本實(shí)用新型涉及三維形狀測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種具有載物平面實(shí)時(shí)標(biāo)定功能的三維影像測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

將線激光發(fā)射器和相機(jī)系統(tǒng)相結(jié)合進(jìn)行物體三維形狀測(cè)量的方法，具有測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需接觸、造價(jià)成本低等特點(diǎn)，在工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域被普遍采用。其原理是，利用從相機(jī)斜側(cè)方向入射的激光線光斑在載物臺(tái)平面、被測(cè)量物體表面，會(huì)因高度不同而在圖像中呈現(xiàn)出不同程度的激光線位移的特點(diǎn)，通過(guò)不斷獲取圖像序列讓激光線完整掃描過(guò)工件后就可以得出工件各個(gè)位置到載物臺(tái)平面的高度信息，從而獲取工件的三維信息。

該測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量高度的一個(gè)關(guān)鍵在于，相機(jī)光軸和載物臺(tái)平面需要保持垂直，或者是相機(jī)和載物臺(tái)之間的夾角可以測(cè)量。在實(shí)際系統(tǒng)中，機(jī)構(gòu)本身安裝精度和加工精度難以保證載物平面和光軸的始終垂直，而且直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在移動(dòng)過(guò)程中，由于自身震動(dòng)、摩擦容易造成載物臺(tái)平面傾斜。而一旦發(fā)生傾斜，工件上激光線和載物臺(tái)平面的激光線位移量就會(huì)發(fā)生變化，造成測(cè)量結(jié)果的誤差。因此，準(zhǔn)確把握測(cè)量過(guò)程中載物平面相對(duì)于光軸的傾斜角度對(duì)提高三維測(cè)量精度十分重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有載物平面實(shí)時(shí)標(biāo)定功能的三維影像測(cè)量裝置，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：

一種具有載物平面實(shí)時(shí)標(biāo)定功能的三維影像測(cè)量裝置，它包括計(jì)算單元和測(cè)量單元；其特征在于，所述測(cè)量單元是由相機(jī)、遠(yuǎn)心鏡頭、線激光發(fā)射器、標(biāo)準(zhǔn)件、直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成拍攝單元，所述直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上方設(shè)置有支架，直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)橫穿支架下方底部；相機(jī)和遠(yuǎn)心鏡頭連接好后固定到安裝支架上；標(biāo)準(zhǔn)件固定安裝到支架上，標(biāo)準(zhǔn)件上部可以為具有帶有幾何形狀的鏤空結(jié)構(gòu)，所述標(biāo)準(zhǔn)件上對(duì)稱設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)件下部臺(tái)階a和標(biāo)準(zhǔn)間下部臺(tái)階b；標(biāo)準(zhǔn)件上平面、標(biāo)準(zhǔn)件下部臺(tái)階a和標(biāo)準(zhǔn)間下部臺(tái)階b共同構(gòu)成具有兩個(gè)高度差的三個(gè)臺(tái)階；標(biāo)準(zhǔn)件的幾何形狀的尺寸可以通過(guò)其他測(cè)量?jī)x器精確測(cè)量得知；標(biāo)準(zhǔn)件下部具有臺(tái)階構(gòu)造，任意兩個(gè)臺(tái)階之間具有一定高度差，高度差的數(shù)量不少于二個(gè)，臺(tái)階的水平面平行于直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)平面，臺(tái)階的垂直面與臺(tái)階水平面保持垂直；每一個(gè)臺(tái)階的高度通過(guò)其他測(cè)量設(shè)備測(cè)量后已經(jīng)精確已知；標(biāo)準(zhǔn)件的安裝高度為相機(jī)可同時(shí)清晰拍攝到標(biāo)準(zhǔn)件上部幾何圖案和下部各個(gè)臺(tái)階平面的高度位置，并保持標(biāo)準(zhǔn)件的水平面與直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平面基本平行；相機(jī)和計(jì)算單元之間通過(guò)視頻傳輸電纜連接，測(cè)量單元上左右對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)線激光發(fā)射器，線激光發(fā)射器從相機(jī)斜側(cè)方向入射，入射激光線方向在直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上表面所呈現(xiàn)亮線方向與直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)行進(jìn)方向垂直；從線激光發(fā)生器發(fā)射的激光發(fā)散角度足以在被測(cè)量工件表面、標(biāo)準(zhǔn)件表面、直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上表面呈現(xiàn)出清晰亮線。

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的方案：所述標(biāo)準(zhǔn)件可以安裝直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一側(cè)，也可以在對(duì)稱設(shè)置在兩側(cè)。

作為本實(shí)用新型再進(jìn)一步的方案：所述標(biāo)準(zhǔn)件上部結(jié)構(gòu)也可以為表面印有帶有規(guī)則幾何形狀圖案的非鏤空結(jié)構(gòu)。

作為本實(shí)用新型再進(jìn)一步的方案：所述線激光發(fā)射器的數(shù)量不僅限于兩個(gè)，可以更多。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型提供一種具有載物平面實(shí)時(shí)標(biāo)定功能的三維影像測(cè)量裝置；結(jié)構(gòu)新穎；本裝置的主要特點(diǎn)在于，采用兩個(gè)線激光發(fā)生器以及具有特殊形狀的標(biāo)準(zhǔn)件，可以1)精確計(jì)算出光軸相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件上平面的三軸旋轉(zhuǎn)角度。2)精確計(jì)算出激光發(fā)射器相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件上平面的角度。3)精確計(jì)算出載物平臺(tái)相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件上平面的角度。通過(guò)上述三部計(jì)算，就可以計(jì)算出光軸和載物平臺(tái)之間的角度，通過(guò)該角度對(duì)求解的工件高度計(jì)算進(jìn)行補(bǔ)償，從而求得工件的真實(shí)高度；有效解決了背景技術(shù)中提到的因安裝誤差、擾動(dòng)誤差以及累計(jì)誤差導(dǎo)致測(cè)量誤差放大化的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為具有載物平面實(shí)時(shí)標(biāo)定功能的三維影像測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為具有載物平面實(shí)時(shí)標(biāo)定功能的三維影像測(cè)量裝置中測(cè)量單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為具有載物平面實(shí)時(shí)標(biāo)定功能的三維影像測(cè)量裝置中測(cè)量單元的線激光發(fā)射器與標(biāo)準(zhǔn)件的位置關(guān)系示意圖。

圖4為具有載物平面實(shí)時(shí)標(biāo)定功能的三維影像測(cè)量裝置中標(biāo)準(zhǔn)件在路徑兩側(cè)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為具有載物平面實(shí)時(shí)標(biāo)定功能的三維影像測(cè)量裝置中標(biāo)準(zhǔn)件上的臺(tái)階示意圖。

圖中：1-計(jì)算單元、2-測(cè)量單元、3-相機(jī)、4-遠(yuǎn)心鏡頭、5-標(biāo)準(zhǔn)件、6-支架、7-直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、8-測(cè)量對(duì)象、9-線激光發(fā)射器、10-標(biāo)準(zhǔn)件肋板、11-標(biāo)準(zhǔn)件上下板、12-標(biāo)準(zhǔn)件上平面、13-標(biāo)準(zhǔn)件下部臺(tái)階a、14-標(biāo)準(zhǔn)間下部臺(tái)階b、15-鏤空結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本專利的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。

請(qǐng)參閱圖1-5，一種具有載物平面實(shí)時(shí)標(biāo)定功能的三維影像測(cè)量裝置，它包括計(jì)算單元1和測(cè)量單元2；測(cè)量單元2是由相機(jī)3、遠(yuǎn)心鏡頭4、線激光發(fā)射器9、標(biāo)準(zhǔn)件5、直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7組成拍攝單元，所述直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7上方設(shè)置有支架6，直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7橫穿支架6下方底部；相機(jī)3和遠(yuǎn)心鏡頭4連接好后固定到安裝支架6上；標(biāo)準(zhǔn)件5固定安裝到支架上，標(biāo)準(zhǔn)件5可以安裝直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7的一側(cè)，也可以在對(duì)稱設(shè)置在兩側(cè)；標(biāo)準(zhǔn)件5上部可以為具有帶有幾何形狀的鏤空結(jié)構(gòu)15，所述標(biāo)準(zhǔn)件5上對(duì)稱設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)件下部臺(tái)階a13和標(biāo)準(zhǔn)間下部臺(tái)階b14；標(biāo)準(zhǔn)件上平面12、標(biāo)準(zhǔn)件下部臺(tái)階a13和標(biāo)準(zhǔn)間下部臺(tái)階b14共同構(gòu)成具有兩個(gè)高度差的三個(gè)臺(tái)階；所述標(biāo)準(zhǔn)件5也可以為表面印有帶幾何形狀的圖案非鏤空結(jié)構(gòu)；標(biāo)準(zhǔn)件5的幾何形狀的尺寸可以通過(guò)其他測(cè)量?jī)x器精確測(cè)量得知；標(biāo)準(zhǔn)件5下部具有臺(tái)階構(gòu)造，任意兩個(gè)臺(tái)階之間具有一定高度差，高度差的數(shù)量不少于二個(gè)，臺(tái)階的水平面平行于直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7的移動(dòng)平面，臺(tái)階的垂直面與臺(tái)階水平面保持垂直；每一個(gè)臺(tái)階的高度通過(guò)其他測(cè)量設(shè)備測(cè)量后已經(jīng)精確已知；標(biāo)準(zhǔn)件5的安裝高度為相機(jī)3可同時(shí)清晰拍攝到標(biāo)準(zhǔn)件5上部幾何圖案和下部各個(gè)臺(tái)階平面的高度位置，并保持標(biāo)準(zhǔn)件的水平面與直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平面基本平行；相機(jī)3和計(jì)算單元1之間通過(guò)視頻傳輸電纜連接，測(cè)量單元2上左右對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)線激光發(fā)射器9，但激光發(fā)生器的數(shù)量不僅限于兩個(gè)，可以更多；線激光發(fā)射器9從相機(jī)斜側(cè)方向入射，入射激光線方向在直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上表面所呈現(xiàn)亮線方向與直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)行進(jìn)方向垂直；從線激光發(fā)生器發(fā)射的激光發(fā)散角度足以在被測(cè)量工件表面、標(biāo)準(zhǔn)件表面、直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上表面呈現(xiàn)出清晰亮線(圖5中虛線為兩線激光發(fā)射器9發(fā)出的在標(biāo)準(zhǔn)件5上呈現(xiàn)的激光線)。

本實(shí)用新型的工作原理是：1.將被測(cè)量物體放置在直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)被測(cè)量物體沿著直線運(yùn)動(dòng)并通過(guò)相機(jī)視野范圍；2.從被測(cè)量對(duì)象進(jìn)入視野開(kāi)始，相機(jī)不斷獲取圖像。計(jì)算機(jī)運(yùn)行圖像處理算法，從每一張圖像中，提取計(jì)算如下信息：a)首先，通過(guò)比較標(biāo)準(zhǔn)件上部的實(shí)際形狀信息和圖像分析信息，獲取光軸相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件上部平面的傾斜角度。b)其次，通過(guò)比較標(biāo)準(zhǔn)件下部臺(tái)階實(shí)際高度差和臺(tái)階上激光線的位移量，獲取兩束激光線相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件上部平面的傾斜角度。c)再次，通過(guò)比較載物平面上各束激光線和其相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)件上平面激光線的位移量，獲取載物平面上兩條投影激光線位置的采樣位置高度，并利用該兩直線方程擬合相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件上平面的載物平面方程。d)再再次，通過(guò)比較標(biāo)準(zhǔn)件上平面激光線和工件表面激光線的位移量，求解工件表面到標(biāo)準(zhǔn)件上平面的高度。e)最后，通過(guò)參照同一標(biāo)準(zhǔn)件上平面，求解工件表面激光線位置到載物平面的最短距離，即為工件當(dāng)前位置高度。3.不斷重復(fù)步驟2，從每一拍攝時(shí)刻圖片中獲取被測(cè)測(cè)量物體不同位置的高度信息，直至被測(cè)量對(duì)象移出視野；最終統(tǒng)計(jì)形成完成的被測(cè)物體表面高度信息。

上面對(duì)本專利的較佳實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本專利并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下做出各種變化。