條紋圖對(duì)比度自動(dòng)補(bǔ)償Shadow Moiré測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及Shadow Moir6測(cè)量系統(tǒng)，具體是一種基于相移技術(shù)的條紋圖對(duì)比度自 動(dòng)補(bǔ)償Shadow Moir6測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] Shadow Moir6非接觸式三維光學(xué)表面測(cè)量技術(shù)，是利用光投射到光柵上，在被測(cè) 物表面產(chǎn)生陰影光柵，而陰影光柵受到被測(cè)物表面形狀的調(diào)制會(huì)發(fā)生變形，從CCD攝像機(jī) 處觀測(cè)到陰影光柵與光柵重疊形成moir6變形條紋。變形條紋中包含有物體表面信息，通 過分析變形條紋獲得被測(cè)表面形貌信息，并采用相移技術(shù)提高測(cè)量精度。Shadow Moir6光 學(xué)三維測(cè)量技術(shù)由于具有非接觸性、高精度和全場(chǎng)顯示等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在計(jì)算機(jī)視覺、機(jī) 械零件的仿形加工、力學(xué)研究中的形狀及離面位移測(cè)量、復(fù)雜物體的三維建模以及醫(yī)學(xué)測(cè) 量等領(lǐng)域。
[0003] 相移的Shadow Moir6測(cè)量中，通過獲取不同相位的條紋圖進(jìn)行處理?xiàng)l紋圖信息， 這一過程中，由于被測(cè)物體遠(yuǎn)離光柵形成相移條紋圖，從而導(dǎo)致條紋圖條紋對(duì)比度逐漸降 低，進(jìn)而會(huì)影響后續(xù)相位提取及相位解包，因此條紋對(duì)比度自動(dòng)補(bǔ)償能夠提高測(cè)量的穩(wěn)定 性和測(cè)量精度，但相對(duì)需要測(cè)量系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為了能夠提高條紋圖對(duì)比度自動(dòng)補(bǔ)償測(cè)量的穩(wěn)定性和測(cè)量精度，需要一種 測(cè)量系統(tǒng)，特提出一種基于相移技術(shù)的條紋圖對(duì)比度自動(dòng)補(bǔ)償功能的Shadow Moir6測(cè)量系 統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案為，條紋圖對(duì)比度自動(dòng)補(bǔ)償Shadow Moir6測(cè)量系統(tǒng)，包括可調(diào) 光源和載物臺(tái)，其特征在于：載物臺(tái)上設(shè)有被測(cè)物體，被測(cè)物體上方設(shè)有正弦光柵；可調(diào)光 源通過透鏡準(zhǔn)直系統(tǒng)投射出平行光照射到正弦光柵上，正弦光柵經(jīng)由被測(cè)物表面形狀調(diào)制 的陰影光柵重疊形成moir6條紋圖，產(chǎn)生的moir6變形條紋圖通過C⑶攝像機(jī)采集處理傳 輸至控制系統(tǒng)。
[0006] 進(jìn)一步的改進(jìn)在于：正弦光柵與載物臺(tái)平行。
[0007] 進(jìn)一步的改進(jìn)在于：正弦光柵的節(jié)距為P，其中P的節(jié)距為0. 08mm或者0.1 mm或 者 0· 25mm。
[0008] 進(jìn)一步的改進(jìn)在于：可調(diào)光源通過透鏡準(zhǔn)直系統(tǒng)投射出平行光照射到正弦光柵上 和正弦光柵平面垂直方向成入射角度其中α角度為30°或者45°或者60°，C⑶攝 像機(jī)在和正弦光柵平面垂直方向?yàn)棣陆嵌忍幉杉痬oir6條紋，其中β角度為0°即可。
[0009] 進(jìn)一步的改進(jìn)在于：載物臺(tái)下設(shè)有伺服電機(jī)，并連接至控制系統(tǒng)。
[0010] 有益效果： 本發(fā)明在使用時(shí)可調(diào)光源經(jīng)過透鏡準(zhǔn)直系統(tǒng)投射平行光到正弦光柵，正弦光柵與經(jīng)由 被測(cè)物表面形狀調(diào)制的陰影光柵重疊形成moir6條紋，并可在C⑶攝像機(jī)處觀測(cè)到；并通過 計(jì)算控制CCD攝像機(jī)在連續(xù)相移運(yùn)動(dòng)中，獲得條紋圖上任一點(diǎn)灰度值變化，并計(jì)算分析光 強(qiáng)補(bǔ)償規(guī)律；根據(jù)光強(qiáng)補(bǔ)償規(guī)律由計(jì)算機(jī)控制可調(diào)光源光強(qiáng)，并進(jìn)行相移、條紋圖采集。本 系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)條紋圖采并保持采集條紋圖條紋對(duì)比度基本一致，并對(duì)獲取變 形條紋進(jìn)行信息處理計(jì)算三維測(cè)量信息并顯示；該三維測(cè)量系統(tǒng)最顯著特征：能夠自動(dòng)調(diào) 節(jié)光強(qiáng)補(bǔ)償條紋圖條紋對(duì)比度變化，提高測(cè)量可靠性和測(cè)量精度，并快速顯示測(cè)量結(jié)果；適 用于表面非接觸三維光學(xué)測(cè)量，具有較高的條紋圖對(duì)比度，能夠有效提高條紋圖相位質(zhì)量 及處理速度。
[0011] 正弦光柵與載物臺(tái)平行是為了保證獲得正確的圖像。
[0012] 正弦光柵的節(jié)距為P，P越小則條紋密度越高，但是P太小會(huì)產(chǎn)生光的衍射影響條 紋質(zhì)量，因此P的取值受到限制。
[0013] 可調(diào)光源通過透鏡準(zhǔn)直系統(tǒng)投射出平行光照射到正弦光柵上和正弦光柵平面垂 直方向成α角度，C⑶攝像機(jī)在和正弦光柵平面垂直方向?yàn)棣陆嵌忍幉杉痬oir6條紋。 通過調(diào)整α角和β角可以調(diào)整 m〇ir6條紋的條紋密度。
[0014] 載物臺(tái)下設(shè)有伺服電機(jī)，并連接至控制系統(tǒng)，伺服電機(jī)使載物臺(tái)上被測(cè)物進(jìn)行相 移并根據(jù)圖3調(diào)節(jié)可調(diào)光源的光強(qiáng)進(jìn)行條紋圖光強(qiáng)補(bǔ)償，保證條紋圖條紋對(duì)比度的一致 性，同時(shí)控制系統(tǒng)控制CCD攝像機(jī)實(shí)時(shí)獲得對(duì)應(yīng)的條紋圖對(duì)比度一致的變形moir6條紋圖。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明三維測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及整體布局。
[0016] 圖2是本發(fā)明測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量過程。
[0017] 圖3是本發(fā)明測(cè)量過程中連續(xù)相移運(yùn)動(dòng)時(shí)光強(qiáng)變化曲線的載物臺(tái)遠(yuǎn)離光柵示意 圖。
[0018] 圖4是本發(fā)明測(cè)量過程中連續(xù)相移運(yùn)動(dòng)時(shí)光強(qiáng)變化曲線的載物臺(tái)接近光柵示意 圖。
[0019] 圖中1是可調(diào)光源，2是透鏡準(zhǔn)直系統(tǒng)，3是正弦光柵，4是被測(cè)物體，5是載物臺(tái)，6 是伺服電機(jī)，7是C⑶攝像機(jī)，8是控制系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0021] 基于相移技術(shù)的條紋圖對(duì)比度自動(dòng)補(bǔ)償Shadow Moir6測(cè)量系統(tǒng)，包括可調(diào)光源1 和載物臺(tái)5,載物臺(tái)5上設(shè)有被測(cè)物體4,被測(cè)物體4上方設(shè)有正弦光柵3 ;可調(diào)光源1通過 透鏡準(zhǔn)直系統(tǒng)2投射出平行光照射到正弦光柵3上，正弦光柵3經(jīng)由被測(cè)物4表面形狀調(diào) 制的陰影光柵重疊形成moir6條紋圖，產(chǎn)生的moir6變形條紋圖通過(XD攝像機(jī)7采集處 理傳輸至控制系統(tǒng)8。
[0022] 正弦光柵3與載物臺(tái)5平行。
[0023] 正弦光柵3的節(jié)距為P，其中P的節(jié)距為0. 08mm或者0.1 mm或者0. 25mm。
[0024] 可調(diào)光源1通過透鏡準(zhǔn)直系統(tǒng)2投射出平行光照射到正弦光柵3上和正弦光柵3 平面垂直方向成入射角度其中α角度為30°或者45°或者60°，CXD攝像機(jī)7在和 正弦光柵3平面垂直方向?yàn)棣陆嵌忍幉杉痬oir6條紋，其中β角度為0°即可。
[0025] 載物臺(tái)5下設(shè)有伺服電機(jī)6,并連接至控制系統(tǒng)8。
[0026] 如圖1所示，在使用時(shí)本發(fā)明是一種于相移具有條紋圖對(duì)比度自動(dòng)補(bǔ)償功能的 Shadow Moir6測(cè)量系統(tǒng)。
[0027] 控制系統(tǒng)8控制可調(diào)光源1并經(jīng)由透鏡準(zhǔn)直系統(tǒng)2投射平行光到正弦光柵3， 控制系統(tǒng)8控制伺服電機(jī)6使載物臺(tái)5向下遠(yuǎn)離光柵3或者向上接近光柵3連續(xù)相移 運(yùn)動(dòng)，同時(shí)控制系統(tǒng)8控制CXD攝像機(jī)7獲得條紋圖上任一點(diǎn)灰度值在載物臺(tái)5連續(xù)相移 運(yùn)動(dòng)的變化規(guī)律，如圖3、4。
[0028] 控制系統(tǒng)8控制伺服電機(jī)6使載物臺(tái)5上被測(cè)物進(jìn)行相移并根據(jù)圖3、4調(diào)節(jié)可調(diào) 光源2的光強(qiáng)進(jìn)行條紋圖光強(qiáng)補(bǔ)償，保證條紋圖條紋對(duì)比度的一致性；同時(shí)控制系統(tǒng)8控制 CCD攝像機(jī)7實(shí)時(shí)獲得對(duì)應(yīng)的條紋圖對(duì)比度一致的變形moir6條紋圖。變形條紋圖的光強(qiáng) 分布函數(shù)為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 條紋圖對(duì)比度自動(dòng)補(bǔ)償Shadow Moir6測(cè)量系統(tǒng)，包括可調(diào)光源和載物臺(tái)，其特征 在于：載物臺(tái)上設(shè)有被測(cè)物體，被測(cè)物體上方設(shè)有正弦光柵；可調(diào)光源通過透鏡準(zhǔn)直系統(tǒng) 投射出平行光照射到正弦光柵上，正弦光柵經(jīng)由被測(cè)物表面形狀調(diào)制的陰影光柵重疊形成 moir6條紋圖，產(chǎn)生的moir6變形條紋圖通過(XD攝像機(jī)采集處理傳輸至控制系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的條紋圖對(duì)比度自動(dòng)補(bǔ)償Shadow Moir6測(cè)量系統(tǒng)，其特征在 于：正弦光柵與載物臺(tái)平行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的條紋圖對(duì)比度自動(dòng)補(bǔ)償Shadow Moir6測(cè)量系統(tǒng)，其特征 在于：正弦光柵的節(jié)距為P，其中P的節(jié)距為〇· 〇8mm或者0· Imm或者0· 25mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的條紋圖對(duì)比度自動(dòng)補(bǔ)償Shadow Moir6測(cè)量系統(tǒng)，其特征 在于：可調(diào)光源通過透鏡準(zhǔn)直系統(tǒng)投射出平行光照射到正弦光柵上和正弦光柵平面垂直方 向成入射角度其中α角度為30°或者45°或者60°，C⑶攝像機(jī)在和正弦光柵平面 垂直方向?yàn)棣陆嵌忍幉杉痬oir6條紋，其中β角度為0°即可。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的條紋圖對(duì)比度自動(dòng)補(bǔ)償Shadow Moir6測(cè)量系統(tǒng)，其特征在 于：載物臺(tái)下設(shè)有伺服電機(jī)，并連接至控制系統(tǒng)。
【專利摘要】本發(fā)明為條紋圖對(duì)比度自動(dòng)補(bǔ)償Shadow Moiré測(cè)量系統(tǒng)，包括載物臺(tái)上設(shè)有被測(cè)物體，被測(cè)物體上方設(shè)有正弦光柵；可調(diào)光源通過透鏡準(zhǔn)直系統(tǒng)投射出平行光照射到與載物臺(tái)平行的正弦光柵上，正弦光柵經(jīng)由被測(cè)物表面形狀調(diào)制的陰影光柵重疊形成moiré條紋圖，產(chǎn)生的moiré變形條紋圖通過CCD攝像機(jī)采集處理傳輸；正弦光柵的節(jié)距為P，其中P的節(jié)距為0.08mm或者0.1mm或者0.25mm；可調(diào)光源通過透鏡準(zhǔn)直系統(tǒng)投射出平行光照射到正弦光柵上和正弦光柵成入射角度α，CCD攝像機(jī)在和正弦光柵為β角度處采集moiré條紋，載物臺(tái)下設(shè)有伺服電機(jī)。獲得條紋圖上任一點(diǎn)灰度值變化規(guī)律，自動(dòng)調(diào)節(jié)光強(qiáng)補(bǔ)償條紋圖條紋對(duì)比度變化,實(shí)現(xiàn)條紋圖采集并保持對(duì)比度基本一致，提高測(cè)量可靠性和測(cè)量精度，適用于表面非接觸三維光學(xué)測(cè)量。
【IPC分類】G01B11-25
【公開號(hào)】CN104634278
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510094078
【發(fā)明人】張偉, 任愛華, 曾國(guó)華, 孫國(guó)興, 劉強(qiáng), 王歡, 王紅霞
【申請(qǐng)人】湖北汽車工業(yè)學(xué)院
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年3月3日