CN108458670A - 一种双线激光的三维轮廓扫描装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种双线激光的三维轮廓扫描装置及方法，该装置包括：第一线激光器，以第一扫描角度发射测量用的线激光；第二线激光器，以第二扫描角度发射测量用的线激光；运动平移装置，带着被测物体进行平移运动；图像采集装置，对被测物体的线激光扫描图像进行图像采集；控制与数据处理装置，控制所述运动平移装置进行运动，并控制所述图像采集装置采集被测物体的线激光扫描图像，接收所述线激光扫描图像并对其进行处理，将相同轮廓的数据对齐后，再将因二次反射点位置的不同而导致未对齐的二次反射点数据去除，得到实际物体的三维轮廓信息。该双线激光的三维轮廓扫描装置尤其能够针对复杂、光滑金属表面进行高精度的三维轮廓扫描。
Description
技术领域
本发明涉及三维测量领域，特别是涉及一种双线激光的三维轮廓扫描装置及方法。
背景技术
非接触式三维测量技术就是测量装畳不需要与被测物体表面接触，就能完成对被测物体表面的三维形貌测量。与接触式三维测量方法相比，它有如下优点：对被测物体表面基本没有损伤、测量速度快效率高、工作距离灵活可变，受环境的影响较小。非接触式测量技术由于其无损的测量方式越来越广泛应用于三维测量领域，其中线激光扫描技术由于其结构简单、原理简单、扫描速度快、扫描精度较高等特点在三维测量领域的使用也越来越广泛。
线激光扫描技术是指利用线激光器投射一维线激光到物体表面，图像采集装置采集到物体表面变形的线激光，然后根据三角测量原理得到物体表面相应位置的三维信息。线激光扫描方法的优点是：装置原理简单，精度较高，对环境要求较低。其缺点是：扫描时间较长，对于数据处理的要求较高。
具有复杂结构的光滑金属表面在进行线激光扫描过程中，会由于镜面反射到金属表面的其他部分再次反射到相机的成像平面上，这样产生的二次反射问题对三维轮廓测量的精度产生很大的影响，从而降低了测量的精度。现有的线激光扫描产品依靠手工去除这些影响，并不能很好地解决这方面的问题。
总之，现有的技术存在的问题是：在复杂、光滑的金属表面进行三维轮廓扫描的时候，会由于二次反射现象的存在而影响三维轮廓扫描时的精度，不能很好地进行三维测量。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种双线激光的三维轮廓扫描装置及方法，用来解决对物体表面进行三维轮廓扫描时候二次反射现象带来的干扰，从而获取更高精度的三维扫描结果。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种双线激光的三维轮廓扫描装置，包括：
第一线激光器，相对于被测物体的平移表面以第一扫描角度θ1发射测量用的线激光；
第二线激光器，相对于被测物体的平移表面以不同于所述第一扫描角度θ1的第二扫描角度θ2发射测量用的线激光；
运动平移装置，与所述第一线激光器和所述第二线激光器相配合，带着被测物体进行平移运动，来完成线激光扫描过程；
图像采集装置，对被测物体的线激光扫描图像进行图像采集；
控制与数据处理装置，控制所述运动平移装置进行运动，并控制所述图像采集装置采集被测物体的线激光扫描图像，接收所述线激光扫描图像并对其进行处理，得到实际物体的三维轮廓信息。
进一步地：
所述第一线激光器和所述第二线激光器以各自的扫描角度固定在不同的支架上。
所述第一线激光器和所述第二线激光器为一字型线激光器。
所述图像采集装置为CCD相机或CMOS相机。
一种三维轮廓扫描方法，使用所述的双线激光的三维轮廓扫描装置对被测物体的三维轮廓进行扫描。
进一步地：
其中通过所述第一线激光器和所述第二线激光器以各自的扫描角度分别对被测物体进行扫描，使用采集到的扫描数据分别得到被测物体真实三维轮廓信息的同时，也得到被测物体表面的二次反射点信息，通过将两次扫描得到的三维轮廓信息进行比对分析，将相同轮廓的数据对齐后，再将二次反射干扰点进行对比去除，从而得到去除二次反射点干扰之后的真实三维轮廓信息。
所述第一线激光器和所述第二线激光器以各自的扫描角度固定在不同的支架上。
所述第一线激光器和所述第二线激光器为一字型线激光器。
所述图像采集装置为CCD相机或CMOS相机。
所述被测物体为具有复杂结构的光滑表面的金属件。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1)本发明的双线激光的三维轮廓扫描装置及扫描方法，克服传统线激光扫描装置在扫描复杂、光滑金属表面时会由于二次反射现象而产生很大的测量误差，通过利用单线激光变角度装置实现多个角度扫描同一个被测物体，然后进行比对，从而去除二次反射干扰点，实现高精度的测量；
2)本发明的双线激光的三维轮廓扫描装置采用两个线激光器进行三维扫描的方式，硬件成本较低，方式简便，测量精度较高，易于进行快速检测；
3)本发明的双线激光的三维轮廓扫描装置结构简单，针对复杂、光滑金属表面存在的二次反射现象的测量问题，使用该双线激光的三维轮廓扫描装置进行三维轮廓扫描，提高了测量的准确性，测量效率高，且通用性强。
附图说明
图1为本发明一种实施例的双线激光的三维轮廓扫描装置的整体结构图；
图2为本发明一种实施例的双线激光的三维轮廓扫描方法的流程图；
图3为本发明一种实施例的一种双线激光三维轮廓扫描装置所采用的激光三角法的原理图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参阅图1至图3，在一种实施例中，一种双线激光的三维轮廓扫描装置，包括：
第一线激光器1，相对于被测物体的平移表面以第一扫描角度θ1发射测量用的线激光；
第二线激光器2，相对于被测物体的平移表面以不同于所述第一扫描角度θ1的第二扫描角度θ2发射测量用的线激光；
运动平移装置4，与所述第一线激光器1和所述第二线激光器2相配合，带着被测物体进行平移运动，来完成线激光扫描过程；
图像采集装置3，对被测物体的线激光扫描图像进行图像采集；
控制与数据处理装置5，控制所述运动平移装置4进行运动，并控制所述图像采集装置3采集被测物体的线激光扫描图像，接收所述线激光扫描图像并对其进行处理，得到实际物体的三维轮廓信息。
具体来说，控制与数据处理装置5将由两个线激光器扫描获得的图像中的相同轮廓的数据对齐后，再将其中因二次反射点位置的不同而导致未对齐的二次反射点数据去除，得到去除二次反射点干扰之后的真实三维轮廓信息。
在一个实施例中，所述第一线激光器1和所述第二线激光器2以各自的扫描角度固定在不同的支架上。
在一个实施例中，所述第一线激光器1和所述第二线激光器2为一字型线激光器。
在不同的实施例中，所述图像采集装置3可以采用CCD相机或CMOS相机。
参阅图1至图3，在另一种实施例中，一种三维轮廓扫描方法，使用所述的双线激光的三维轮廓扫描装置对被测物体的三维轮廓进行扫描。
在一个实施例中，该三维轮廓扫描方法包括：通过所述第一线激光器1和所述第二线激光器2以各自的扫描角度分别对被测物体进行扫描，使用采集到的扫描数据分别得到被测物体真实三维轮廓信息的同时，也得到被测物体表面的二次反射点信息，通过将两次扫描得到的三维轮廓信息进行比对分析，具体方法可包括图像位置校正、图像差分与图像叠加，将相同轮廓的数据对齐后，再将二次反射干扰点进行对比去除，从而得到去除二次反射点干扰之后的真实三维轮廓信息。
在一个实施例中，所述第一线激光器1和所述第二线激光器2以各自的扫描角度固定在不同的支架上。
在一个实施例中，所述第一线激光器1和所述第二线激光器2为一字型线激光器。
在不同的实施例中，所述图像采集装置3可以采用CCD相机或CMOS相机。
在一种典型实施例中，所述被测物体为具有复杂结构的光滑表面的金属件。
以下结合附图进一步描述本发明的具体实施例。
如图1所示，双线激光的三维轮廓扫描装置包括第一线激光器1、第二线激光器2、图像采集装置3、控制与数据处理装置5以及运动平移装置4。被测物体放置于运动平移装置4的载物台上，第一线激光器1、第二线激光器2以不同扫描角度固定在支架上，两个线激光器与被测物体的平移表面分别成不同的夹角。控制与数据处理装置5分别和图像采集装置3、运动平移装置4相连。图像采集装置3用于采集线激光打在被测物体表面的图像，并通过运动平移装置4带动被测物体运动，以采集线激光打在被测物体不同位置上的图像。控制与数据处理装置5用于进行对采集到的图像数据进行处理，以获取被测物体表面的轮廓数据，并可以得到三维点云。
激光三角法的具体原理如图3所示，具体原理是：
被测物体处于基准平面S2上，线激光器发出的线激光投射到被测物体的表面S1，其反射像在相机上成像，成像位置会由于光斑在物体表面投射点高度的不同而发生位移，且像点位置与物体表面在该投射点的高度信息具有唯一的几何对应关系。所以根据拍摄线激光照射在被测物体表面的照片可以获取物体表面的轮廓，然后运动平移装置带动被测物体进行运动，就可以得到物体表面的三维轮廓信息。
通过两个不同角度的线激光扫描以去除复杂、光滑金属表面二次反射产生的干扰点，具体方法是：
因为两个线激光器的扫描光入射角度不同，在金属表面的二次反射点会出现在不同的位置。这样以两个线激光器扫描角度进行扫描的数据就会在的到物体真实轮廓的同时，也得到被测物体表面的二次反射点的信息，通过将两次扫描得到的三维模型进行比对分析，对齐数据后，可以将同一轮廓的数据对齐，利用二次反射点位置的不同可以将二次反射点的信息去除，这样就可以得到去除二次反射点干扰之后的真实轮廓信息，提高了三维扫描的精度。
可选地，在本发明具体实施例中，所述线激光波长可以选择450nm、650nm等不同的波长参数。
可选地，在本发明具体实施例中，所述两个线激光器的扫描角度可以选择45°、65°等不同的扫描角度参数。
可选地，在本发明具体实施例中，图像采集装置3可以用CCD相机、CMOS相机等。
一个实施例中，一种双线激光的三维轮廓扫描方法，所述方法包括以下步骤：
a)控制与数据处理装置5标定相机的内参和外参，具体指的是相机系统在空间坐标系中的位置，以及相机的焦距、像元尺寸、畸变度等；
b)运动平移装置4控制被测物体进行运动，同时图像采集装置3采集第一线激光器1打在被测物体表面的图像，控制与数据处理装置5将其转换为物体表面的轮廓信息；
c)运动平移装置4控制被测物体进行运动，同时图像采集装置3采集第二线激光器2打在被测物体表面的图像，控制与数据处理装置5将其转换为物体表面的轮廓信息；
d)将两个线激光器扫描角度下得到的轮廓扫描数据进行比对，可以将被测金属物体表面由于二次反射现象带来的测量误差消除，提高三维重建的精度。
本发明的双线激光的三维轮廓扫描装置尤其能够针对复杂、光滑金属表面进行高精度的三维轮廓扫描。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种双线激光的三维轮廓扫描装置，其特征在于,包括：
第一线激光器，相对于被测物体的平移表面以第一扫描角度θ1发射测量用的线激光；
第二线激光器，相对于被测物体的平移表面以不同于所述第一扫描角度θ1的第二扫描角度θ2发射测量用的线激光；
运动平移装置，与所述第一线激光器和所述第二线激光器相配合，带着被测物体进行平移运动，来完成线激光扫描过程；
图像采集装置，对被测物体的线激光扫描图像进行图像采集；
控制与数据处理装置，控制所述运动平移装置进行运动，并控制所述图像采集装置采集被测物体的线激光扫描图像，接收所述线激光扫描图像并对其进行处理，得到实际物体的三维轮廓信息。
2.如权利要求1所述的三维轮廓扫描装置，其特征在于,所述第一线激光器和所述第二线激光器以各自的扫描角度固定在不同的支架上。
3.如权利要求1或2所述的三维轮廓扫描装置，其特征在于,所述第一线激光器和所述第二线激光器为一字型线激光器。
4.如权利要求1或2所述的三维轮廓扫描装置，其特征在于,所述图像采集装置为CCD相机或CMOS相机。
5.一种三维轮廓扫描方法，其特征在于,使用如权利要求1至4任一项所述的双线激光的三维轮廓扫描装置对被测物体的三维轮廓进行扫描。
6.如权利要求5所述的三维轮廓扫描方法，其特征在于,其中通过所述第一线激光器和所述第二线激光器以各自的扫描角度分别对被测物体进行扫描，使用采集到的扫描数据分别得到被测物体真实三维轮廓信息的同时，也得到被测物体表面的二次反射点信息，通过将两次扫描得到的三维轮廓信息进行比对分析，将相同轮廓的数据对齐后，再将二次反射干扰点进行对比去除，得到去除二次反射点干扰之后的真实三维轮廓信息。
7.如权利要求6所述的三维轮廓扫描方法，其特征在于,所述第一线激光器和所述第二线激光器以各自的扫描角度固定在不同的支架上。
8.如权利要求6或7所述的三维轮廓扫描方法，其特征在于,所述第一线激光器和所述第二线激光器为一字型线激光器。
9.如权利要求6至8任一项所述的三维轮廓扫描方法，其特征在于,所述图像采集装置为CCD相机或CMOS相机。
10.如权利要求6至9任一项所述的三维轮廓扫描方法，其特征在于,所述被测物体为具有复杂结构的光滑表面的金属件。
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| CN108458670B (zh) | 2020-02-14 |
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