CN206258082U

CN206258082U - 一种具有载物平面实时标定功能的三维影像测量装置

Info

Publication number: CN206258082U
Application number: CN201621312999.4U
Authority: CN
Inventors: 加藤芳彦; 宋洋
Original assignee: SHANGHAI BIZHI BIONICS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Anhui aiguan Vision Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2016-12-02
Filing date: 2016-12-02
Publication date: 2017-06-16
Anticipated expiration: 2026-12-02

Abstract

本实用新型公开了一种具有载物平面实时标定功能的三维影像测量装置，它包括计算单元和测量单元；本实用新型提供一种具有载物平面实时标定功能的三维影像测量装置；结构新颖；本实用新型的主要特点在于，采用两个线激光发生器以及具有特殊形状的标准件，可以1)精确计算出光轴相对于标准件上平面的三轴旋转角度；2)精确计算出激光发射器相对于标准件上平面的角度；3)精确计算出载物平台相对于标准件上平面的角度。通过上述三部计算，就可以计算出光轴和载物平台之间的角度，通过该角度对求解的工件高度计算进行补偿，从而求得工件的真实高度；有效解决了背景技术中提到的因安装误差、扰动误差以及累计误差导致测量误差放大化的问题。

Description

一种具有载物平面实时标定功能的三维影像测量装置

技术领域

本实用新型涉及三维形状测量技术领域，具体是一种具有载物平面实时标定功能的三维影像测量装置。

背景技术

将线激光发射器和相机系统相结合进行物体三维形状测量的方法，具有测量系统结构简单、无需接触、造价成本低等特点，在工业测量领域被普遍采用。其原理是，利用从相机斜侧方向入射的激光线光斑在载物台平面、被测量物体表面，会因高度不同而在图像中呈现出不同程度的激光线位移的特点，通过不断获取图像序列让激光线完整扫描过工件后就可以得出工件各个位置到载物台平面的高度信息，从而获取工件的三维信息。

该测量系统测量高度的一个关键在于，相机光轴和载物台平面需要保持垂直，或者是相机和载物台之间的夹角可以测量。在实际系统中，机构本身安装精度和加工精度难以保证载物平面和光轴的始终垂直，而且直线运动机构在移动过程中，由于自身震动、摩擦容易造成载物台平面倾斜。而一旦发生倾斜，工件上激光线和载物台平面的激光线位移量就会发生变化，造成测量结果的误差。因此，准确把握测量过程中载物平面相对于光轴的倾斜角度对提高三维测量精度十分重要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有载物平面实时标定功能的三维影像测量装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种具有载物平面实时标定功能的三维影像测量装置，它包括计算单元和测量单元；其特征在于，所述测量单元是由相机、远心镜头、线激光发射器、标准件、直线运动机构组成拍摄单元，所述直线运动机构上方设置有支架，直线运动机构横穿支架下方底部；相机和远心镜头连接好后固定到安装支架上；标准件固定安装到支架上，标准件上部可以为具有带有几何形状的镂空结构，所述标准件上对称设置有标准件下部台阶a和标准间下部台阶b；标准件上平面、标准件下部台阶a和标准间下部台阶b共同构成具有两个高度差的三个台阶；标准件的几何形状的尺寸可以通过其他测量仪器精确测量得知；标准件下部具有台阶构造，任意两个台阶之间具有一定高度差，高度差的数量不少于二个，台阶的水平面平行于直线运动机构的移动平面，台阶的垂直面与台阶水平面保持垂直；每一个台阶的高度通过其他测量设备测量后已经精确已知；标准件的安装高度为相机可同时清晰拍摄到标准件上部几何图案和下部各个台阶平面的高度位置，并保持标准件的水平面与直线运动机构运动平面基本平行；相机和计算单元之间通过视频传输电缆连接，测量单元上左右对称设置有两个线激光发射器，线激光发射器从相机斜侧方向入射，入射激光线方向在直线运动机构上表面所呈现亮线方向与直线运动机构行进方向垂直；从线激光发生器发射的激光发散角度足以在被测量工件表面、标准件表面、直线运动机构上表面呈现出清晰亮线。

作为本实用新型进一步的方案：所述标准件可以安装直线运动机构的一侧，也可以在对称设置在两侧。

作为本实用新型再进一步的方案：所述标准件上部结构也可以为表面印有带有规则几何形状图案的非镂空结构。

作为本实用新型再进一步的方案：所述线激光发射器的数量不仅限于两个，可以更多。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型提供一种具有载物平面实时标定功能的三维影像测量装置；结构新颖；本装置的主要特点在于，采用两个线激光发生器以及具有特殊形状的标准件，可以1)精确计算出光轴相对于标准件上平面的三轴旋转角度。2)精确计算出激光发射器相对于标准件上平面的角度。3)精确计算出载物平台相对于标准件上平面的角度。通过上述三部计算，就可以计算出光轴和载物平台之间的角度，通过该角度对求解的工件高度计算进行补偿，从而求得工件的真实高度；有效解决了背景技术中提到的因安装误差、扰动误差以及累计误差导致测量误差放大化的问题。

附图说明

图1为具有载物平面实时标定功能的三维影像测量装置的结构示意图。

图2为具有载物平面实时标定功能的三维影像测量装置中测量单元的结构示意图。

图3为具有载物平面实时标定功能的三维影像测量装置中测量单元的线激光发射器与标准件的位置关系示意图。

图4为具有载物平面实时标定功能的三维影像测量装置中标准件在路径两侧的结构示意图。

图5为具有载物平面实时标定功能的三维影像测量装置中标准件上的台阶示意图。

图中：1-计算单元、2-测量单元、3-相机、4-远心镜头、5-标准件、6-支架、7-直线运动机构、8-测量对象、9-线激光发射器、10-标准件肋板、11-标准件上下板、12-标准件上平面、13-标准件下部台阶a、14-标准间下部台阶b、15-镂空结构。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-5，一种具有载物平面实时标定功能的三维影像测量装置，它包括计算单元1和测量单元2；测量单元2是由相机3、远心镜头4、线激光发射器9、标准件5、直线运动机构7组成拍摄单元，所述直线运动机构7上方设置有支架6，直线运动机构7横穿支架6下方底部；相机3和远心镜头4连接好后固定到安装支架6上；标准件5固定安装到支架上，标准件5可以安装直线运动机构7的一侧，也可以在对称设置在两侧；标准件5上部可以为具有带有几何形状的镂空结构15，所述标准件5上对称设置有标准件下部台阶a13和标准间下部台阶b14；标准件上平面12、标准件下部台阶a13和标准间下部台阶b14共同构成具有两个高度差的三个台阶；所述标准件5也可以为表面印有带几何形状的图案非镂空结构；标准件5的几何形状的尺寸可以通过其他测量仪器精确测量得知；标准件5下部具有台阶构造，任意两个台阶之间具有一定高度差，高度差的数量不少于二个，台阶的水平面平行于直线运动机构7的移动平面，台阶的垂直面与台阶水平面保持垂直；每一个台阶的高度通过其他测量设备测量后已经精确已知；标准件5的安装高度为相机3可同时清晰拍摄到标准件5上部几何图案和下部各个台阶平面的高度位置，并保持标准件的水平面与直线运动机构运动平面基本平行；相机3和计算单元1之间通过视频传输电缆连接，测量单元2上左右对称设置有两个线激光发射器9，但激光发生器的数量不仅限于两个，可以更多；线激光发射器9从相机斜侧方向入射，入射激光线方向在直线运动机构上表面所呈现亮线方向与直线运动机构行进方向垂直；从线激光发生器发射的激光发散角度足以在被测量工件表面、标准件表面、直线运动机构上表面呈现出清晰亮线(图5中虚线为两线激光发射器9发出的在标准件5上呈现的激光线)。

本实用新型的工作原理是：1.将被测量物体放置在直线运动机构上，直线运动机构驱动被测量物体沿着直线运动并通过相机视野范围；2.从被测量对象进入视野开始，相机不断获取图像。计算机运行图像处理算法，从每一张图像中，提取计算如下信息：a)首先，通过比较标准件上部的实际形状信息和图像分析信息，获取光轴相对于标准件上部平面的倾斜角度。b)其次，通过比较标准件下部台阶实际高度差和台阶上激光线的位移量，获取两束激光线相对于标准件上部平面的倾斜角度。c)再次，通过比较载物平面上各束激光线和其相应标准件上平面激光线的位移量，获取载物平面上两条投影激光线位置的采样位置高度，并利用该两直线方程拟合相对于标准件上平面的载物平面方程。d)再再次，通过比较标准件上平面激光线和工件表面激光线的位移量，求解工件表面到标准件上平面的高度。e)最后，通过参照同一标准件上平面，求解工件表面激光线位置到载物平面的最短距离，即为工件当前位置高度。3.不断重复步骤2，从每一拍摄时刻图片中获取被测测量物体不同位置的高度信息，直至被测量对象移出视野；最终统计形成完成的被测物体表面高度信息。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims

1.一种具有载物平面实时标定功能的三维影像测量装置，它包括计算单元和测量单元；其特征在于，所述测量单元是由相机、远心镜头、线激光发射器、标准件、直线运动机构组成拍摄单元，所述直线运动机构上方设置有支架，直线运动机构横穿支架下方底部；相机和远心镜头连接好后固定到安装支架上；标准件固定安装到支架上，标准件上部可以为具有带有几何形状的镂空结构，所述标准件上对称设置有标准件下部台阶a和标准间下部台阶b；标准件上平面、标准件下部台阶a和标准间下部台阶b共同构成具有两个高度差的三个台阶；标准件的几何形状的尺寸可以通过其他测量仪器精确测量得知；标准件下部具有台阶构造，任意两个台阶之间具有一定高度差，高度差的数量不少于二个，台阶的水平面平行于直线运动机构的移动平面，台阶的垂直面与台阶水平面保持垂直；每一个台阶的高度通过其他测量设备测量后已经精确已知；标准件的安装高度为相机可同时清晰拍摄到标准件上部几何图案和下部各个台阶平面的高度位置，并保持标准件的水平面与直线运动机构运动平面基本平行；相机和计算单元之间通过视频传输电缆连接，测量单元上左右对称设置有两个线激光发射器，线激光发射器从相机斜侧方向入射，入射激光线方向在直线运动机构上表面所呈现亮线方向与直线运动机构行进方向垂直。

2.根据权利要求1所述的具有载物平面实时标定功能的三维影像测量装置，其特征在于，所述标准件可以安装直线运动机构的一侧，也可以在对称设置在两侧。

3.根据权利要求1所述的具有载物平面实时标定功能的三维影像测量装置，其特征在于，所述标准件上部结构也可以为表面印有带有规则几何形状图案的非镂空结构。

4.根据权利要求1所述的具有载物平面实时标定功能的三维影像测量装置，其特征在于，所述线激光发射器的数量不仅限于两个，可以更多。