一种双路对称折反式三维物体形貌检测装置的制作方法

本实用新型涉及光学三维测量技术领域，特别是涉及一种双路对称折反式三维物体形貌检测装置。

背景技术：

三维物体形貌测量是现在科技发展的一项重要手段，广泛应用于逆向工程、自动在线检测、文物数字化、医学诊断、人体测量等，目前的测量方法主要为非接触式测量。非接触式测量又分为主动式和被动式，前者是指通过投射器向被测物体投射特定的结构光，结构光受到被测物体高度调制而发生形变，由摄像机采集变形前后的结构光条纹，经过解调得到变形光栅的包裹相位值和真实相位值，再通过物体高度和相位的映射关系得到被测物体的三维轮廓；后者不需要额外的光源，在自然光照明条件下通过特定的技术来获得三维轮廓。

由于主动式结构光测量方法精度高，体积小，大量程，便于安装和维护，计算简单等优点，在实际三维轮廓测量技术中被广泛应用。而现有的主动式结构光测量方法有以下缺陷：采用传统的光栅条纹投影的结构光较难实现，测量精度受物理光学的限制，使结构光投射到被测物体后存在遮挡和阴影得不到完全消除的问题，导致投射到被测物体表面的结构光调制效果差，在后期图像处理时，测量精度与测量速度相互矛盾，难以同时提高。

所以本实用新型提供一种新的方案来解决此问题。

技术实现要素：

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的在于提供一种双路对称折反式三维物体形貌检测装置，以解决上述问题。

其解决的技术方案是，一种双路对称折反式三维物体形貌检测装置，包括光源、准直模块、处理模块、第一光路、第二光路和用于采集待测物体图像数据的工业摄像机；所述光源发出的光线经准直模块到达处理模块；所述准直模块包括沿光源光线方向依次设置的第一透镜、第二透镜和第一普通光阑；所述处理模块包括数字微镜器件，数字微镜器件表面设置有微镜片，微镜片将处理后的光源光线在两个对称方向上形成两束分别经由第一光路和第二光路的一次反射光线；所述第一光路包括有依次设置的第一电子开关式光阑、第三透镜、第一全反射镜，第一光路上的一次反射光线经过第一电子开关式光阑、第三透镜到达第一全反射镜，经由第一全反射镜形成第一光路上的二次反射光线，所述二次反射光线经过第二普通光阑到达待测物体；所述第二光路与第一光路相同，且相同的器件相对于光源光线所在的直线对称设置；所述工业摄像机的镜头光心与待测物体中心所在的直线和第一光路、第二光路上两束二次反射光线的角平分线重合。

优选的，所述光源、准直模块、处理模块、第一光路和第二光路包括的所有器件的中心均位于同一平面上。

优选的，所述第一透镜与第二透镜的距离为两者焦距之和。

优选的，所述数字微镜器件表面与光源光线垂直设置。

优选的，所述光源发出的光线与两束一次反射光线的角度跟别为+24°、-24°。

优选的，所述第一全反射镜的中心设置在第三透镜的焦距处。

优选的，所述光源为激光源。

通过以上技术方案，本实用新型的有益效果为:

1.第一光路和第二光路形成双路对称折反式结构，有效地解决现有技术中结构光条纹投射到待测物体后存在遮挡和阴影得不到完全消除的问题，使结构光条纹分辨率更高，双路对称折反式结构还可以解决后期图像拼接的技术问题，设备简单，光路搭建简单易行；

2.准直模块包括第一透镜、第二透镜和第一普通光阑，第一透镜与第二透镜的距离为两者焦距之和，运用扩束镜原理将光束较小的激光束扩大并保持光线平行，以确保透射光可以准直汇聚到数字微镜器件上，且完全覆盖数字微镜器件表面的微镜片，再通过调节第一普通光阑,使透射光不过多超过微镜片面积，以达到较好的反射效果；

3.设置第一电子开关式光阑和第二电子开关式光阑交替工作，同一时刻仅允许一条光路通过，为工业摄像机对结构光条纹的采集提供方便，使采集工作简单易行。

附图说明

图1为本实用新型一种双路对称折反式三维物体形貌检测装置的结构示意图。

图2为本实用新型一种双路对称折反式三维物体形貌检测装置的光路示意图。

图中：1为第一透镜，2为第二透镜，3为第一普通光阑，4为数字微镜器件， 10为第一全反射镜，11为第一电子开关式光阑，12为第三透镜，13为第二普通光阑，20为第二全反射镜，21为第二电子开关式光阑，22为第四透镜，23为第三普通光阑。

具体实施方式

有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图2对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

如图1所示的一种双路对称折反式三维物体形貌检测装置，包括光源101、准直模块102、处理模块103、第一光路104、第二光路105和工业摄像机106。

光源101发出的光线经准直模块102汇聚到处理模块103上，准直模块102包括沿光源101的光线方向依次设置的第一透镜1、第二透镜2和第一普通光阑3，处理模块102包括数字微镜器件4（DMD芯片），数字微镜器件4表面设置有微镜片。光源101采用主动式光源，具体实施时，可采用集中度较高的激光源，以达到更好的光路效果，由于激光源光束产生的光斑过小，不足以完全覆盖数字微镜器件4上的微镜片，因此需要扩束处理，运用扩束镜原理，将第一透镜1与第二透镜2的距离设置为两者焦距之和，激光源光线经焦距为40mm的第一透镜1得到汇聚，再经过焦距为400mm的第二透镜2得到扩束后的平行透射光，以确保透射光可以准直汇聚到数字微镜器件4上，且完全覆盖数字微镜器件4上的微镜片，再通过调节第一普通光阑3,使透射光不过多超过微镜片面积，以达到较好的反射效果。

数字微镜器件4表面与光源101的光线垂直设置，以达到更好的接收效果，光源101的光线经准直模块102到达数字微镜器件4时，数字微镜器件4运用现有技术将光源101的光线处理成具有编码信息的结构光条纹，通过计算机控制，数字微镜器件4表面的微镜片可实现±12°的高速翻转，从而将处理后的光源101的光线在两个对称方向上形成两束一次反射光线，根据反射原理可知，光源101的光线与两束一次反射光线的角度分别为+24°和-24°。

如图2所示，+24°方向上的一次反射光线依次透过第一光路的第一电子开关式光阑11和焦距为100mm的第三透镜12后到达第一全反射镜10，第一全反射镜10的中心设置在第三透镜12的焦距处，第三透镜12将+24°方向上的一次反射光线汇聚，并在第一全反射镜10上形成+24°方向上的二次反射，+24°方向上的二次反射光线经第二普通光阑13投射到待测物体P表面；-24°方向上的一次反射光线依次透过第二电子开关式光阑21和焦距为100mm的第四透镜22后到达第二全反射镜20，第二全反射镜20的中心设置在第四透镜22的焦距处，第四透镜22将-24°方向上的一次反射光线汇聚，并在第二全反射镜20上形成-24°方向上的二次反射，-24°方向上的二次反射光线经第三普通光阑23投射到待测物体P表面。通过计算机（也可手动）控制第一电子开关式光阑11和第二电子开关式光阑21交替工作，即同一时刻仅允许±24°方向上的某一束一次反射光线通过。

第一光路104和第二光路105上相同的器件相对于光源101的光线所在的直线对称设置，从而第一光路104和第二光路105呈双路对称折反式结构，有效地解决现有技术中结构光条纹投射到待测物体后存在遮挡和阴影得不到完全消除的问题，使结构光条纹分辨率更高，双路对称折反式结构还可以解决后期图像拼接的技术问题，设备简单，光路搭建简单易行。

光源101、准直模块102、处理模块103、第一光路104和第二光路105包括的所有器件的中心均位于同一平面上，光路搭建简单易行，工业摄像机106的镜头光心与待测物体P中心所在的直线和第一光路104、第二光路105上两束二次反射光线形成的的角平分线重合，以达到更好的拍摄角度，使工业摄像机拍摄的结构光条纹满足处理要求且图像更清晰。

工业摄像机106采集工作流程如下：数字微镜器件4在±24°方向上反射两束结构光条纹；开启第一电子开关式光阑11，关闭第二电子开关式光阑21，此时第一光路104通，第二光路105不通，工业摄像机106进行第一次采集；开启第二电子开关式光阑21，关闭第一电子开关式光阑11，此时第二光路105通，第一光路104不通，工业摄像机106进行第二次采集。

两束结构光条纹分别投射到待测物体P上，通过工业摄像机106分别采集第一光路104和第二光路105上不同的结构光条纹，工业摄像机106将采集到的两组结构光条纹发送给计算机，由计算机的图像处理软件对两组结构光条纹进行三维重建并进行图像拼接，从而得到待测物体P的三维模型。

以上所述是结合具体实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型具体实施仅局限于此；对于本实用新型所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本实用新型技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本实用新型保护范围之内。