一種遠(yuǎn)心條紋相位測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測量裝置，尤其是一種不使用遠(yuǎn)心鏡頭實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)心效果的遠(yuǎn)心條紋相位測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]三維物體表面形貌的測量，在機(jī)械制造領(lǐng)域又稱為逆向工程，在現(xiàn)代加工制造及實(shí)際作業(yè)生產(chǎn)中起著越來越重要的作用。隨著三維物體表面形狀的非接觸檢測技術(shù)在科研、醫(yī)學(xué)診斷、工程設(shè)計(jì)、刑事偵查現(xiàn)場痕跡分析、自動在線檢測、質(zhì)量控制、機(jī)器人及許多生產(chǎn)過程中越來越廣泛的應(yīng)用，人們對三維形貌測量的要求也越來越高，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。
[0003]物體表面三維形貌檢測可分為接觸式和非接觸式兩類。
[0004]接觸式表面形貌檢測技術(shù)采用觸針測量物體表面輪廓，該方法有如下難以克服的缺點(diǎn):①由于測頭與測件相接觸造成的測頭變形和磨損，使儀器在使用一段時間后測量精度下降；②測頭為了保證耐磨性和剛性而不能做得非常細(xì)小尖銳，如果測頭頭部曲率半徑大于被測表面上微觀凹坑的半徑必然造成該處測量數(shù)據(jù)的偏差；③為使測頭不至于很快磨損，測頭的硬度一般都很高，因此不適于精密零件及軟質(zhì)表面的測量。
[0005]非接觸式的三維形貌檢測技術(shù)可以避免接觸式檢測所遇到的困難。光學(xué)測量是非接觸式測量技術(shù)中的一種常用技術(shù)，以其測量速度快、分辨率高、非接觸、適應(yīng)性強(qiáng)、自動化程度高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)在逆向工程、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、數(shù)控加工、工業(yè)快速成型、產(chǎn)品質(zhì)量檢測、人體測量、醫(yī)學(xué)診斷、刑事偵查現(xiàn)場痕跡分析、以及建筑、橋梁、隧道等大型基礎(chǔ)設(shè)施檢測等諸多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。
[0006]非接觸式三維形貌檢測技術(shù)，如結(jié)構(gòu)光投影，一般使用激光按事先設(shè)計(jì)的光強(qiáng)分布模式投影在特定區(qū)域。這種投影一般采用專門的設(shè)備進(jìn)行控制，調(diào)整非常不便。另外，當(dāng)投影結(jié)構(gòu)光采用激光作為光源時，由于激光特有的干涉特性，投射光強(qiáng)分布會有散斑效應(yīng)，對測量精度產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，現(xiàn)在大多采用非干涉光，即白光做結(jié)構(gòu)光投影光源。投影儀是一種最常用的影像投影設(shè)備，可作為結(jié)構(gòu)光投影。
[0007]相位測量輪廓術(shù)是一種常用的結(jié)構(gòu)光三維形貌測量技術(shù)。相位測量輪廓術(shù)的相位與高度關(guān)系有線性與非線性之分，其對應(yīng)的光路分別為“遠(yuǎn)心光路”與“非遠(yuǎn)心光路”。所謂“遠(yuǎn)心光路”是指投影鏡頭與成像鏡頭均采用“遠(yuǎn)心鏡頭”，使投影的條紋圖像的放大倍數(shù)和接收的條紋圖像的放大倍數(shù)在景深范圍內(nèi)分別保持不變，即為“遠(yuǎn)心光路”。所謂“非遠(yuǎn)心光路”是指投影鏡頭與成像鏡頭均采用“非遠(yuǎn)心鏡頭”，投影的條紋圖像和接收的條紋圖像在景深范圍內(nèi)放大倍數(shù)不等?！胺沁h(yuǎn)心光路”中若匹配投影單元與成像單元的放大倍數(shù)使其在景深范圍內(nèi)之積保持不變，則稱其為“遠(yuǎn)心條紋”光路。因?yàn)橄辔粶y量輪廓術(shù)的相位測量模型基于條紋等間距的假定，因此“遠(yuǎn)心條紋”光路可以提高相位測量精度。
[0008]有鑒于此特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有“非遠(yuǎn)心光路”相位測量輪廓技術(shù)的不足，提供一種對被測量物體尺寸沒有限制且不采用“遠(yuǎn)心光路”即能夠獲得遠(yuǎn)心條紋的相位測量裝置。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用技術(shù)方案的基本構(gòu)思是:一種遠(yuǎn)心條紋相位測量裝置，包括投影單元和成像單元，
[0011]投影單元，包括投影鏡頭、光源和條紋圖像發(fā)生器；光源照射條紋圖像發(fā)生器生成條紋圖像、投影鏡頭將條紋圖像投影至被測物體；
[0012]成像單元，包括成像元件和成像鏡頭，成像鏡頭將被測物體上的條紋圖像成像于成像元件上；
[0013]所述投影單元的投影光軸和成像單元的成像光軸對稱交叉，投影單元的放大倍數(shù)與成像單元的放大倍數(shù)互為倒數(shù)；所述的投影鏡頭與所述的成像鏡頭焦距相等。
[0014]進(jìn)一步的，所述投影單元的條紋圖像發(fā)生器投影的條紋圖像為面結(jié)構(gòu)光。
[0015]進(jìn)一步的，所述投影單元的條紋圖像發(fā)生器投影的條紋圖像為線結(jié)構(gòu)光。
[0016]本發(fā)明的另一種方案為:一種遠(yuǎn)心條紋相位測量裝置，包括投影單元和成像單元，
[0017]投影單元，包括投影鏡頭、光源和條紋圖像發(fā)生器；光源照射條紋圖像發(fā)生器生成條紋圖像、投影鏡頭將條紋圖像投影至被測物體；
[0018]成像單元，包括成像元件和成像鏡頭，成像鏡頭將被測物體上的條紋圖像成像于成像元件上；
[0019]所述投影單元的投影光軸和成像單元的成像光軸對稱交叉，投影單元的放大倍數(shù)與成像單元的放大倍數(shù)互為倒數(shù)；所述被測物體的高度平面與參考平面之間的距離為Λ，所述投影鏡頭像方焦點(diǎn)到物體的距離為xp，所述成像鏡頭的物方焦點(diǎn)到物體的距離為X1,Λ〈〈χρ 且 Λ?χ10
[0020]進(jìn)一步的，Δ / Xp小于0.3且Δ / Xi小于0.3。
[0021]進(jìn)一步的，所述投影單元的條紋圖像發(fā)生器投影的條紋圖像為面結(jié)構(gòu)光。
[0022]進(jìn)一步的，所述投影單元的條紋圖像發(fā)生器投影的條紋圖像為線結(jié)構(gòu)光。
[0023]采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果。
[0024]本發(fā)明所述的裝置不但在參考平面上的投影條紋圖像的條紋間距相等，成像景深范圍內(nèi)的條紋圖像的條紋間距相等，而且參考平面與景深范圍內(nèi)的條紋圖像的條紋間距也相等，實(shí)現(xiàn)非遠(yuǎn)心光路上的“遠(yuǎn)心條紋”效果；由于采用非遠(yuǎn)心光路，因此本發(fā)明擴(kuò)大了使用范圍，不僅可以進(jìn)行微小物體的高精度測量也可以進(jìn)行宏觀物體的高精度測量。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明所述的測量裝置結(jié)構(gòu)光路示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明所述的測量裝置另一結(jié)構(gòu)光路示意圖；
[0027]其中:1為投影單元，10為光源，11為投影芯片，12為投影鏡頭，13為投影單元的投影光軸；2為被測物體，21為參考平面；22為高度平面；3為成像單元，31為成像芯片，32為成像鏡頭，33為成像單元的成像光軸
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0029]如圖1和圖2所示，本發(fā)明所述的測量裝置包括投影單元I和成像單元3，投影單元I包括投影鏡頭12、光源10和投影芯片11，投影芯片11即為條紋圖像發(fā)生器，投影芯片11投影的條紋圖像為面結(jié)構(gòu)光或者為線結(jié)構(gòu)光；投影單元I利用來自光源10的光經(jīng)過投影芯片11、投影鏡頭12將條紋圖像投影至被測物體2的表面上；成像單元3包括成像芯片31和成像鏡頭32，成像芯片31即為成像元件，成像鏡頭32將被測物體2表面上的條紋圖像成像于成像芯片31上。投影單元的投影光軸13與被測物體2法線的夾角為a，成像單元的成像光軸33與被測物體2法線的夾角為β。所述投影單元的投影光軸13和成