CN111964605A - 一种工件三维面型检测系统以及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种工件三维面型检测系统以及方法，工件三维面型检测系统，包括：光源：用于照射待检测的工件，使照射于所述工件表面的光线反射；检偏器：被工件表面反射的光线通过所述检偏器，以得到偏振光；相机：偏振光对工件提供照明，相机采集工件的偏振图像，并且将所采集的偏振图像输送于图像处理系统；图像处理系统：用于接收所述偏振图像，并且，计算出所述图像中每个像素点的最大灰度值Imax和最小灰度值Imin。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种工件三维面型检测系统以及方法。
【背景技术】
三维面形测量技术一直是人们关注并投入许多精力的研究领域，机械式接触式三维面形测量方法(如接触式表面轮廓仪)通过仪器的触针与被测表面的滑移进行测量，测量速度较慢，且接触式触针容易划伤被测表面，损伤被测工件的表面。
【发明内容】
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足)，提供一种工件三维面型检测系统以及方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：工件三维面型检测系统，包括：
光源：用于照射待检测的工件，使照射于所述工件表面的光线反射；
检偏器：被工件表面反射的光线通过所述检偏器，以得到偏振光；
相机：偏振光对工件提供照明，相机用于采集工件的偏振图像，的并且将所采集的偏振图像输送于图像处理系统；
图像处理系统：用于接收所述偏振图像，并且，计算出所述图像中每个像素点的光强值，系统共拍摄36幅图像，即可计算出每一个像素点的最大灰度值 Imax和最小灰度值Imin。
在一些具体实施方式中，所述光源为球积分光源。
在一些具体实施方式中，所述检偏器转动至少两个角度，并且每个角度下相机拍摄一幅偏振图像，所述图像处理系统计算并且提取两幅偏振图像中的最大灰度值Imax和最小灰度值Imin。
在一些具体实施方式中，旋转检偏器，从0°到180°之间检偏器的角度每旋转5°，所述相机拍摄一幅图像，可得到36幅不同偏振角度的偏振图像，所述图像处理系统计算并且提取36偏振图像中的最大灰度值Imax和最小灰度值 Imin。
根据本发明的灵一实施方式，还提供了一种工件三维面型检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10：光源照射工件表面，使光线在所述工件表面反光；
S20：使来自工件表面的反射光通过检偏器；
S20：相机拍摄经过检偏器后的偏振光得到偏振图像；
S30：将所述偏振图像输送到图像处理系统，并且计算出所述图像中每个像素点的光强值，系统共拍摄36幅图像，即可计算出每一个像素点的最大灰度值 Imax和最小灰度值Imin。
S40：依据以下公式计算出偏振度ρ：
S50：依据以下公式计算出入射角θ：
其中，n为被工件的折射率；
S60：根据以下公式计算偏振角ψ：
其中，φ为入射面方位角；
S70：建立工件曲面数学模型公式，假设工件表面方程为z＝f(x,y)，表面法向量表达式为：
根据所述法向量n＝(p，q，1)即可得到物体得表面方程，从而得到物体表面的三维轮廓信息。
在一些具体实施方式中，所述检偏器转动至少两个角度，并且每个角度下相机拍摄一幅偏振图像，所述图像处理系统计算并且提取两幅偏振图像中每个像素点的最大灰度值Imax和最小灰度值Imin。
在一些具体实施方式中，旋转检偏器，从0°到180°之间检偏器的偏振角每旋转5°，所述相机拍摄一幅图像，可得到36幅不同偏振角度的偏振图像，所述图像处理系统计算出所述图像中每个像素点的光强值，系统共拍摄36幅图像，即可计算出每一个像素点的最大灰度值Imax和最小灰度值Imin。
在一些具体实施方式中，所述光源为球积分光源。
本发明的工件三维面型检测系统以及方法中，利用光源照射待测工件表面，然后得到表征工件表面轮廓的反射光，经过检偏器后得到偏振光后由摄像机将偏振图像拍摄下来输送给图像处理系统(包括图像采集系统以及中央处理器)计算出图像中每个像素点的最大灰度值Imax和最小灰度值Imin后，代入特定的公式处理，最终求出该工件的表面曲线法向量后，便可以建立该工件的表面曲线方程，如此便可以描述并且观察工件表面轮廓的每一处特征，以判断该工件表面的情况或者可判断该工件是否合格，轮廓精度是否满足要求等。
【附图说明】
图1为本发明一实施方式的工件三维面型检测系统示意图；
图2为本发明一实施方式的工件三维面型检测方法流程示意图。
【具体实施方式】
下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不会构成任何限制。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
如图1所示，一种工件三维面型检测系统，包括：
光源2：用于照射待检测的工件，使照射于所述工件表面的光线反射；
检偏器3：被工件表面反射的光线通过所述检偏器，以得到偏振光；
相机4：用来拍摄所述偏振光，以得到偏振图像，并且将所采集的偏振图像输送于图像处理系统；
图像处理系统5：用于接收所述偏振图像，并且，计算出所述图像的最大灰度值Imax和最小灰度值Imin。
需要说明的是，所述图像处理系统5包括用于采集相机4拍摄的偏振图像以及处理这些偏振图像的处理器(可以使用计算机作为处理器如图1所示)。本发明所描述的是工件，事实上，其可以应用到任何需要建立表面方程的被测物体上。
工件各个点的反射光经过检偏器3后，得到的是偏振光表征工件表面轮廓的图像，并且，该工件表面轮廓的图像各个像素又对应着工件的表面各个点，图像灰度值大小(图像各个像素点的明暗程度)表征了工件表面凹凸情况，也即是说，图像中各个像素点的灰度值大小不同，他们表征了工件表面轮廓曲面，通过数学模型便可以建立出该工件轮廓曲面的方程。
以上所述光源采用球积分光源更优，光经过顶部材料漫反射后可以从多个角度对工件进行照明，将被测工件置于球积分光源正下方，整个物体表面都有反射信号，不需要相机扫描即可一次性得到被测物体表面三维面形重构的点云数据。
进一步地，所述检偏器转动至少两个角度，并且每个角度下相机拍摄一幅偏振图像，所述图像处理系统计算并且提取两幅偏振图像中的最大灰度值 Imax和最小灰度值Imin。
进一步地，旋转检偏器，从0°到180°之间检偏器的角度每旋转5°，所述相机拍摄一幅图像，可得到36幅不同偏振角度的偏振图像，所述图像处理系统计算出所述图像中每个像素点的光强值，系统共拍摄36幅图像，即可计算出每一个像素点的最大灰度值Imax和最小灰度值Imin。
以上，根据所需要的建立工件表面方程模型精确度而将检偏器转动多个角度，以拍摄多张偏振图像，最终经过计算机的计算，获取多张偏振图像中的最大灰度值Imax和最小灰度值Imin用于代入公式计算，对于如何计算求出工件曲面方程，详见下文做详细描述。
根据本发明的另一种实施方式，参考图2，还提供了一种工件三维面型
检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10：光源照射工件表面，使光线在所述工件表面反光；
S20：使来自工件表面的反射光通过检偏器；
S20：偏振光对工件提供照明，相机采集工件的偏振图像；
S30：将所述偏振图像输送到图像处理系统，计算出每副偏振图像中的每个像素点的灰度值，并且获取最大灰度值Imax和最小灰度值Imin。
S40：依据以下公式计算出偏振度ρ：
S50：依据以下公式计算出入射角θ：
其中，n为被测工件的折射率；
S60：根据以下公式计算偏振角ψ：
其中，φ为入射面方位角；
S70：建立工件曲面数学模型公式，工件表面方程为z＝f(x,y)，则表面法向量表达式为：
根据上述法向量n＝(p，q，1)即可得到物体得表面方程，从而得到物体表面的三维轮廓信息。
可以知道的是，在一种具体实施例中，依托于上述的工件三维面型检测系统可以实施本工件三维面型检测方法。
进一步地，所述检偏器转动至少两个角度，并且每个角度下相机拍摄一幅偏振图像，所述图像处理系统计算并且提取两幅偏振图像中每个像素的最大灰度值Imax和最小灰度值Imin。
进一步地，旋转检偏器，从0°到180°之间检偏器的偏振角每旋转5°，所述相机拍摄一幅图像，可得到36幅不同偏振角度的偏振图像，所述图像处理系统计算出所述图像中每个像素点的光强值，系统共拍摄36幅图像，
即可计算出每一个像素点的最大灰度值Imax和最小灰度值Imin。
另外，所述光源可以采用使球积分光源。
尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。
Claims (8)
1.一种工件三维面型检测系统，其特征在于，包括：
光源：用于照射待检测的工件，使照射于所述工件表面的光线反射；
检偏器：被工件表面反射的光线通过所述检偏器以得到偏振光；
相机：偏振光对工件提供照明，相机用于采集工件的偏振图像，并且将所采集的偏振图像输送到图像处理系统；
图像处理系统：用于接收所述偏振图像，并且计算出所述图像每个像素点的最大灰度值Imax和最小灰度值Imin。
2.根据权利要求1所述的工件三维面型检测系统，其特征在于，所述光源为球积分光源。
3.根据权利要求1所述的工件三维面型检测系统，其特征在于，所述检偏器转动至少两个角度，并且每个角度下相机拍摄一幅偏振图像，所述图像处理系统计算并且提取两幅偏振图像中的最大灰度值Imax和最小灰度值Imin。
4.根据权利要求3所述的工件三维面型检测系统，其特征在于，旋转所述检偏器，从0°到180°之间检偏器的角度每旋转5°，所述相机拍摄一幅图像，可得到36幅不同偏振角度的偏振图像，所述图像处理系统计算并且提取36幅偏振图像中的最大灰度值Imax和最小灰度值Imin。
5.一种工件三维面型检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10：光源照射工件表面，使光线在所述工件表面反光；
S20：使来自工件表面的反射光通过检偏器；
S20：相机拍摄经过检偏器后的偏振光得到偏振图像；
S30：将所述偏振图像输送到图像处理系统，并且计算出图像中的最大灰度值Imax和最小灰度值Imin；
S40：依据以下公式计算出偏振度ρ：
S50：依据以下公式计算出入射角θ：
其中，n为被测工件的折射率；
S60：根据以下公式计算偏振角ψ：
其中，φ为入射面方位角；
S70：建立工件曲面数学模型公式，工件表面方程为z＝f(x,y)，则表面法向量表达式为：
根据所述法向量n＝(p，q，1)建立所述工件曲面数学模型。
6.根据权利要求5所述的工件三维面型检测方法，其特征在于，所述检偏器转动至少两个角度，并且每个角度下相机拍摄一幅偏振图像，所述图像处理系统计算并且提取两幅偏振图像中每个像素点的最大灰度值Imax和最小灰度值Imin。
7.根据权利要求6所述的工件三维面型检测方法，其特征在于，旋转检偏器，从0°到180°之间检偏器的偏振角每旋转5°，所述相机拍摄一幅图像，可得到36幅不同偏振角度的偏振图像，所述图像处理系统计算并且提取36幅偏振图像中每个像素点的最大灰度值Imax和最小灰度值Imin。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的工件三维面型检测方法，其特征在于，所述光源为球积分光源。
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