基于光谱共焦技术的手机曲面外壳轮廓测量方法及其测量设备与流程

本发明涉及手机外壳质量检测领域，更具体地，涉及一种基于光谱共焦技术的手机外壳轮廓测量方法及其测量设备。

背景技术：

随着人们对手机产品质量要求的不断提高和自动化技术的发展，手机外壳轮廓形状检测也越来越多的要求提高精度和采用自动化测量的方法实现。手机外壳形状精度检测主要包括背壳和侧面弧面轮廓的检测。为了实现这两个部分的检测，现有的技术方法主要包括以下四种：

1)接触式测量：使用该种方法的测量仪器，测脚需要接触测量工件表面，测量用时较长并且可能损伤工件表面。

2)采用工业相机进行视觉检测：该方法采用多目相机从不同角度检测手机外壳，该方法需要经过复杂的图像处理过程，对环境光线的要求严苛，不易实现精密检测；

3)采用激光扫描传感器测量：该方法通过传动装置带动激光扫描传感器相对被测工件旋转或平移，记录下与工件不同位置的距离信息，通过数学转换后获得整体工件的轮廓信息。但是当被测工件外表面为低反射率表面时，会导致反射光强小，测量误差大的问题；

4)采用光谱共焦技术测量：因为通过相同透镜时，不同波长的单色光的焦距不同。该方法可以通过光谱共焦传感器分析反射光中光强的波峰对应的波长值，得到与对应表面的距离值，由于该方法对于反射光强度要求低，所以可应用于反射率低的手机外壳表面轮廓检测。

采用光谱共焦技术检测手机轮廓的精度高，对工件材质要求低，且比激光扫描测量仪的测量范围广。因此，采用光谱共焦技术检测手机轮廓的设备逐渐成为了市场的主力设备。手机外轮廓由背壳和弧形侧面组成,现有的光谱共焦测量仪都采用将单个光谱测量仪固定在z轴上，然后通过平移产品，使光谱测量仪扫描产品，并获取整个产品的轮廓数据，这种方案虽然存在结构较为简单的优点，但是存在下述缺陷，就是当弧形侧面倾斜角较大时，由于弧面反射光无法被光谱测头收集，因此就无法获取较大弧形侧面的轮廓数据，这样就无法完整的获取整个产品的轮廓数据。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于光谱共焦技术的手机曲面外壳轮廓测量方法，包括如下步骤：

s3:装上待测手机外壳，并建立待测手机外壳位置坐标系；在手机外壳的四条边上选取多点扫描，记录每次扫描时手机外壳边缘的位置数据，通过记录的手机外壳的边缘位置点拟合直线，得到手机外壳四条边直线，将其中一条直线调整为与y轴或x轴平行，再通过这四条直线求出手机外壳中心位置，把该位置设置成原点(0、0、0)，在手机外壳的背面上至少采集三个点(a、b、c)的高度数据建立基准面；

s4：对手机外壳预定位置进行扫描，得出数据；

通过公式一，把三个色散共焦光谱量仪测出的数据转换成标准的、统一的坐标系的高度值；

公式一：

其中d为色散共焦光谱量仪的光学笔与标定测量点之间的距离，α为两侧色散共焦光谱量仪与垂直方向的夹角，且两夹角相等，d1为光谱量仪的光学笔与测量点连线的曲线垂直高度；

s5:通过公式二计算待检测手机外壳侧边截面曲线垂直高度，公

式二：

其中d′为光谱量仪的光学笔与手机外壳测量点之间的距离，t表示从坐标原点出发光谱量仪沿x轴移动的时间；dx为光谱量仪的光学笔沿x轴的移动距离，h为侧边光谱采集测量点数据转换后相对于标准测量点的相对垂直距离差值，即截面曲线的高度差数据；

计算两侧光谱沿垂直方向均匀分布的高度数据，首先需要将测得的高度数据的沿x轴的分布距离转换为垂直方向光谱量仪沿x轴的分布距离，需做如下转换：

dx′＝(dx-d′sinα)cosα当采用折线连接数据点作为最终拟合曲线时，需要通过插值得到沿x轴任意相同距离δdy对应的高度数据，对应的转换公式为：

其中hi-1，表示前一测量点的垂直高度和沿x轴移动距离，hi，表示后一测量点的垂直高度和沿x轴移动距离，h′，dx′表示插值得到的垂直高度和沿x轴移动距离；

s6:拟合拼接完成之后，求出相应点位的数据到所述基准面的距离；如果所述距离在公差范围之内，则该被测手机外壳为合格产品，否则为不合格产品。

作为对本发明的改进，在s3步之前还包括如下步骤：

s1：将标准手机外壳固定在水平旋转装置上，调整三个光谱的空间位置，使三个色散共焦光谱量都能够完整扫描整个截面轮廓，保证这三个部分的轮廓信息可以被光谱量仪接收；并使三个色散共焦光谱量仪的光斑在一条平行于x轴的直线上；并记录两侧色散共焦光谱量仪的射线延长线与中间色散共焦光谱量仪垂直方向射线延长线的夹角；

s2:三个色散共焦光谱量仪对标准手机外壳进行扫描，并记录色散共焦光谱量仪的沿x轴方向的移动速度vx。

本发明还提拱一种色散共焦光谱量装置，包括安装板，在所述安装板上设有用于采集背面数据的第一色散共焦光谱量仪、用于采集第一弧面数据的第二色散共焦光谱量仪和用于采集第二弧面数据的第三色散共焦光谱量仪；所述第二色散共焦光谱量仪和第三色散共焦光谱量仪分别设在第一色散共焦光谱量仪的两侧，所述第一色散共焦光谱量仪的发射光线基本垂直于被测产品的背壳平面，第二色散共焦光谱量仪的发射光线的延长线与第一色散共焦光谱量仪的发射光线的延长线呈第一夹角；第三色散共焦光谱量仪的发射光线的延长线与第一色散共焦光谱量仪的发射光线的延长线呈第二夹角；所述第一夹角和第二夹角为锐角。

作为对本发明的改进，在所述安装板上，所述第一色散共焦光谱量仪与所述安装板的连接处，设有用于校正所述第一色散共焦光谱量仪刻度指示盘。

作为对本发明的改进，所述第二色散共焦光谱量仪包括用于上下调整的上下调整机构、用于左右调整的左右调整机构、用于前后调整的前后调整机构、用于角度调整的角度调整机构。

作为对本发明的改进，所述第三色散共焦光谱量仪包括用于上下调整的上下调整机构、用于左右调整的左右调整机构、用于前后调整的前后调整机构、用于角度调整的角度调整机构。

本发明还提供一种测量设备，包括色散共焦光谱量装置和水平旋转装置，所述色散共焦光谱量装置，包括安装板，在所述安装板上设有用于采集背面数据的第一色散共焦光谱量仪、用于采集第一弧面数据的第二色散共焦光谱量仪和用于采集第二弧面数据的第三色散共焦光谱量仪；所述第二色散共焦光谱量仪和第三色散共焦光谱量仪分别设在第一色散共焦光谱量仪的两侧，所述第一色散共焦光谱量仪的发射光线基本垂直于被测产品的背壳平面，第二色散共焦光谱量仪的发射光线的延长线与第一色散共焦光谱量仪的发射光线的延长线呈第一夹角；第三色散共焦光谱量仪的发射光线的延长线与第一色散共焦光谱量仪的发射光线的延长线呈第二夹角；所述第一夹角和第二夹角为锐角；所述水平旋转装置位于色散共焦光谱量装置的下方，所述水平旋转装置包括用于设置被测产品的治具，所述治具通过旋转台与底板连接。

作为对本发明的改进，在所述安装板上，所述第一色散共焦光谱量仪与所述安装板的连接处，设有用于校正所述第一色散共焦光谱量仪刻度指示盘。

本发明具有以下有益效果：

(1)通过调节两侧色散共焦光谱量仪与垂直方向的角度或者在两侧添加更多色散共焦光谱量仪可以测到外壳斜度更大的曲面轮廓的高度数据，从而采用多个光谱设备一次性检测背壳和侧边曲面的形状精度。

(2)采用数学变换将采集的斜面数据进行差值，可以获得等效于正面采集的均衡数据。

附图说明

图1是手机外壳截面轮廓检测流程图；

图2是建立坐标的示意图。

图3是双曲屏手机背壳检测示意图。

图4是四曲屏手机背壳检测示意图。

图5是计算待测手机外壳测量点相对于标定测量点的相对垂直距离示意图；

图6是将测得高度数据的沿x轴的分布距离转换为光谱量仪沿x轴的分布距离的示意图；

图7是本发明光谱量仪的结构示意图；

图8是水平旋转装置的结构示意图；

图9是本发明测量装置的结构示意图；

图10是实例中进行拼接后的手机外壳截面曲线模型。

具体实施方式

下面结合具体案例对本发明进行说明。

请参见图1至图4，图1为本发明中实施例的检测流程图，该方法包括：

s1：将标准手机外壳固定在水平旋转装置上，调整三个色散共焦光谱量仪的空间位置，使三个色散共焦光谱量仪都能够完整扫描整个截面轮廓，保证这三个部分的轮廓信息可以被色散共焦光谱量仪接收；并使三个色散共焦光谱量仪的光斑在一条平行于x轴的直线上；并记录两侧色散共焦光谱量仪的射线延长线与中间色散共焦光谱量仪垂直方向射线延长线的第一夹角α1和第二夹角α2。如果第一夹角和第二夹角相同，则第一夹角α1等于第二夹角α2，可统称为夹角α。

s2:三个色散共焦光谱量仪对标准手机外壳进行扫描，并记录色散共焦光谱量仪的沿x轴方向的移动速度vx；以上是对色散共焦光谱量仪的标定方法，对于同一批被测产品，在检测前，只需要标定一次。

s3:对待测手机外壳进行检测，见图2，装上待测手机外壳，并建立待测手机外壳位置坐标系；在手机外壳的四条边上选取多点扫描，记录每次扫描时手机外壳边缘的位置数据，通过记录的手机外壳的边缘位置点拟合直线，得到手机外壳四条边直线，将其中一条直线调整为与y轴或x轴平行，再通过这四条直线求出手机外壳中心位置，把该位置设置成原点(0、0、0)，在手机外壳的背面上至少采集三个点(a、b、c)的高度数据建立基准面。

s4：对手机外壳预定位置进行扫描，例如根据手机外壳的具体形状，对手机外壳采取“三横三纵”和四条角斜线，见图3和图4；

手机外壳一般分为双曲屏玻璃和四曲屏玻璃，双曲屏玻璃扫描位置如图3所示采取“三横三纵”；四曲屏玻璃扫描位置如图4所示,采取“三横三纵”和四条角斜线；

通过公式一，把三个色散共焦光谱量仪测出的数据转换成标准的、统一的坐标系的高度值。如图5所示。

公式一：

其中d为色散共焦光谱量仪的光学笔与标定测量点之间的距离，α为两侧色散共焦光谱量仪与垂直方向的夹角，且两夹角相等，d1为光谱量仪的光学笔与测量点连线的曲线垂直高度。特别情况下，当左、中、右三个色散共焦光谱量仪均与垂直方向呈一定夹角时，此时的夹角要分别用不同的α值进行计算。

s5:图6所示，通过公式二计算待检测手机外壳侧边截面曲线垂直高度，公式二：

其中d′为光谱量仪的光学笔与手机外壳测量点之间的距离，t表示从坐标原点出发光谱量仪沿x轴移动的时间。dx为光谱量仪的光学笔沿x轴的移动距离，h为侧边光谱采集测量点数据转换后相对于标准测量点的相对垂直距离差值，即截面曲线的高度差数据。

当两边测头与垂直方向角度大小不相等，即α1≠α2时，在转换左侧弧面数据时，上述转换式的α值为α1值，在转换右侧弧面数据时，上述转换式的α值为α2值。

计算两侧光谱沿垂直方向均匀分布的高度数据，首先需要将测得的高度数据的沿x轴的分布距离转换为垂直方向光谱量仪沿x轴的分布距离，需做如下转换：

dx′＝(dx-d′sinα)cosα

当采用折线连接数据点作为最终拟合曲线时，需要通过插值得到沿x轴任意相同距离δdx对应的高度数据，对应的转换公式为：

其中表示前一测量点的垂直高度和沿x轴移动距离，hi，表示后一测量点的垂直高度和沿x轴移动距离，h′，dx′表示插值得到的垂直高度和沿x轴移动距离。

s6：拟合拼接完成之后，求出相应点位的数据到所述基准面的距离；如果所述距离在公差范围之内，则该被测手机外壳为合格产品，否则为不合格产品。

请参见图7，图7揭示的是一种色散共焦光谱量装置10，包括安装板11，在所述安装板11上设有用于采集背面数据的第一色散共焦光谱量仪12、用于采集第一弧面数据的第二色散共焦光谱量仪13和用于采集第二弧面数据的第三色散共焦光谱量仪14；所述第二色散共焦光谱量仪13和第三色散共焦光谱量仪14分别设在第一色散共焦光谱量仪12的两侧，所述第一色散共焦光谱量仪12的发射光线121基本垂直于被测产品的背壳平面，第二色散共焦光谱量仪13的发射光线131的延长线与第一色散共焦光谱量仪12的发射光线121的延长线呈第一夹角α1；第三色散共焦光谱量仪14的发射光线141的延长线与第一色散共焦光谱量仪12的发射光线121的延长线呈第二夹角α2；所述第一夹角α1和第二夹角α2为锐角。

优选的，在所述安装板11上，所述第一色散共焦光谱量仪12与所述安装板11的连接处，设有用于校正所述第一色散共焦光谱量仪12刻度指示盘111。

优选的，所述第二色散共焦光谱量仪13包括用于上下调整的上下调整机构132，所述上下调整机构132包括上下调节旋钮1321和上下直线导轨副1322，旋转上下调节旋钮1321可以使第二色散共焦光谱量仪13上下移动；用于左右调整的左右调整机构133，所述左右调整机构133包括左右调节旋钮1331和左右直线导轨副1332，旋转左右调节旋钮1331可以使第二色散共焦光谱量仪13左右移动；用于前后调整的前后调整机构134，所述前后调整机构134包括前后调节旋钮1341和前后直线导轨副1342，旋转前后调节旋钮1341可以使第二色散共焦光谱量仪13前后移动；用于角度调整的角度调整机构135，所述角度调整机构135包括角度调节旋钮1351和角度旋转盘1352，旋转角度调节旋钮1351可以使第二色散共焦光谱量仪13角度变化。

优选的，所述第三色散共焦光谱量仪14包括用于上下调整的上下调整机构142，所述上下调整机构142包括上下调节旋钮1421和上下直线导轨副1422，旋转上下调节旋钮1421可以使第三色散共焦光谱量仪14上下移动；用于左右调整的左右调整机构143，所述左右调整机构143包括左右调节旋钮1431和左右直线导轨副1432，旋转左右调节旋钮1431可以使第三色散共焦光谱量仪14左右移动；用于前后调整的前后调整机构144，所述前后调整机构144包括前后调节旋钮1441和前后直线导轨副1442，旋转前后调节旋钮1441可以使第三色散共焦光谱量仪14前后移动；用于角度调整的角度调整机构145，所述角度调整机构145包括角度调节旋钮1451和角度旋转盘1452，旋转角度调节旋钮1451可以使第三色散共焦光谱量仪14角度变化。

请参见图8和图9，图8和图9揭示的是一种测量设备，包括色散共焦光谱量装置10和水平旋转装置9，所述色散共焦光谱量装置10，包括安装板11，在所述安装板11上设有用于采集背面数据的第一色散共焦光谱量仪12、用于采集第一弧面数据的第二色散共焦光谱量仪13和用于采集第二弧面数据的第三色散共焦光谱量仪14；所述第二色散共焦光谱量仪13和第三色散共焦光谱量仪14分别设在第一色散共焦光谱量仪12的两侧，所述第一色散共焦光谱量仪12的发射光线121基本垂直于被测产品的背壳平面，第二色散共焦光谱量仪13的发射光线131的延长线与第一色散共焦光谱量仪12的发射光线121的延长线呈第一夹角α1；第三色散共焦光谱量仪14的发射光线141的延长线与第一色散共焦光谱量仪12的发射光线121的延长线呈第二夹角α2；所述第一夹角α1和第二夹角α2为锐角；所述水平旋转装置9位于色散共焦光谱量装置10的下方，所述水平旋转装置9包括用于设置被测产品的治具91，所述治具91通过旋转台92与底板93连接；本实施例中，在治具91上设有被检手机外壳95，所述治具91通过过渡板96与旋转台92，旋转台92旋转后的角度变化值，可以通过数据线94传回控制中心，或受控制中心控制，旋转台92按指令旋转。

优选的，在所述安装板11上，所述第一色散共焦光谱量仪12与所述安装板11的连接处，设有用于校正所述第一色散共焦光谱量仪12刻度指示盘111。

如图10所示，为将左侧边，背壳和右侧边进行拼接后的曲线示意图，图10上标有拼接标识点100。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。