一种点阵结构光测量平面度的方法与流程

技术特征：

1.一种点阵结构光测量平面度的方法,其特征在于，包括：如下步骤：

步骤一：使用棋盘标定板对图像采集器进行标定，得到图像采集器的内参数矩阵，畸变系数和图像采集器相对于待测平面的外参数，即旋转向量和平移向量；

步骤二：理论推导点阵结构光在待测位置上的理想平面上的分布，得到点阵中各点在世界坐标系中的坐标；

步骤三：进行坐标转换，即对理想平面进行投影，将理想平面上点阵结构光中的各点从世界坐标系映射到像素坐标系中，得到点阵中各点在像素坐标系中的坐标1；

步骤四：使用点阵结构光发光器将点阵结构光照射待测平面上，利用已标定的图像采集器采集投影图像，发送到中央处理器对获得的图像进行处理，得到点阵中各点的在像素坐标系中的坐标2；

步骤五：将与点阵结构光中各点逐一对应的坐标1与坐标2做差值，得到各点的像素偏移量；

步骤六：应用光电三角法测量方法的原理，得到对应点的物理偏移；并进行数据处理，得到待测面的平面度；光电三角法测量方法的原理具体为：激光器激发单点式发射光，经会聚透镜聚焦后，照射在待测物体表面；待测物体表面发生漫反射，接收透镜接收散射光，并成像于CCD的成像面上；当待测物体表面发生变化或移动，入射光点在入射光轴的方向上移动。

2.根据权利要求1所述的一种点阵结构光测量平面度的方法,其特征在于，步骤二：理论推导点阵结构光在待测位置上的理想平面上的分布，得到点阵中各点在世界坐标系中的坐标；上述点阵结构光通过投影仪做为光源生成的投影 图像产生，或通过点激光经正交光栅生成的衍射图像产生。

3.根据权利要求1所述的一种点阵结构光测量平面度的方法,其特征在于，步骤三：进行坐标转换，即对理想平面进行投影，将理想平面上点阵结构光中的各点从世界坐标系映射到像素坐标系中，得到点阵中各点在像素坐标系中的坐标1；上述坐标转换具体过程为：将理想平面上点阵结构光中的各点的世界坐标转换为摄像机坐标，再将摄像机坐标转换为像平面坐标，进行畸变校正，再将像平面坐标转换为像素坐标。

4.根据权利要求1所述的一种点阵结构光测量平面度的方法,其特征在于，步骤四：使用点阵结构光发光器将点阵结构光照射待测平面上，利用已标定的图像采集器采集投影图像，发送到中央处理器对获得的图像进行处理，得到点阵中各点的在像素坐标系中的坐标2；

上述图像处理的方法具体为：

1)打开待处理的图片，并校正图片的畸变；

2)生成灰度图像，并进行平滑滤波、开运算、闭运算等预处理；

3)对灰度图像进行阈值化；

4)查找灰度图像的轮廓，采用矩形拟合的方式确定光斑所在的区域；

5)在矩形区域内，运用重心法，即式(1)(2)计算光斑的中心；式中，S为目标区域，(x₀，y₀)为目标形心，I为像素的灰度值，(i，j)为像素坐标；

6)运用曲线拟合的方法，即式(3)(4)精确定位光斑的中心；式中，(x_sub，y_sub)为目标形心；(x₀，y₀)为重心法得到的形心，灰度值为f_0x或f_0y；f_-1x，f_1x为以(x₀，y₀)这个像素点为基准分别向前、向后获取一个像素点的灰度值；f_-1y，f_1y以(x₀，y₀)这个像素点为基准分别向上、向下获取一个像素点的灰度值；

至此，得到点阵中各点的在像素坐标系中的坐标。

5.根据权利要求1所述的一种点阵结构光测量平面度的方法,其特征在于，步骤六：应用光电三角法测量方法的原理，得到对应点的物理偏移；并进行数据处理，得到待测面的平面度；光电三角法测量方法的原理具体为：激光器激发单点式发射光，经会聚透镜聚焦后，照射在待测物体表面；待测物体表面发生漫反射，接收透镜接收散射光，并成像于CCD的成像面上；当待测物体表面发生变化或移动，入射光点在入射光轴的方向上移动；上述光电三角法测量方法的具体计算过程为：设成像透镜的焦距为f，由斯凯普弗拉格条件，即物面、透镜主面、成像面必须相交于同一条直线，得：

由高斯定理可得：

由三角关系结合正弦定理整理可得：

在实际测量中，物像关系一定，因此物距a和像距b可知，也可以确定入射光线和反射光线的夹角θ₁和CCD成像面与成像透镜的夹角θ₂，这样只要知道像点在CCD成像面上的位移x’，就可以求得物点的位移x。

6.根据权利要求1所述的一种点阵结构光测量平面度的方法,其特征在于，步骤六：应用光电三角法测量方法的原理，得到对应点的物理偏移；并进行数据处理，得到待测面的平面度；光电三角法测量方法的原理具体为：激光器激发单点式发射光，经会聚透镜聚焦后，照射在待测物体表面；待测物体表面发生漫反射，接收透镜接收散射光，并成像于CCD的成像面上；当待测物体表面发生变化或移动，入射光点在入射光轴的方向上移动；

上述数据处理具体步骤为：

首先要建立一个测量参考面，称为测量基面；测量点相对于测量基面的偏移就是测量值；对测量值进行数据处理，得到评定平面度误差的理想平面，这个理想平面称为评定基面；将各测量点的测量值转换为相对于评定基面的距离；各测量点位于评定基面上方时距离取正值，位于评定基面下方时距离取负值，寻找各测量点距离的最大值和最小值，二者的差值就是平面度误差值；

根据评定基面不同的选取方法，评定平面度误差的方法可分为：对角线平面法，三远点平面法，最小二乘法和最小包容区域法；三远点法选取的评定基面是相距较远的三个点所建立的平面；

假设点阵结构光中各点所对应的偏移量如下述矩阵所示：

选择a₁，e₁，e₅这三个相距较远且不在一条直线上的点，建立评定基面，评定平面度误差；

以a₁和e₁连线为旋转轴进行旋转，旋转量为P，使得e₁和e₅的坐标值相等，变换结果如矩阵(9)所示；

以e₁和e₅连线为旋转轴进行旋转，旋转向量为Q，使得a₁的坐标值与e₁、e₅的坐标值相等，结果如矩阵(10)所示；

利用a₁，e₁，e₅坐标值相等求出旋转量P和Q；将P和Q也代入矩阵(10)，找出坐标值的最大值和最小值；对这两个数据做差值，计算结果就是所要得到的平面度误差值。

7.根据权利要求1所述的一种点阵结构光测量平面度的方法,其特征在于，上述图像采集器为单目相机。