征,對帶有鏡面反射特征的物體表面無能為力。對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量方法,通過抽樣調(diào)查,對產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)評估。這種方法不僅耗時(shí)耗力,也不能達(dá)到質(zhì)量測量的工業(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、測量精確、成本少且操作安全的測量儀。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]為了解決上述問題,本實(shí)用新型提供了一種測量具有鏡面反射特征的物體表面的三維形狀的檢測儀,其特征在于,所述檢測儀包括:支撐框架;控制電機(jī),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,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。
[0004]優(yōu)選地,所述檢測儀還包括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),并且所述相機(jī)兩兩配對地固定在所述支撐框架的4個(gè)側(cè)部。
[0005]優(yōu)選地,所述相機(jī)的光學(xué)主軸與所述投影設(shè)備的光學(xué)主軸相交。
[0006]優(yōu)選地,所述檢測儀還包括多個(gè)激光器(2),所述多個(gè)激光器中的至少一個(gè)定位在兩兩配對的相機(jī)之間,用于系統(tǒng)校正。
[0007]優(yōu)選地,所述激光器與所述主控電腦相連接。
[0008]優(yōu)選地,所述檢測儀還包括點(diǎn)云融合模塊。
[0009]優(yōu)選地,所述檢測儀還包括接口,所述接口與外部設(shè)備相連接。
[0010]本實(shí)用新型的另一方面公開了一種測量系統(tǒng),其特征在于,所述測量系統(tǒng)包括:機(jī)器人平臺;和檢測儀,所述檢測儀通過接口與所述機(jī)器人平臺相結(jié)合,其中所述檢測儀包括:支撐框架;控制電機(jī),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,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。
[0011]通過使用本實(shí)用新型的檢測儀,能夠精確、安全地測量具有鏡面反射特征的物體表面的三維形狀,并且其結(jié)構(gòu)簡單、成本小。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1示出了用于測量具有鏡面反射特征的物體表面的三維形狀的檢測儀的立體圖。
[0013]圖2是圖1的檢測儀的仰視圖。
[0014]圖3是圖1的檢測儀的俯視圖。
[0015]圖4是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的檢測系統(tǒng)的工作原理方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型提供的檢測儀、具有該檢測儀的測量系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0017]以下參照圖1對本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行具體說明。
[0018]圖1示出了用于測量具有鏡面反射特征的物體表面的三維形狀的檢測儀I的立體圖;圖2是圖1的仰視圖;圖3是圖1的俯視圖。以下參照圖1-3對檢測儀的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
[0019]檢測儀包括支撐框架5、控制電機(jī)4、面光源投影設(shè)備3、該控制電機(jī)固定到支撐框架5、主控電腦、和至少一個(gè)視覺裝置7。將在下面具體描述這些部件的功能和結(jié)構(gòu)。
[0020]控制電機(jī)4固定在支撐框架5上,面光源投影設(shè)備3連接在控制電機(jī)4的電機(jī)主軸上,從而由主控電腦通過控制控制電機(jī)4來控制面光源投影設(shè)備3的位置(工作位置)。當(dāng)然,本發(fā)明不局限于此,可以使用其它任何手動或電動控制設(shè)備來控制面光源投影設(shè)備的工作位置。
[0021]支撐框架5用于保證檢測儀能夠固定在機(jī)器人手腕上,而控制電機(jī)4直接固定在支撐框架5上。
[0022]該面光源投影設(shè)備3可以是平板電視、平板電腦、顯示器等等中的任何一種。該面光源投影設(shè)備顯示一組預(yù)編碼的圖片產(chǎn)生明暗條紋,這些明暗條紋能夠在被測物體表面上產(chǎn)生明暗反射條紋,通過變換不同的圖片以及針對投影設(shè)備相對于控制電機(jī)的位移來獲得明暗條紋的變化,并由此產(chǎn)生明暗反射條紋的變化。這種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(例如從橫向條紋轉(zhuǎn)變?yōu)樨Q向條紋)。因此,根據(jù)該面光源投影設(shè)備3相對于控制電機(jī)的位移關(guān)系并通過明暗反射條紋的變化來測量被測物體表面的三維形狀。投影設(shè)備顯示的是一組預(yù)編碼的圖片,明暗條紋的變化是通過變換不同圖片得到的。
[0023]視覺裝置7被固定至支撐框架5,用于采集在被測物體表面上的明暗反射條紋,并將采集的明暗反射條紋的圖像數(shù)據(jù)傳送到主控電腦。該視覺裝置可以是單個(gè)相機(jī)I也可以是包含兩個(gè)以上相機(jī)I的相機(jī)組,該視覺裝置還可以是具有相機(jī)I的雙目視覺儀,或者可以是能夠獲得被測物體表面上的明暗反射條紋的任何設(shè)備。
[0024]主控電腦與面光源投影設(shè)備3連接,并至少具有以下功能:控制投影設(shè)備3顯示明暗條紋、控制視覺裝置采集圖像數(shù)據(jù)、對采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、與其它設(shè)備之間的通τΗ ο
[0025]主控電腦的功能包括但不限于管理機(jī)器人運(yùn)動,投影屏顯示明暗條紋,激光投影,控制相機(jī)采集圖像,圖像處理,數(shù)據(jù)后處理,和其它設(shè)備的通訊。
[0026]以下以雙目視覺儀為例進(jìn)一步具體地說明視覺裝置。
[0027]雙目視覺儀可以包括至少兩個(gè)相機(jī)1,相機(jī)I的光學(xué)主軸可以與面光源投影設(shè)備的主軸相交也可以不與面光源投影設(shè)備的主軸相交,只要能夠完成檢測儀的測量即可。
[0028]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中包括4個(gè)雙目視覺儀,每個(gè)雙目視覺儀包括兩個(gè)相機(jī)1,優(yōu)選地,該相機(jī)可以是具有速度快,體積小,價(jià)格合理,系統(tǒng)簡單等優(yōu)點(diǎn)的GigE相機(jī)。該相機(jī)兩兩配對地固定在所述支撐框架的4個(gè)側(cè)部,從而從不同的方位獲得被測物體表面上的明暗反射條紋圖像數(shù)據(jù)。
[0029]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中,雙目視覺儀還可以包括多個(gè)激光器2,多個(gè)激光器中的至少一個(gè)定位在兩兩配對的GigE相機(jī)之間,在工作時(shí),可以調(diào)整激光器的投射角,使該投射角與同該激光器相配合的雙目視覺儀的主軸相交,從而可以在通過雙目視覺儀獲得明暗反射條紋的圖像數(shù)據(jù)時(shí),使雙目視覺儀所獲得的數(shù)據(jù)更為精確。所述激光器的觸發(fā)可以由所述主控電腦直接控制,也可以具有單獨(dú)的控制器。在鏡面反射測量中,不同觀測點(diǎn)(工作位置)所測量的物體表面是不同的,利用雙目視覺原理和激光器可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)主動視覺系統(tǒng)和被動視覺系統(tǒng),充分利用測量設(shè)備功能,擴(kuò)大了被測物體的范疇。
[0030]雙目視覺儀7還具有輔助功能:雙目視覺儀7可以利用被測物體表面可能存在的可見特征點(diǎn)進(jìn)行被動測量(對需要投影形成的特征點(diǎn)進(jìn)行測量稱為主動測量)。也就是說,即使在沒有產(chǎn)生明暗反射條紋的被測物體表面的位置處,也可以利用雙目視覺儀獲得被測物體表面的圖像數(shù)據(jù)。
[0031]此外,主控電腦還可以包括點(diǎn)云融合模塊,該點(diǎn)云融合模塊可以將在各個(gè)工作位置上取得的測量數(shù)據(jù)(三維測量點(diǎn)的坐標(biāo)云圖)整合到被測物體的CAD坐標(biāo)系中,從而形成整個(gè)的被測物體表面坐標(biāo)云圖,由此計(jì)算完整的被測物體表面的三維形狀。
[0032]根據(jù)本實(shí)施例的檢測儀在計(jì)算被測物體表面的三維形狀時(shí)利用的是凸面鏡成像的原理公式:
【權(quán)利要求】
1.一種檢測儀,所述檢測儀用于測量具有鏡面反射特征的物體表面的三維形狀,其特征在于,所述檢測儀包括: 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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測儀,其特征在于,所述檢測儀還包括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)兩兩配對地固定在所述支撐框架的4個(gè)側(cè)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測儀,其特征在于,所述相機(jī)的光學(xué)主軸與所述投影設(shè)備的光學(xué)主軸相交。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測儀,其特征在于,所述檢測儀還包括多個(gè)激光器(2),所述多個(gè)激光器中的至少一個(gè)定位在兩兩配對的相機(jī)之間,用于系統(tǒng)校正。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測儀,其特征在于,所述激光器與所述主控電腦相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測儀,其特征在于,所述檢測儀還包括點(diǎn)云融合模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測儀,其特征在于,所述檢測儀還包括接口,所述接口與外部設(shè)備相連接。
8.一種測量系統(tǒng),其特征在于,所述測量系統(tǒng)包括: 機(jī)器人平臺;和 如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的檢測儀,所述檢測儀通過接口與所述機(jī)器人平臺相結(jié)口 ο
【文檔編號】G01B11/25GK203732043SQ201320630381
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】石泉 申請人:石泉