一种双光源镜面反射面测量系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种双光源镜面反射面测量系统，包括第一点光源阵列和记录由第一点光源阵列发出并经待测物件反射后的光线的摄像机，第一点光源阵列与待测物件间设有分光片，分光片的一侧设有第二点光源阵列，第二点光源阵列的光线依次经分光片和待测物件反射后投入摄像机。本双光源镜面反射面测量系统中，关键部件是分光片，通过使用分光片，可以在使用双光源定位法的同时避免了光源之间的相互遮挡，从而不需要使用机械装置移动光源，去除了机械装置带来的速度瓶颈。此外，双光源均采用点光源阵列，其可以达到很高的显示密度,从而对待测物件表面的法向量能够达到较高的测量精度，本发明结构简单，可广泛用于镜面反射的自动化测量领域。
【专利说明】一种双光源镜面反射面测量系统
【技术领域】
[0001]本发明用于物件表面测量领域，特别是涉及一种镜面反射面测量系统。
【背景技术】
[0002]工业生产中常常会生产带有镜面反射面的产品，例如光滑的塑料件表面，打磨过的金属和注塑/打磨成型的光学镜片等。对于这些产品，有的需要对其表面进行精密的测量，例如装饰面需要测量其光洁程度，非球面镜片的需要测量表面曲率等。传统的三维测量方法由于要求待测物体为漫反射表面，对于此类镜面反射表面不适用.对于镜面反射面，常见的测量方法为人工测量。一是通过肉眼观察对表面光洁度高的部件，如装饰面；二是通过接触性探测仪测量关键特征点的三维坐标，如光学镜片的测量
坐寸o
[0003]对于镜面反射的自动化测量，理论上需要观察两个可控光源所成的像或者从两个角度观察一个光源成的像，才能得到表面点的三维坐标。现有的技术主要从三个角度出发，一种是采用双光源，而由于两个光源会互相遮挡，所以需要使用机械设备来移动光源；另一种是采用两台摄像机从不同角度观察同一光源反射成的像；第三种是通过附加信息，例如物体表面的光滑度限制，生产件的CAD数据等作为初始估计，通过优化算法逐渐求得最可能的物体表面三维坐标。
[0004]人工检测的方法要求工人具有相关的经验，对人员技能要求较高，并且效率低投入大，增加了生产成本。因而不适用于大批量的高精度带镜面反射面的产品生产。
[0005]使用双光源的测量系统为了避免光源遮挡，现有技术需要使用机械设备移动光源，从而测量速度受限于机械设备的移动速度。而相比于测量系统其他环节，机械系统的移动速度很慢，成为速度瓶颈；采用双摄像头的测量系统存在大量的搜索过程，增加了复杂度；使用附加信息这种方法理论上并不完备，算法复杂，因而不适用于工业生产过程。
【发明内容】
[0006]为解决上述问题，本发明提供一种取代人工测量，避免光源相互遮挡的高精度双光源镜面反射面测量系统。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种双光源镜面反射面测量系统，包括第一点光源阵列和记录由第一点光源阵列发出并经待测物件反射后的光线的摄像机，第一点光源阵列与待测物件间设有分光片，分光片的一侧设有第二点光源阵列，第二点光源阵列的光线依次经分光片和待测物件反射后投入摄像机。
[0008]进一步作为本发明技术方案的改进，第一点光源阵列和第二点光源阵列均为液晶显示器。
[0009]进一步作为本发明技术方案的改进，分光片为设在第一点光源阵列前面的玻璃片。
[0010]本发明的有益效果:本双光源镜面反射面测量系统中，关键部件是分光片，通过使用分光片，可以在使用双光源定位法的同时避免了光源之间的相互遮挡，从而不需要使用机械装置移动光源，去除了机械装置带来的速度瓶颈。此外，双光源均采用点光源阵列，其可以达到很高的显示密度，从而对待测物件表面的法向量能够达到较高的测量精度，本发明结构简单，可广泛用于镜面反射的自动化测量领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]下面结合附图对本发明作进一步说明:
图1是本发明原理结构示意图；
图2是本发明第一实施例结构示意图；
图3是本发明第二实施例结构示意图。
【具体实施方式】
[0012]参照图1?图3，本发明提供了一种双光源镜面反射面测量系统，包括第一点光源阵列I和记录由第一点光源阵列I发出并经待测物件2反射后的光线的摄像机3，第一点光源阵列I与待测物件2间设有分光片4，分光片4的一侧设有第二点光源阵列5，第二点光源阵列5的光线依次经分光片4和待测物件2反射后投入摄像机3。
[0013]本双光源镜面反射面测量系统的工作原理如下:
当点亮第二点光源阵列5，熄灭第一点光源阵列I时，由于分光片4具有同时折射(平面分光片中等价于透射)和反射的能力，会将第二点光源阵5列发出的光线反射到待测物件2上，在摄像机3看来等价于待测物件2上镜面反射出一个像6，第二点光源阵列5的像6，从而确定出一个位置，即第二点光源阵列5的像6的位置。
[0014]当熄灭第二点光源阵列5,点亮第一点光源阵列I时,分光片4会透射第一点光源阵列I发出的光线，在摄像机3中可以看到第一点光源阵列I成的像6，从而确定出第一点光源阵列I的位置。
[0015]由于第一点光源阵列I的像6的位置和第二点光源阵列5的位置已知，入射光方向即可确定，反射光方向可由摄像机3投影原理确定，从而可以得到待测物件2表面点的法向量和三维坐标。
[0016]本发明的关键部件是分光片4，通过使用分光片4，可以在使用双光源定位法的同时避免了光源之间的相互遮挡，从而不需要使用机械装置移动光源，去除了机械装置带来的速度瓶颈。此外，双光源均采用点光源阵列，其可以达到很高的显示密度，从而对待测物件2表面的法向量能够达到较高的测量精度，本发明结构简单，可广泛用于镜面反射的自动化测量领域。
[0017]作为本发明优选的实施方式，第一点光源阵列I和第二点光源阵列5均为液晶显示器，分光片4为设在第一点光源阵列I前面的玻璃片。
[0018]液晶显示器是理想的大数量高密度的点光源阵列，同时根据玻璃具有反光和折射的特性，可以使用普通的玻璃片放置于第一点光源阵列I前面作为分光片4来降低成本。
[0019]对于多点光源构成的液晶显不器，本系统使用灰度编码(gray code)方法确定液晶显示器上每一个像素点的位置。每一个时刻显示一张编码图片，通过观测某一点不同时刻的灰度值可以形成一个时间序列灰度值。每一像素点在一个时间序列中显示的都是一个独特的2进制灰度序列值。通过观察一个像素点的2进制序列即可查表得到其像素点编号从而得到该像素点在空间中的位置。
[0020]为了给N个光源点进行编码，使得每个光源点有独特的时间序列灰度值，总共需要的时间序列长度为M，M满足2m ≥ N。
[0021]本发明还具有高速度的特点，如上所述，给N个光源点进行编码，总共需要的时间
序列长度为M，M满足2m≥n。对于一个VGA分辨率(640x480)的液晶显示器，M=19。对于
一个30fps的工业摄像机，所需要的采集时间约为0.65s。由于采用两块液晶显示器，需要的时间是两倍，即1.3s即可完成对待测物件的测量。可满足工业生产中对速度的要求。两台液晶显示器图像的切换可以通过显示全黑图像来等价关闭显示器操作，切换时间可以忽略不计。
[0022]当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
【权利要求】
1.一种双光源镜面反射面测量系统，其特征在于:包括第一点光源阵列和记录由所述第一点光源阵列发出并经待测物件反射后的光线的摄像机，所述第一点光源阵列与待测物件间设有分光片，所述分光片的一侧设有第二点光源阵列，所述第二点光源阵列的光线依次经分光片和待测物件反射后投入所述摄像机。
2.根据权利要求1所述的双光源镜面反射面测量系统，其特征在于:所述第一点光源阵列和第二点光源阵列均为液晶显示器。
3.根据权利要求2所述的双光源镜面反射面测量系统，其特征在于:所述分光片为设在第一点光源阵列前面的玻璃片。
【文档编号】G01B11/00GK103630541SQ201310625552
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】徐彬, 高福荣, 姚科 申请人:广州市香港科大霍英东研究院