CN110057555A - 线激光器平面度检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线激光器平面度检测方法及系统，包括：线激光器开始工作，光电探测器接收所述线激光器投射的激光条；变换线激光器和光电探测器的相对位置m次，得到m段激光条；各段激光条上像素坐标为(u_ij,v_ij)；分别对m段激光条进行光条中心提取，并将像素坐标转换为物理坐标(x_ij，y_ij)；计算点集(x'_ij，y'_ij)；对所述点集(x'_ij，y'_ij)进行直线拟合，得到最大拟合残差值，作为评价参数Q，对待测线激光器的平面度进行评价；本方法能够得出激光器光平面的真实平面度数据，以此判断线激光器是否满足测量要求。

Description

线激光器平面度检测方法及系统

技术领域

本发明涉及结构光测量技术领域，具体涉及一种线激光器平面度检测方法及系统。

背景技术

随着机器视觉的飞速发展，线结构光三维测量技术以精度较高、实时性强等特点广泛应用于工业生产之中，线结构光三维测量技术利用线激光器投射激光条到被测物体表面，并利用相机采集结构光图像，通过对图像中变形条纹进行处理，实现被测物体的三维形貌测量。

理想状态下，线激光器投射出的激光平面是理想的标准平面，然而，由于市场上各类线激光器本身的加工质量良莠不齐，实际使用的激光器投射出激光平面偏离理想平面，呈现弧面，如图1所示，这样的误差将影响最终测量精度，尤其是在大视场的测量场景，对线激光器的平面度检测十分必要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种线激光器平面度检测方法及系统，能够得出激光器光平面的真实平面度数据，以此判断线激光器是否满足测量要求。

一种线激光器平面度检测方法，包括如下步骤：

1)高度固定的线激光器开始工作，光电探测器能接收所述线激光器投射的激光条；变换线激光器和光电探测器的相对位置m次，得到m段激光条；记各段激光条中的像素点个数为n，各段激光条上像素坐标为(u_ij,v_ij)，i＝1，2，3……m，j＝1，2，3……n；

分别对m段激光条进行光条中心提取，并将像素坐标转换为物理坐标(x_ij，y_ij)；

2)利用如下方法进行归一化，得到点集(x'_ij，y'_ij)；

x'_ij＝x_ij

y'_ij＝y_ij-y_kmedian

其中，y_{ij min}是y_ij中的最小值，y_{ij max}是y_ij中的最大值；

3)对所述点集(x'_ij，y'_ij)进行直线拟合，得到最大拟合残差值，作为评价参数Q；当所述评价参数Q在预设值范围内时，认为待测线激光器满足要求，反之不满足要求。

进一步，所述光电探测器与线激光器之间的距离为线激光器的测量工作距。

进一步，所述改变线激光器与光电探测器的相对位置关系的方法为：

保持线激光器位置不变，水平移动光电探测器，每次移动距离d，d≤5mm，记录每一次移动后，得到的激光条的像素数据(u_ij,v_ij)，移动m次，产生m段激光条。

一种用于上述线激光器平面度检测方法的检测系统，包括支撑部、光电探测器、高精度导轨，所述支撑部用于固定线激光器，所述光电探测器用于采集线激光器投射出的激光条，安装在所述高精度导轨上，能够在高精度导轨上滑动。

进一步，本发明方法的另一种调整、计算方式，一种线激光器平面度检测方法，包括如下步骤：

①高度固定的线激光器开始工作，光电探测器能接收所述线激光器投射的激光条；变换线激光器与光电探测器的相对位置：

保持光电探测器位置不变，水平旋转线激光器，每次旋转角度θ，θ≤1°，记录每一次旋转后，得到的激光条的像素数据；旋转r次，得到m段激光条；r×θ≥β，β为激光条的发散角；

记各段激光条中的像素点个数为n，各段激光条上像素坐标为(u_ij,v_ij)，i＝1，2，3……m，j＝1，2，3……n；

分别对m段激光条进行光条中心提取，并将坐标转换为物理坐标(x_ij，y_ij)；

②利用如下方法进行归一化，得到点集(x'_ij，y'_ij)；

x'_ij＝x_ij

y'_ij＝y_ij-y_kmedian

其中，y_{ij min}是y_ij中的最小值，y_{ij max}是y_ij中的最大值；

③将所述线激光器垂直翻转180°，重复步骤①，得到翻转后的物理坐标点集(x_反-ij，y_反-ij)；利用如下方法，得到点集(x'_反-ij，y'_反-ij)；

x'_反-ij＝x_{反-ij max-j+1}

y'_反-ij＝y_反-ij-y_反-jmedian

其中，为y_{反-ij min}为x_反-ij中的最小值，y_{反-ij max}为y_反-ij中的最大值；x_{反-ij max}表示第i段激光条的物理坐标中横坐标的最大值；

即x'_反-ij＝x_{反-ij max-j+1}表示将原坐标点的横坐标进行逆排序；

利用点集(x'_ij，y'_ij)、(x'_反-ij，y'_反-ij)进行差分运算，得到点集(x_D-ij，y_D-ij)再对点集(x_D-ij，y_D-ij)进行直线拟合，

得到最大拟合残差值，作为评价参数Q＇；当所述评价参数Q＇在预设值范围内时，认为待测线激光器满足要求，反之不满足要求。

上述过程，将线激光器垂直翻转，再得到一组翻转后的物理坐标点集，利用两组点集的对应关系，消除了激光器旋转过程的误差导致的实际光平面与理想光平面的偏差，评价参数Q'值越小则代表激光器光平面的平面度越好。

进一步，一种用于上述线激光器平面度检测方法的检测系统，包括一维转台、光电探测器，所述一维转台与线激光器固定连接，所述线激光器随一维转台同步转动；所述光电探测器固定在所述线激光器的前方，用于采集线激光器投射出的激光条。

进一步，所述一维转台采用多齿分度台。

进一步，所述光电探测器为线阵CCD或PSD。

本方法通过光电探测器获得真实线激光条上的点集，并通过点集拟合直线的方式，获得拟合残差，此方法可以真实表征线激光器出射激光的线型，提供精确的评价模型，将拟合残差的最大值作为评价线激光器平面度的参数，有效对实际的线激光器性能进行评价。

附图说明

图1为线激光器理想光平面与实际光平面的对比图；

图2为实施例中检测系统结构示意图；

图3为实施例2中线激光器正常安装与垂直翻转后得到点集的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

实施例1

一种线激光器平面度检测方法，包括如下步骤：

1)利用如图2所示的检测系统，将线激光器1固定的支撑部2上，并保持线激光器1的高度固定，线激光器1开始工作，光电探测器3接收线激光器投射的激光条；光电探测器3与线激光器1之间的距离为线激光器1的测量工作距；

保持线激光器1位置不变，光电探测器3安装在高精度导轨上，并在高精度导轨上水平移动，本实施例中，光电探测器采用线阵CCD，线阵CCD每次移动距离d，d＝3mm，记录每一次移动后，得到的激光条的像素数据(u_ij,v_ij)，移动m次，产生m段激光条；

记各段激光条中的像素点个数为n，各段激光条上像素坐标为(u_ij,v_ij)，i＝1，2，3……m，j＝1，2，3……n；

分别对m段激光条进行光条中心提取，并将像素坐标转换为物理坐标(x_ij，y_ij)；

2)利用如下方法进行归一化，得到点集(x'_ij，y'_ij)；

x'_ij＝x_ij

y'_ij＝y_ij-y_kmedian

其中，y_{ij min}是y_ij中的最小值，y_{ij max}是y_ij中的最大值；

3)对点集(x'_ij，y'_ij)进行直线拟合，得到最大拟合残差值，作为评价参数Q；当评价参数Q在预设值范围内时，认为待测线激光器满足要求，反之不满足要求。

实施例2

一种线激光器平面度检测方法，包括如下步骤：

①利用如图2所示的检测系统，线激光器1固定在一维转台2上，并开始工作，光电探测器3接收线激光器1投射的激光条；本实施例中，一维转台2采用多齿分度台；光电探测器采用线阵CCD；

变换线激光器1与光电探测器3的相对位置：保持光电探测器3的位置不变，利用多齿分度台水平旋转线激光器1，每次旋转角度θ，θ＝0.5°，记录每一次旋转后，得到的激光条的像素数据；旋转r次，得到m段激光条；r×θ≥β，β为激光条的发散角；

记各段激光条中的像素点个数为n，各段激光条上像素坐标为(u_ij,v_ij)，i＝1，2，3……m，j＝1，2，3……n；

分别对m段激光条进行光条中心提取，并将坐标转换为物理坐标(x_ij，y_ij)；

②利用如下方法进行归一化，得到点集(x'_ij，y'_ij)；

x'_ij＝x_ij

y'_ij＝y_ij-y_kmedian

其中，y_{ij min}是y_ij中的最小值，y_{ij max}是y_ij中的最大值；

①将线激光器1垂直翻转180°，重复步骤①，如图3所示，得到翻转后的物理坐标点集(x_反-ij，y_反-ij)；利用如下方法，得到点集(x'_反-ij，y'_反-ij)；

x'_反-ij＝x_{反-ij max-j+1}

y'_反-ij＝y_反-ij-y_反-jmedian

其中，为y_{反-ij min}为x_反-ij中的最小值，y_{反-ij max}为y_反-ij中的最大值；x_{反-ij max}表示第i段激光条的物理坐标中横坐标的最大值；

利用点集(x'_ij，y'_ij)、(x'_反-ij，y'_反-ij)进行差分运算，得到点集(x_D-ij，y_D-ij)再对点集(x_D-ij，y_D-ij)进行直线拟合，

得到最大拟合残差值，作为评价参数Q＇；当评价参数Q＇在预设值范围内时，认为待测线激光器满足要求，反之不满足要求。

为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“左”和“右”是对特征位置的示例性实施方式的描述。

Claims (8)

1.一种线激光器平面度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)高度固定的线激光器开始工作，光电探测器能接收所述线激光器投射的激光条；变换线激光器和光电探测器的相对位置m次，得到m段激光条；记各段激光条中的像素点个数为n，各段激光条上像素坐标为(u_ij,v_ij)，i＝1，2，3……m，j＝1，2，3……n；

分别对m段激光条进行光条中心提取，并将像素坐标转换为物理坐标(x_ij，y_ij)；

2)利用如下方法进行归一化，得到点集(x'_ij，y'_ij)；

x'_ij＝x_ij

y'_ij＝y_ij-y_kmedian

其中，y_ijmin是y_ij中的最小值，y_ijmax是y_ij中的最大值；

3)对所述点集(x'_ij，y'_ij)进行直线拟合，得到最大拟合残差值，作为评价参数Q；当所述评价参数Q在预设值范围内时，认为待测线激光器满足要求，反之不满足要求。

2.如权利要求1所述线激光器平面度检测方法，其特征在于，所述光电探测器与线激光器之间的距离为线激光器的测量工作距。

3.如权利要求1所述线激光器平面度检测方法，其特征在于，所述改变线激光器与光电探测器的相对位置关系的方法为：

保持线激光器位置不变，水平移动光电探测器，每次移动距离d，d≤5mm，记录每一次移动后，得到的激光条的像素数据(u_ij,v_ij)，移动m次，产生m段激光条。

4.一种用于权利要求3所述线激光器平面度检测方法的检测系统，其特征在于，包括支撑部、光电探测器、高精度导轨，所述支撑部用于固定线激光器，所述光电探测器用于采集线激光器投射出的激光条，安装在所述高精度导轨上，能够在高精度导轨上滑动。

5.一种线激光器平面度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

①高度固定的线激光器开始工作，光电探测器能接收所述线激光器投射的激光条；变换线激光器与光电探测器的相对位置：

保持光电探测器位置不变，水平旋转线激光器，每次旋转角度θ，θ≤1°，记录每一次旋转后，得到的激光条的像素数据；旋转r次，得到m段激光条；r×θ≥β，β为激光条的发散角；

记各段激光条中的像素点个数为n，各段激光条上像素坐标为(u_ij,v_ij)，i＝1，2，3……m，j＝1，2，3……n；

分别对m段激光条进行光条中心提取，并将坐标转换为物理坐标(x_ij，y_ij)；

②利用如下方法进行归一化，得到点集(x'_ij，y'_ij)；

x'_ij＝x_ij

y'_ij＝y_ij-y_kmedian

其中，y_ijmin是y_ij中的最小值，y_ijmax是y_ij中的最大值；

③将所述线激光器垂直翻转180°，重复步骤①，得到翻转后的物理坐标点集(x_反-ij，y_反-ij)；利用如下方法，得到点集(x'_反-ij，y'_反-ij)；

x'_反-ij＝x_{反-ijmax-j+1}

y'_反-ij＝y_反-ij-y_反-jmedian

其中，为y_反-ijmin为x_反-ij中的最小值，y_反-ijmax为y_反-ij中的最大值；x_反-ijmax表示第i段激光条的物理坐标中横坐标的最大值；

利用点集(x'_ij，y'_ij)、(x'_反-ij，y'_反-ij)进行差分运算，得到点集(x_D-ij，y_D-ij)再对点集(x_D-ij，y_D-ij)进行直线拟合，

得到最大拟合残差值，作为评价参数Q＇；当所述评价参数Q＇在预设值范围内时，认为待测线激光器满足要求，反之不满足要求。

6.一种用于权利要求5所述线激光器平面度检测方法的检测系统，其特征在于，包括一维转台、光电探测器，所述一维转台与线激光器固定连接，所述线激光器随一维转台同步转动；所述光电探测器固定在所述线激光器的前方，用于采集线激光器投射出的激光条。

7.如权利要求6所述线激光器平面度检测系统，其特征在于，所述一维转台采用多齿分度台。

8.如权利要求1或5所述线激光器平面度检测方法，其特征在于，所述光电探测器为线阵CCD或PSD。