三维面形检测方法及装置与流程

[0001]
本发明涉及一种三维面形检测方法及用于实施该方法的装置。


背景技术：

[0002]
目前检测自由曲面面型轮廓的方法大多数是通过三坐标测量仪来测量，但三坐标测量是一种接触式测量，测量周期长，测量设备昂贵，而且在测量过程中可能对被测物体挤压造成形变，产生数据失真。还有一种投影光栅非接触式测量技术，它需要投影图像到待测物体表面，且计算过程较为复杂，过程中存在较大的累积误差，精度较低。并且，传统技术各个相机以及投影装置的设置形式无法测量透明玻璃曲面产品。
[0003]
另外，传统的检测设备中，条纹投影装置每投影一个条纹图案需要一段刷新时间，而且该装置无法反馈刷新是否完成的信息，所以，每投射完一个图案，都需要等待一段固定时间，等待投影刷新完成后，再投射下一个条纹图案，图案数量越多，等待时间就累计的越多。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于提供一种三维面形检测方法及装置，以提高面形检测的效率。
[0005]
为实现上述目的，本发明提供一种三维面形检测方法及装置，方法包括以下步骤：
[0006]
a、向被测物体投射条纹图案，并对投射过程进行监控；
[0007]
b、在当前条纹图案投射完成后切换下一张条纹图案；
[0008]
c、根据被测物体反射回的投影信息解算出被测物体的三维轮廓形貌。
[0009]
根据本发明的一个方面，在所述步骤(c)中，
[0010]
还包括将三维轮廓形貌与标准设计模型对比，得到误差分布情况。
[0011]
根据本发明的一个方面，在所述步骤(a)中，投射条纹图案的方式为使条纹图案从投影设备中滚动投射。
[0012]
三维面形检测装置，包括相机组、物料放置平台和投影设备，所述相机组包括主检测相机和辅助定位相机，所述相机组还包括投影检测相机，用于检测所述投影设备当前投射的条纹图案是否投射完成。
[0013]
根据本发明的一个方面，所述相机组中包括两个辅助定位相机，且分别位于所述主检测相机两侧。
[0014]
根据本发明的一个方面，在检测状态下，所述主检测相机与被测物体垂直；
[0015]
三个相机与竖直方向的夹角为25-45
°
，两个所述辅助定位相机与水平方向的夹角为25-50
°
；
[0016]
所述投影设备与竖直方向夹角为30-70
°
。
[0017]
根据本发明的一个方面，还包括处理终端。
[0018]
根据本发明的一个方面，所述投影设备为lcd显示器或数字投影仪，所述辅助定位相机为ccd相机或者cmos相机。
[0019]
根据本发明的一个方案，利用投影检测相机实时监测投影设备的刷新情况，在投影设备完成当前条纹图案的滚动投射后，可立即切换投影下一张条纹图案，从而节省了传统的等待固定时间，提高了整体检测效率。
[0020]
根据本发明的一个方案，将条纹图案投射至被测物体的方式为使条纹图案在投影设备中滚动显示，这样，在整个检测过程中，投影设备可保持固定，从而提高检测精度。
[0021]
根据本发明的一个方案，设置两个辅助定位相机为主检测相机提供辅助定位，这样能够省去传统设备中的激光、标尺等标志物，而仅利用两个辅助定位相机即可完成精准定位，同时可提高检测精度。另外，三相机的组合配合合理的设置投影设备的角度也使得本发明能够同时适应于高反射率和透明玻璃产品的检测。
[0022]
根据本发明的一个方案，三个相机与竖直方向的夹角均为25-45
°
，两个辅助定位相机与水平方向的夹角基本上均为25-50
°
，主检测相机在检测状态下与被测物体垂直，投影设备与竖直方向呈30-70
°
。如此，投影设备、三个相机的光轴与物料放置平台平面三者在一定角度范围内，利用较大的光线入射角度，提高光线反射进入相机的能量，来增强光栅信号，使相机能有效采集透明产品对光栅条纹的高度调制信息，能够使得透明玻璃产品也能够反射足够强度的条纹图案使相机组接收到，从而使得本装置能够同时能够检测具有自由曲面的高反射率和高透光的透明玻璃产品的三维面型轮廓。
附图说明
[0023]
图1是示意性表示根据本发明的一种实施方式的装置的正视图(透视)；
[0024]
图2是示意性表示根据本发明的一种实施方式的装置的轴测图(透视)；
[0025]
图3是示意性表示根据本发明的一种实施方式的装置的侧视图(透视)。
具体实施方式
[0026]
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
[0028]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
[0029]
参见图1，本发明提供一种三维面形检测方法及用于实施该方法的装置，其中，本发明的装置包括相机组1、物料放置平台2和投影设备3，当然外部还设有工作箱体。在检测时，被测物体位于可升降调节式的物料放置平台2上，由投射光栅条纹的投影设备3向被测物体投射结构光光栅条纹图案，再由相机组1接收被测物体反射的条纹图案。根据本发明的构思，在投影设备3投影的过程中将被监控，在其投射完当前的条纹图案后立即切换下一张
图案，从而提高检测效率。为实现此目的，本发明的装置的相机组1中还额外设置了投影检测相机13，专门用于检测投影设备3的当前投射的条纹图案是否投射完成。
[0030]
如图1所示，本发明的相机组1包括主检测相机11和辅助定位相机12。现有技术中仅利用一个辅助定位相机，因此一般还需额外设置激光、标尺等标志物进行辅助定位。其中，辅助定位相机12设置两个辅助定位相机12，且分别位于主检测相机11两侧。这样，位于一侧的辅助定位相机12找准被测物体上的一点后，另一辅助定位相机12则可直接定位这一点，从而无需设置另外的标志物。本发明中，辅助定位相机12基本对称的位于主检测相机11的两侧即可(即保证检测时也能够覆盖产品即可)，且结合和图2可知，三个相机分别与水平方向和竖直方向呈一定夹角，具体的，三个相机与竖直方向的夹角均为25-45
°
，两个辅助定位相机12与水平方向的夹角基本上均为25-50
°
。另外，对于主检测相机11，还要保证其检测状态下与被测物体垂直。如图3所示，本发明将投影设备3与竖直方向呈一定夹角安装。具体的，该夹角可以为30-70
°
。如此，投影设备3、三个相机的光轴与物料放置平台2平面三者在一定角度范围内，利用较大的光线入射角度，提高光线反射进入相机的能量，来增强光栅信号，使相机能有效采集被测产品(尤其是玻璃)对光栅条纹的高度调制信息，能够使得透明玻璃产品也能够反射足够强度的条纹图案使相机组接收到，从而使得本装置能够同时能够检测具有自由曲面的高反射率和高透光的透明玻璃产品的三维面型轮廓。本发明的主检测相机11具有大视野范围，可保持高精度的前提下检测出最大为400mm*300mm尺寸产品的三维轮廓。辅助定位相机12为ccd相机或者cmos相机，这样，这两个相机为主检测相机11提供辅助定位，从而使得后续进行条纹解析时可以获得更精确的三维信息，测量精度约可提高40％。具体的，相机获取条纹信息的方式为根据标定信息(即相机与被测物体的距离和位置)以及三角法(即相机、投影设备和被测物体组成三角形)获取，这种方式提升了检测精度，降低噪声及杂光等。为了提高检测精度，也可使用更多的相机。
[0031]
继续参见图3，本发明还设置了处理终端4，在相机组1接收到条纹图案后利用相位解析的方式获取三维立体信息。这种方式需要滚动地向被测物体投射条纹图案，从而使处理终端4能够接收到条纹图像。本发明为了保证检测的最大精度，将投影设备3整体固定，而是使其投影的条纹图案滚动投射。为实现这一目的，投影设备3可以选择lcd显示器或数字投影仪，从而使其滚动显示或投射条纹图案。根据图3可知，在投影设备3投影的过程中，由投影检测相机13对准投影设备3进行监控。由于投影监测相机13仅负责监控投影设备3是否刷新完成，因此，在安装时只需使投影检测相机13的视野范围覆盖投影设备3屏幕的最后刷新位置即可。这样，在当前条纹图案滚动完成后，投影检测相机13会立即检测到刷新完成的信息，使得处理终端4可以及时控制投影设备3切换另一个条纹图案，从而快速的完成所有条纹图案的投射。如此，对个条纹图案的投影使得处理终端4能够快速的接收到一系列条纹图案进行处理。
[0032]
本发明中，在被测方体放置在物料放置平台2上后，需要调节物料放置平台2的高度，从而使被测物体进入相机组1的检测(视野)范围内。当然，同一类型的被测物体在第一件产品调节一次高度后，后续无需再次调节，可一键式直接进行检测并输出被测物体表面反射区域的三维轮廓。另外，在调整好被测物体的高度后，还需自动调整相机组1中各个相机的曝光度，从而防止光线过强而造成过曝，以及光线过弱导致光强不够。在根据被测物体反射回的投影信息解算出被测物体的三维轮廓形貌后，还将三维轮廓形貌与标准设计模型
文件对比，得到误差分布情况。本发明采用的对比方式为点云对比，从而比对出哪些点与理想的标准模型存在差距，以判断当前产品的曲率是否合格，以及是否存在划痕等。由此，本发明实现了非接触、高效率、高精度且适应性较广的检测。
[0033]
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。