CN100342207C - 一种微小构件通孔内表面三维形貌检测装置及其标定和使用方法 - Google Patents

一种微小构件通孔内表面三维形貌检测装置及其标定和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于检测技术领域,涉及一种对微小构件通孔内表面进行三维形貌检测的检测装置。它包括平台1和计算机9,其特征在于,有一个移动装置3,被检测构件10固定其上,有一个固定在激光器支架7上的激光器6,有一个固定在摄象机支架4上的CCD摄象机5,它通过转接镜头14与硬质内窥镜11连接,硬质内窥镜11、激光器6与被检测构件10上的待检测通孔同轴。本发明结构简单,检测速度快,自动化程度高,检测精度高。

Description

一种微小构件通孔内表面三维形貌检测装置及其标定和使用方法
技术领域
本发明属于检测技术领域,涉及一种对微小构件通孔内表面进行三维形貌检测的检测装置。
背景技术
机械加工中经常会有微小管道或内有通孔的微小型构件之类的加工件。某些构件的内表面特性对于构件性能的正常发挥具有重要影响,所以,这些构件在生产之后,需要检测其内表面的情况,或者在使用过程中,需要定期的检修。这些构件内表面的检测对于生产和生活的安全,环境保护,或者保证构件及组件的性能正常等方面具有重要意义。一旦检测工作没有做好,构件带有疵病进入了生产环节,就会产生隐藏的祸患,可能造成巨大的经济损失。所以,微小型构件内表面的检测具有重要意义。
目前国内外对细小管道自动检测技术的研究方兴未艾。国外的研究针对大管径的管道内部检测的比较多,比如针对城市供水管道,排水管道,煤气管道,输油管道等的检测,针对小管径的检测技术研究相对较少,且主要在管道内自主移动的机器人或爬行器的研究。国内的研究类似。对微小型管道的目前比较成功的有两个,一个是“细小工业管道机器人移动探测器集成系统”,由上海大学研制,包含:20mm内径的垂直排列工业管道中的机器人机构和控制技术(包括螺旋轮移动机构、行星轮移动机构和压电片驱动移动机构等)、机器人管内位置检测技术、涡流检测和视频检测应用技术,在此基础上构成管内自动探测机器人系统。该系统可实现20mm管道内裂纹和缺陷的移动探测。另一个是“压电驱动微小型管道机器人的研制”,由上海交通大学研制,根据动力学原理,利用逆压电效应研制成功微小型管道机器人样机,分析了机器人的驱动原理,并据此研制了控制与驱动电路,给出了实验结果。样机质量为4.5g,外形尺寸为10×10×16mm,可在玻璃管道内上下运动,向上运动速度可达2.3mm/s,向下运动速度可达3.3mm/s,有望用于微细管道的检测与作业。另外有重庆大学光电技术与系统重点实验室开展了三维内曲面轮廓非接触式激光扫描图像测量,但主要是针对曲率半径大于几十毫米的半开放型的内曲面,不是此处研究的管道内曲面,且测量精度较低。现有的管道内表面检测技术存在如下的不足:①能够检测的管道内直径较大,多数成熟的内表面检测技术针对大、中型管道,绝大多数检测装置的检测对象管道直径在15毫米以上;②多数检测技术只是检测管道直径,管道内有无腐蚀、裂缝等瑕疵,无法检测出整个内表面的完整的形貌;③检测的自动化程度不够高,比如视频检测方法,只是拍摄内表面的情况的视频录象,然后由人观看录象来发现内表面上有无瑕疵,这样检测,既慢又容易漏检;④检测速度不够快,有的内表面检测方法一次检测一个点的信息,要检测整个内表面花费很长的时间。
发明内容
本发明的目的是:提供一种能够快速、自动、高精度地检测内孔宽度为5~15毫米的细小管道的内表面三维形貌的检测装置,以及这种装置的标定和使用方法。
本发明的技术方案是:一种微小构件通孔内表面三维形貌检测装置,包括一个平台1和计算机9,其特征在于,
(1)有一个固定在平台1上的一维线性移动装置3,在其可移动台面上固定一个载物台2,被检测构件10固定在载物台2上,被检测构件10上的待检测通孔保持水平;
(2)在一维线性移动装置3的一侧有一个固定在平台1上、可调整高度和位置的激光器支架7,激光器6固定在激光器支架7上,激光器6的光束轴线与被检测构件10上的待检测通孔同轴;
(3)在一维线性移动装置3的另一侧有一个固定在平台1上、可调整高度和位置的摄像机支架4,CCD摄像机5固定在摄像机支架4上,CCD摄像机5通过转接镜头14与一个硬质内窥镜11连接,硬质内窥镜11与被检测构件10上的待检测通孔同轴,硬质内窥镜11的直径小于被检测构件10上的待检测通孔;
(4)在硬质内窥镜11的端头套着一个玻璃管12,它的端头超出硬质内窥镜11的端头,在玻璃管12的端头上粘接着一个锥面反射镜13,该锥面反射镜13与硬质内窥镜11同轴;
(5)有一个移动装置控制器8,它通过电缆分别与一维线性移动装置3和计算机9连接。
如上面所述微小构件通孔内表面三维形貌检测装置的标定方法,其特征在于,
(1)标定摄像机的内部参数和外部参数,将一个平面靶标垂直固定在移动装置3上,平面靶标的靶面由黑白方格组成,黑白方格的角点为标定点,在移动装置3的带动下将平面靶标沿靶标平面的法向移动两次,得到靶标平面在三个位置的坐标,根据平面靶标在立体空间内分布的许多个标定点的数据,用非共面标定点标定方法计算,获得摄像机的内部参数和外部参数;
(2)标定圆结构光的几何参数和位置参数,用拉丝法标定圆结构光,拉一根细丝,使圆结构光照射到丝上产生一个亮点,用另外的三坐标测量设备测量出该亮点的三维坐标;移动细丝到圆结构光的另一位置,重复前面两步的工作;经过多次重复,得到了圆结构光曲面上均匀分布的几十个点的三维坐标;用这些点的坐标拟和空间二次曲面方程,即可得到圆结构光的几何参数和位置参数;
(3)标定移动装置3移动方向参数,将一个平面靶标垂直固定在移动装置3上,平面靶标的靶面由黑白方格组成,黑白方格的角点为标定点,选定靶标上的5~7个标定点为目标点;驱动移动装置3带着靶标满行程单向移动,在行程中的4~7个位置停顿,在每个停顿的位置,用另外的三坐标测量装置测量目标点,得到它们的三维坐标;用这些目标点的坐标计算出移动装置3移动方向参数;
(4)标定玻璃管折射畸变,采用建立折射前后的映射表的方法标定玻璃管的折射畸变。在传感探头上带有玻璃管和不带玻璃管的情况下,分别拍摄同一个平面靶标、同一个位置的两幅图像,进行图像处理,获得两幅图像中靶标上的标定点的对应的图像坐标;用获得的图像坐标建立起映射表;对于带有玻璃管折射畸变效应的图像中的每一点,都可以通过映射表,用双线性插值的方法计算出该点未经玻璃管折射畸变的图像位置,这样就完成了玻璃管折射畸变的标定。
如上面所述微小构件通孔内表面三维形貌检测装置的使用方法,其特征在于,
(1)将被检测构件10紧固在载物台2上,使待检测通孔的朝向与硬质内窥镜11和激光器6的方向一致,保持同轴;
(2)通过计算机控制启动一维线性移动装置3;
(3)每隔0.1~0.2秒,通过计算机控制摄像机拍摄一幅待检测通孔内表面的图像,计算机对采集的图像进行处理和计算,得到光条中心每个点的三维空间坐标;
(4)待被测物的内表面被扫描一遍后,停止一维线性移动装置3,计算机给出本次测量的结果;
(5)计算机控制一维线性移动装置3反向移动,待硬质内窥镜11完全从待检测通孔中退出后,停止移动。
本发明的优点是:与现有的微小管道内表面检测技术相比,本发明的检测装置结构简单,检测速度快,检测信息量大,检测的管道直径细小,视觉传感探头尺寸小,自动化程度高,检测精度高,非常有实用价值。
附图说明
图1是本发明检测装置原理框图。
图2是本发明使用的视觉传感探头设计方案的示意图。
图3是本发明使用的视觉传感探头一种实施例的结构示意图。
图4是本发明检测装置的立体结构示意图。
图5是本发明检测装置中载物台一种实施例的立体结构示意图。
图6是本发明检测装置中摄像机支架一种实施例的立体结构示意图。
图7是本发明检测装置中激光器支架一种实施例的立体结构示意图。
图8是测量两种不同形状的管子内表面时用本装置测量拍摄的图像。其中(a)是方形内孔的管子结构光图像,(b)是椭圆形内孔的管子结构光图像。
图9是不同形状的内表面用本装置测量的测量结果。
图10是本发明标定时所使用的靶标图样。
图11是拉丝法产生结构光标定点示意图。
图12是在传感探头上带有玻璃管和不带玻璃管的情况下,分别拍摄同一个平面靶标同一个位置的两幅图像,其中,(a)是无玻璃管畸变的靶标图像及提取的标定点,(b)是带有玻璃管畸变的靶标图像及提取的标定点。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。参见图1,它给出了本发明结构光视觉检测系统的基本结构框图。被测物是带有内孔(管)的微小构件。结构光投射装置和显微成像元件组成视觉传感探头,它可以进入被测管道的内部。结构光投射装置投射圆锥形的结构光到被测物内表面上形成光条。显微成像元件将内表面场景成像。一维驱动装置载动被测物,使之与视觉传感探头之间有相对位置移动,以完成对被测物内表面的扫描。CCD摄像机拍摄显微成像元件所成的像,通过图像采集模块将图像传输到计算机储存,显示和计算。
视觉传感探头的设计。本发明检测系统的核心部分是视觉传感探头的设计。图2是视觉传感探头设计方案的示意图,表示了结构光投射装置和成像装置之间的位置关系和结构光光条投射在被测管道内表面的情况。成像装置和结构光装置分别位于被测物的两侧,圆结构光从一侧投射到被测管道的内表面,摄像机通过内窥镜探头在另一侧获取结构光光条图像。
图3所示为视觉传感探头一种实施例的结构图,为了结构的完整和方便说明,将与之紧密相连的CCD摄像机和激光器也画在图中。在硬质内窥镜11的端头套着一个玻璃管12,它的端头超出硬质内窥镜11的端头,在玻璃管12的端头上粘接着一个锥面反射镜13,该锥面反射镜13与硬质内窥镜11同轴。所说的锥面反射镜[13]的半锥角范围为40°~50°,锥底直径的大小范围为Φ3.5mm~Φ4.5mm。图中用带箭头的线段表示了结构光形成的具体过程:由激光器射出一个锥角很小的圆锥曲面结构光,该结构光射到一个圆锥面反射镜上,反射后形成一个锥角接近180度的圆锥曲面结构光。所以圆锥面反射镜就是图1中的结构光投射装置。该结构光照射到被测物体的内表面上,形成一条闭合的光亮曲线,我们称之为光条。内窥镜头将被测物内表面的场景成像,即得到了黑暗的背景中带有明亮的光条的图像。光条的形状反映了内表面轮廓的形状。这种视觉传感探头结构的最大优点是结构简单,减小了探头的尺寸,是整个检测系统实现对微小空间测量的关键部分。
图4是本发明检测装置的立体结构示意图。它包括一个平台1和计算机9,其特征在于,
(1)有一个固定在平台1上的一维线性移动装置3,在其可移动台面上固定一个载物台2,被检测构件10固定在载物台2上,被检测构件10上的待检测通孔保持水平。参见图5,这是本发明检测装置中载物台一种实施例的立体结构示意图。所说的载物台2由侧支架18、升降台19、底板20和滑动导轨21组成,侧支架18固定在底板20上,滑动导轨21垂直固定在侧支架18上,升降台19带有滑动槽,与滑动导轨21滑动连接并有锁定装置。
(2)在一维线性移动装置3的一侧有一个固定在平台1上、可调整高度和位置的激光器支架7,激光器6固定在激光器支架7,激光器6的光束轴线与被检测构件10上的待检测通孔同轴。参见图6,这是本发明检测装置中摄像机支架一种实施例的立体结构示意图。所说的激光器支架7由激光管支撑架27和激光管压块28组成。激光管支撑架27由上平板、下平板和连接上下平板的可伸缩套管组成。激光管压块28由固定在上平板的立杆、套在立杆上的压板和锁紧螺钉组成。
(3)在一维线性移动装置3的另一侧有一个固定在平台1上、可调整高度和位置的摄象机支架4,CCD摄象机5固定在摄象机支架4上,CCD摄象机5通过转接镜头14与一个硬质内窥镜11连接,硬质内窥镜11与被检测构件10上的待检测通孔同轴,硬质内窥镜11的直径小于被检测构件10上的待检测通孔。参见图7,这是本发明检测装置中激光器支架一种实施例的立体结构示意图。所说的摄象机支架4由固定在底板25上的组合支架22构成,组合支架22由两块立板和一块横板通过螺钉24连接成工字结构,在横板上有摄像机固定螺孔23,通过底板螺钉26将底板25固定在平台1上。
(4)在硬质内窥镜11的端头套着一个玻璃管12,它的端头超出硬质内窥镜11的端头,在玻璃管12的端头上粘接着一个锥面反射镜13,该锥面反射镜13与硬质内窥镜11同轴。
(5)有一个移动装置控制器8,它通过电缆分别与一维线性移动装置3和计算机9连接。
下面给出本发明检测装置的一个实施例所使用的构件参数。
圆结构光激光器:加拿大Stocker Yale公司制造的型号为SNF-501C-660-20-0.77°的激光器,其输出激光为圆锥形光曲面。出瞳功率:13.5mW,波长:663.6nm,出射圆锥激光的半锥角:0.77°,电源:220VAC。
圆锥面反射镜:半锥角:45°,锥底直径:Φ4.1mm,材料:金属渡镍。
工业用硬质内窥镜:日本Olympus光学株式会社型号为R040-021-000-60的硬性镜。视场角:60°,景深:5mm~∞。
CCD摄像机:德国Basler公司生产的A302fs数字式黑白摄像机。CCD类型:1/2英寸,像元数:780(H)×582(V),像元尺寸:8.3(H)μm×8.3(V)μm,电源:12VDC,由1394电缆供电。
-维驱动装置:美国Newport制造型号为M-UTM150CC1DD:分辨率:1μm,最大速度:2.5mm/s,单向重复性误差:1.5μm,定位精度:7.5μm(5μm每100mm行程)。
移动装置控制器:美国Newport公司制造,型号为ESP100。
计算机:通用计算机。
本发明检测装置的工作原理如下:结构光投射装置向被测物内表面投射圆锥形结构光,在被测物内表面形成圆环形的明亮的光条,当被测物内表面有变形或缺陷时,形成的光条的形状也随之变化,如图8中显示的是测量两种不同形状的管子内表面时拍摄的图像,其中(a)是方形内孔的管子结构光图像,(b)是椭圆形内孔的管子结构光图像。这样,内窥镜头、被测物内表面上被结构光照亮的点(即光条上的点)和结构光原点三者构成了一个三角形几何关系,如果能知道这个三角形的几何参数,那么再结合摄像镜头的透视成像原理,就可以由拍摄的图像中光条上的点的二维图像坐标,计算出该点对应的三维空间坐标。详细的关于这一测量原理的理论参见马颂德,张正友,《计算机视觉:计算理论与算法基础》,北京:科学出版社,1998。拍摄一幅图像即可计算出内表面一个截面上所有点的三维空间坐标。使用一个一维线性移动台带动被测物相对检测传感器移动,在不同位置拍摄内表面不同截面的图像,则可以得到内表面所有截面上的所有点的三维空间坐标,即得到了内表面的密集的点的坐标。
带有光条的内表面通过显微成像元件成像在CCD的感光面上,光信号被转换为电信号;得到的数字图像在显示器上显示,同时由图像采集和处理模块进行实时的处理;图像采集和处理模块的主要功能包括采集图像,对图像进行滤波,提取光条中心,将计算得出的数据存储;在处理当前光条的图像的同时,计算机控制一维驱动装置向前移动一定距离,即结构光移动到内表面下一截面进行测量;最后,根据存储的每条光条上点的三维数据,整个内表面的三维形貌将被恢复和显示出来,如图9显示的是不同形状的内表面的测量结果。
本发明检测装置的标定。
检测系统建立之后,需要一个“标定”的过程,然后才能发挥其测量的功能。标定过程只在系统建成后进行一次即可,并不需要每次测量前都执行。标定过程的作用是对系统中的摄像机的内部参数和外部参数、圆结构光的几何参数和位置参数、移动台移动方向参数、玻璃管折射畸变等进行精确地确定。这些参数的精确值是保证检测系统进行精密测量的保证。标定的步骤如下:
(1)标定摄像机的内部参数和外部参数,将一个平面靶标垂直固定在移动装置3上,平面靶标的靶面由黑白方格组成,黑白方格的角点为标定点,在移动台的带动下将平面靶标沿靶标平面的法向移动两次,得到靶标平面在三个位置的坐标,将激光器产生的激光打在锥面镜上,产生一个激光锥面。在锥面轴心的周围大体沿轴心线的方向,将细丝拉直并与锥面相交,相交处是一个红色激光点。根据平面靶标在立体空间内分布的许多个标定点的数据,用非共面标定点标定方法计算,获得摄像机的内部参数和外部参数。非共面标定点标定方法的详细理论参见Tsai的著作《R.Y.Tsai.A Versatile Camera Calibration Technique forHigh-Accuracy 3D Machine Vision Metrology Using Off-the-Shelf TVCameras and Lenses.IEEE Journal of Robotics and Automation.Vol.RA-3,No.4,1987,323-344》。平面靶标如图7所示,其中黑白方块的角点作为标定点。
(2)标定圆结构光的几何参数和位置参数,用拉丝法标定圆结构光,拉一根细丝,使圆结构光照射到丝上产生一个亮点,将激光器产生的激光打在锥面镜上,产生一个激光锥面。在锥面轴心的周围大体沿轴心线的方向,将细丝拉直并与锥面相交,相交处是一个红色激光点。如图11所示,图中虚线表示结构光。用另外的三坐标测量设备测量出该亮点的三维坐标;移动细丝到圆结构光的另一位置,重复前面两步的工作;经过多次重复,得到了圆结构光曲面上均匀分布的几十个点的三维坐标;用这些点的坐标拟和空间二次曲面方程,即可得到圆结构光的几何参数和位置参数;标定就是获取圆锥曲面上的离散分布点在世界坐标系下的坐标并进行锥面拟和的过程。拉丝法的标定方法参见《K.W.James.Noncontact Machine Vision Metrology Within a CAD Coordinate System.Autofact’88 Conference Proceedings,1988》。
(3)标定移动台移动方向参数,将将图7所示的平面靶标垂直固定在移动装置3上,平面靶标的靶面由黑白方格组成,黑白方格的角点为标定点,选定靶标上的5~7个标定点为目标点;驱动移动台带着靶标满行程单向移动,在行程中的4~7个位置停顿,在每个停顿的位置,用另外的三坐标测量装置测量目标点,得到它们的三维坐标;用这些目标点的坐标计算出移动台移动方向参数。计算移动台移动方向参数使用了初等数学中计算两点之间方向矢量的方法,可参见任一本初中数学教科书。
(4)标定玻璃管折射畸变,采用建立折射前后的映射表的方法标定玻璃管的折射畸变。在传感探头上带有玻璃管和不带玻璃管的情况下,分别拍摄同一个平面靶标、同一个位置的两幅图像,进行图像处理,获得两幅图像中靶标上的标定点的对应的图像坐标。平面靶标采用图10所示的靶标。用获得的图像坐标建立起映射表。对于带有玻璃管折射畸变效应的图像中的每一点,都可以通过映射表,用双线性插值的方法计算出该点未经玻璃管折射畸变的图像位置,这样就完成了玻璃管折射畸变的标定。双线性插值方法可参见任一本介绍图像处理技术的教科书。图12a是在某一位置没有套玻璃管时拍摄的靶标图像经过提取角点后的图像,图12b是同一靶标在同一位置套上玻璃管后拍摄的图像经过提取角点后的图像,两幅图中的角点位置一一对应,用其对应的图像帧存坐标值建立畸变映射表。
如上面所述微小构件通孔内表面三维形貌检测装置的使用方法,其特征在于,
(1)将被检测构件10紧固在载物台2上,使待检测通孔的朝向与硬质内窥镜11和激光器6的方向一致,保持同轴;
(2)通过计算机控制启动一维线性移动装置3;
(3)每隔0.1~0.2秒,通过计算机控制摄像机拍摄一幅待检测通孔内表面的图像,计算机对采集的图像进行处理和计算,得到光条中心每个点的三维空间坐标;
(4)待被测物的内表面被扫描一遍后,停止一维线性移动装置3,计算机给出本次测量的结果;
(5)计算机控制一维线性移动装置3反向移动,待硬质内窥镜11完全从待检测通孔中退出后,停止移动。
本发明检测装置的一个实施例的检测对象、功能和精度如下:
检测装置的检测对象是内孔宽度在5~15毫米之间,长度小于90毫米的各种形状的内孔(管道内表面),要求是通孔;对被测物的形状没有特殊要求,目前的样机要求被测物的外径小于100毫米。
检测装置的功能是:检测出整个或部分内表面的三维形貌,内表面上任一点的三维坐标,内表面的周长,直径等几何参数。
检测装置的样机的测量精度是:单点坐标测量时,点的坐标在x,y,z三个方向的分量之误差的均方根值分别为:RMSx=0.0464mm,RMSy=0.0208mm,RMSz=0.0428mm。三个均方根误差的合成为:RMS=0.0665mm。任意两点之间距离测量时,距离误差平均值为:0.033mm。系统的重复性测量误差,重复性测量误差小于0.015mm。

Claims (7)

1、一种微小构件通孔内表面三维形貌检测装置,包括一个平台[1]和计算机[9],其特征在于,
(1)有一个固定在平台[1]上的一维线性移动装置[3],在其可移动台面上固定一个载物台[2],被检测构件[10]固定在载物台[2]上,被检测构件[10]上的待检测通孔保持水平;
(2)在一维线性移动装置[3]的一侧有一个固定在平台[1]上、可调整高度和位置的激光器支架[7],激光器[6]固定在激光器支架[7]上,激光器[6]的光束轴线与被检测构件[10]上的待检测通孔同轴;
(3)在一维线性移动装置[3]的另一侧有一个固定在平台[1]上、可调整高度和位置的摄像机支架[4],CCD摄像机[5]固定在摄像机支架[4]上,CCD摄像机[5]通过转接镜头[14]与一个硬质内窥镜[11]连接,硬质内窥镜[11]与被检测构件[10]上的待检测通孔同轴,硬质内窥镜[11]的直径小于被检测构件[10]上的待检测通孔;
(4)在硬质内窥镜[11]的端头套着一个玻璃管[12],它的端头超出硬质内窥镜[11]的端头,在玻璃管[12]的端头上粘接着一个锥面反射镜[13],该锥面反射镜[13]与硬质内窥镜[11]同轴;
(5)有一个移动装置控制器[8],它通过电缆分别与一维线性移动装置[3]和计算机[9]连接。
2、根据权利要求1所述的检测装置,其特征在于,所说的载物台[2]由侧支架[18]、升降台[19]、底板[20]和滑动导轨[21]组成,侧支架[18]固定在底板[20]上,滑动导轨[21]垂直固定在侧支架[18]上,升降台[19]带有滑动槽,与滑动导轨[21]滑动连接并有锁定装置。
3、根据权利要求1所述的检测装置,其特征在于,所说的激光器支架[7]由激光管支撑架[27]和激光管压块[28]组成。
4、根据权利要求1所述的检测装置,其特征在于,所说的摄像机支架[4]由固定在底板[25]上的组合支架[22]构成,组合支架[22]由两块立板和一块横板通过螺钉[24]连接成工字结构,在横板上有摄像机固定螺孔[23],通过底板螺钉[26]将底板[25]固定在平台[1]上。
5、根据权利要求1、2、3、4其中之一所述的检测装置,其特征在于,所说的锥面反射镜[13]的半锥角范围为40°~50°,锥底直径的大小范围为Φ3.5mm~Φ4.5mm。
6、如权利要求1所述微小构件通孔内表面三维形貌检测装置的标定方法,其特征在于,
(1)标定摄像机的内部参数和外部参数,将一个平面靶标垂直固定在移动装置[3]上,平面靶标的靶面由黑白方格组成,黑白方格的角点为标定点,在移动装置[3]的带动下将平面靶标沿靶标平面的法向移动两次,得到靶标平面在三个位置的坐标,根据平面靶标在立体空间内分布的许多个标定点的数据,用非共面标定点标定方法计算,获得摄像机的内部参数和外部参数;
(2)标定圆结构光的几何参数和位置参数,用拉丝法标定圆结构光,拉一根细丝,使圆结构光照射到丝上产生一个亮点,用另外的三坐标测量设备测量出该亮点的三维坐标;移动细丝到圆结构光的另一位置,重复前面两步的工作;经过多次重复,得到了圆结构光曲面上均匀分布的几十个点的三维坐标;用这些点的坐标拟和空间二次曲面方程,即可得到圆结构光的几何参数和位置参数;
(3)标定移动装置[3]移动方向参数,将一个平面靶标垂直固定在移动装置[3]上,平面靶标的靶面由黑白方格组成,黑白方格的角点为标定点,选定靶标上的5~7个标定点为目标点;驱动移动装置[3]带着靶标满行程单向移动,在行程中的4~7个位置停顿,在每个停顿的位置,用另外的三坐标测量装置测量目标点,得到它们的三维坐标;用这些目标点的坐标计算出移动装置[3]移动方向参数;
(4)标定玻璃管折射畸变,
采用建立折射前后的映射表的方法标定玻璃管的折射畸变,在传感探头上带有玻璃管和不带玻璃管的情况下,分别拍摄同一个平面靶标、同一个位置的两幅图像,进行图像处理,获得两幅图像中靶标上的标定点的对应的图像坐标;用获得的图像坐标建立起映射表;对于带有玻璃管折射畸变效应的图像中的每一点,都可以通过映射表,用双线性插值的方法计算出该点未经玻璃管折射畸变的图像位置,这样就完成了玻璃管折射畸变的标定。
7、如权利要求1所述微小构件通孔内表面三维形貌检测装置的使用方法,其特征在于,
(1)将被检测构件[10]紧固在载物台[2]上,使待检测通孔的朝向与硬质内窥镜[11]和激光器[6]的方向一致,保持同轴;
(2)通过计算机控制启动一维线性移动装置[3];
(3)每隔0.1~0.2秒,通过计算机控制摄像机拍摄一幅待检测通孔内表面的图像,计算机对采集的图像进行处理和计算,得到光条中心每个点的三维空间坐标;
(4)待被测物的内表面被扫描一遍后,停止一维线性移动装置[3],计算机给出本次测量的结果;
(5)计算机控制一维线性移动装置[3]反向移动,待硬质内窥镜[11]完全从待检测通孔中退出后,停止移动。
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