检测仪以及具有该检测仪的测量系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种检测仪和检测系统。该检测仪用于测量具有镜面反射特征的物体表面的三维形状，所述检测仪包括：支撑框架（5）；控制电机（4），所述控制电机固定在所述支撑框架上；面光源投影设备（3），所述面光源投影设备连接在所述控制电机的电机主轴上；和主控电脑，所述主控电脑与所述投影设备连接，其特征在于，所述投影设备显示黑白条纹，所述黑白条纹能够在被测物体表面上产生明暗反射条纹，通过所述控制电机调整所述投影设备的工作位置，从而根据所述投影设备相对于所述控制电机的位移关系并通过所述明暗反射条纹的变化来测量被测物体表面的三维形状。
【专利说明】检测仪以及具有该检测仪的测量系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种检测仪，具体而言，涉及一种测量具有镜面反射特征的物体表面的三维形状的检测仪以及具有该检测仪的测量系统。
【背景技术】
[0002]普通三维测量仪利用主动视觉技术，通过投影激光线或者正弦波谱在物体表面建立特征点，在相平面上通过参考基准面上的投影变形计算出物体表面的三维形状。这种技术的局限在于被测物体必须具有漫反射的表面特征，对带有镜面反射特征的物体表面无能为力。对于例如汽车玻璃的这类工业产品，目前只能采用接触式的测量方法，通过抽样调查，对产品的质量进行统计评估。这种方法不仅耗时耗力，也不能达到质量测量的工业要求，既提高了使用者的风险，又增加了汽车制造企业的成本和负担。因此，需要提供一种结构简单、测量精确、成本少且操作安全的测量仪。
实用新型内容
[0003]为了解决上述问题，本实用新型提供了一种测量具有镜面反射特征的物体表面的三维形状的检测仪，其特征在于，所述检测仪包括:支撑框架；控制电机，所述控制电机固定在所述支撑框架上；面光源投影设备，所述面光源投影设备连接在所述控制电机的电机主轴上；和主控电脑，所述主控电脑与所述投影设备连接。
[0004]优选地，所述检测仪还包括4个双目视觉仪，其中每一个双目视觉仪都包括至少2个相机，并且所述相机两两配对地固定在所述支撑框架的4个侧部。
[0005]优选地，所述相机的光学主轴与所述投影设备的光学主轴相交。
[0006]优选地，所述检测仪还包括多个激光器(2)，所述多个激光器中的至少一个定位在两两配对的相机之间，用于系统校正。
[0007]优选地，所述激光器与所述主控电脑相连接。
[0008]优选地,所述检测仪还包括点云融合模块。
[0009]优选地，所述检测仪还包括接口，所述接口与外部设备相连接。
[0010]本实用新型的另一方面公开了一种测量系统，其特征在于，所述测量系统包括:机器人平台；和检测仪，所述检测仪通过接口与所述机器人平台相结合，其中所述检测仪包括:支撑框架；控制电机，所述控制电机固定在所述支撑框架上；面光源投影设备，所述面光源投影设备连接在所述控制电机的电机主轴上；和主控电脑，所述主控电脑与所述投影设备连接。
[0011]通过使用本实用新型的检测仪，能够精确、安全地测量具有镜面反射特征的物体表面的三维形状，并且其结构简单、成本小。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1示出了用于测量具有镜面反射特征的物体表面的三维形状的检测仪的立体图。
[0013]图2是图1的检测仪的仰视图。
[0014]图3是图1的检测仪的俯视图。
[0015]图4是根据本实用新型实施例的检测系统的工作原理方框图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和具体实施例对本实用新型提供的检测仪、具有该检测仪的测量系统进行详细描述。
[0017]以下参照图1对本发明实施例进行具体说明。
[0018]图1示出了用于测量具有镜面反射特征的物体表面的三维形状的检测仪I的立体图；图2是图1的仰视图；图3是图1的俯视图。以下参照图1-3对检测仪的结构进行说明。
[0019]检测仪包括支撑框架5、控制电机4、面光源投影设备3、该控制电机固定到支撑框架5、主控电脑、和至少一个视觉装置7。将在下面具体描述这些部件的功能和结构。
[0020]控制电机4固定在支撑框架5上，面光源投影设备3连接在控制电机4的电机主轴上，从而由主控电脑通过控制控制电机4来控制面光源投影设备3的位置(工作位置)。当然，本发明不局限于此，可以使用其它任何手动或电动控制设备来控制面光源投影设备的工作位置。
[0021]支撑框架5用于保证检测仪能够固定在机器人手腕上，而控制电机4直接固定在支撑框架5上。
[0022]该面光源投影设备3可以是平板电视、平板电脑、显示器等等中的任何一种。该面光源投影设备显示一组预编码的图片产生明暗条纹，这些明暗条纹能够在被测物体表面上产生明暗反射条纹，通过变换不同的图片以及针对投影设备相对于控制电机的位移来获得明暗条纹的变化，并由此产生明暗反射条纹的变化。这种明暗反射条纹的变化包括明暗反射条纹的明暗变化、粗细变化以及方位变化(例如从横向条纹转变为竖向条纹)。因此，根据该面光源投影设备3相对于控制电机的位移关系并通过明暗反射条纹的变化来测量被测物体表面的三维形状。投影设备显示的是一组预编码的图片，明暗条纹的变化是通过变换不同图片得到的。
[0023]视觉装置7被固定至支撑框架5，用于采集在被测物体表面上的明暗反射条纹，并将采集的明暗反射条纹的图像数据传送到主控电脑。该视觉装置可以是单个相机I也可以是包含两个以上相机I的相机组，该视觉装置还可以是具有相机I的双目视觉仪，或者可以是能够获得被测物体表面上的明暗反射条纹的任何设备。
[0024]主控电脑与面光源投影设备3连接，并至少具有以下功能:控制投影设备3显示明暗条纹、控制视觉装置采集图像数据、对采集的图像数据进行处理、与其它设备之间的通τΗ ο
[0025]主控电脑的功能包括但不限于管理机器人运动，投影屏显示明暗条纹，激光投影，控制相机采集图像，图像处理，数据后处理，和其它设备的通讯。
[0026]以下以双目视觉仪为例进一步具体地说明视觉装置。
[0027]双目视觉仪可以包括至少两个相机1，相机I的光学主轴可以与面光源投影设备的主轴相交也可以不与面光源投影设备的主轴相交，只要能够完成检测仪的测量即可。
[0028]在本发明的优选实施例中包括4个双目视觉仪，每个双目视觉仪包括两个相机1，优选地，该相机可以是具有速度快，体积小，价格合理，系统简单等优点的GigE相机。该相机两两配对地固定在所述支撑框架的4个侧部，从而从不同的方位获得被测物体表面上的明暗反射条纹图像数据。
[0029]在本发明的优选实施例中，双目视觉仪还可以包括多个激光器2，多个激光器中的至少一个定位在两两配对的GigE相机之间，在工作时，可以调整激光器的投射角，使该投射角与同该激光器相配合的双目视觉仪的主轴相交，从而可以在通过双目视觉仪获得明暗反射条纹的图像数据时，使双目视觉仪所获得的数据更为精确。所述激光器的触发可以由所述主控电脑直接控制，也可以具有单独的控制器。在镜面反射测量中，不同观测点(工作位置)所测量的物体表面是不同的，利用双目视觉原理和激光器可以同时实现主动视觉系统和被动视觉系统，充分利用测量设备功能，扩大了被测物体的范畴。
[0030]双目视觉仪7还具有辅助功能:双目视觉仪7可以利用被测物体表面可能存在的可见特征点进行被动测量(对需要投影形成的特征点进行测量称为主动测量)。也就是说，即使在没有产生明暗反射条纹的被测物体表面的位置处，也可以利用双目视觉仪获得被测物体表面的图像数据。
[0031]此外，主控电脑还可以包括点云融合模块，该点云融合模块可以将在各个工作位置上取得的测量数据(三维测量点的坐标云图)整合到被测物体的CAD坐标系中，从而形成整个的被测物体表面坐标云图，由此计算完整的被测物体表面的三维形状。
[0032]根据本实施例的检测仪在计算被测物体表面的三维形状时利用的是凸面镜成像的原理公式:
【权利要求】
1.一种检测仪，所述检测仪用于测量具有镜面反射特征的物体表面的三维形状，其特征在于，所述检测仪包括: 支撑框架(5)； 控制电机(4)，所述控制电机固定在所述支撑框架上； 面光源投影设备(3)，所述面光源投影设备连接在所述控制电机的电机主轴上；和 主控电脑，所述主控电脑与所述投影设备连接。
2.根据权利要求1所述的检测仪，其特征在于，所述检测仪还包括4个双目视觉仪，其中每一个双目视觉仪都包括至少2个相机(1)，并且所述相机两两配对地固定在所述支撑框架的4个侧部。
3.根据权利要求2所述的检测仪，其特征在于，所述相机的光学主轴与所述投影设备的光学主轴相交。
4.根据权利要求2所述的检测仪，其特征在于，所述检测仪还包括多个激光器(2)，所述多个激光器中的至少一个定位在两两配对的相机之间，用于系统校正。
5.根据权利要求4所述的检测仪，其特征在于，所述激光器与所述主控电脑相连接。
6.根据权利要求1所述的检测仪，其特征在于，所述检测仪还包括点云融合模块。
7.根据权利要求1所述的检测仪，其特征在于，所述检测仪还包括接口，所述接口与外部设备相连接。
8.一种测量系统，其特征在于，所述测量系统包括: 机器人平台；和 如权利要求1-7中任一项所述的检测仪，所述检测仪通过接口与所述机器人平台相结口 ο
【文档编号】G01B11/25GK203732043SQ201320630381
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2013年10月12日 优先权日:2013年10月12日
【发明者】石泉 申请人:石泉