一種光柵三維形貌測量儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種光柵三維形貌測量儀，用于微小視場的檢測，包括支架以及與支架連接的投影組件、采集組件和控制處理器，所述的投影組件和采集組件分別與控制處理器連接，所述的投影組件包括由內(nèi)向外依次連接的DMD芯片、LED投影光源、菲爾透鏡、鏡頭透鏡和成像板，待檢測物設(shè)置在菲爾透鏡和鏡頭透鏡之間，所述的待檢測物與鏡頭透鏡之間設(shè)有中繼鏡頭，所述的鏡頭透鏡為短焦透鏡，所述的待檢測物與鏡頭透鏡的距離大于或等于2倍鏡頭透鏡的焦距。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有測量精度高、操作便捷、測量物體范圍更廣、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點。
【專利說明】一種光柵三維形貌測量儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種測量系統(tǒng)，尤其是涉及一種光柵三維形貌測量儀。

【背景技術(shù)】
[0002]三坐標測量機測量精度較高，普遍可達到微米級，并且測量穩(wěn)定度較高。但其對環(huán)境要求苛刻，對溫度及震動比較敏感，設(shè)備便攜性差，測量方式單一，最大缺點是接觸式測量，易對被測物體本身造成觸碰傷害，并且設(shè)備的探針對于被測物體復(fù)雜表面(比如微米級凹槽/坑的深度)無法實現(xiàn)測量。
[0003]高精度的影像儀的測量精度可以到達微米級，但是影像儀只能實現(xiàn)二維信息的測量，無法實現(xiàn)三維信息整體形貌的檢測和測量，具有很大的局限性。
[0004]普通的光柵掃描儀利用光柵投射裝置在被測物體上投射若干編碼的結(jié)構(gòu)光，利用CCD相機采集編碼圖像，然后在計算機中進行分析計算，利用三角測量原理得到被測物體的外形三維信息。
[0005]圖3為普通的光柵掃描儀的投影光路圖，圖中LED投影光源12發(fā)出結(jié)構(gòu)光經(jīng)過菲爾透鏡13后變?yōu)槠叫泄馐?，平行光束照射到待投影實物后的投影光?jīng)過鏡頭透鏡15后成像，對于普通投影鏡頭，由于鏡頭透鏡15焦距較長，鏡頭透鏡15到待檢測物4的距離在I倍焦距與2倍焦距之間，根據(jù)透鏡成像原理，只能在2倍鏡頭透鏡15焦距距離外獲得放大的實像。但是，很多待測物體的表面形貌復(fù)雜，投射出的物像的幅面大于10mm*10mm，降低了投影分辨率。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種測量精度高、操作便捷、測量物體范圍更廣、應(yīng)用范圍廣的光柵三維形貌測量儀。
[0007]本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0008]一種光柵三維形貌測量儀，用于微小視場的檢測，包括支架以及與支架連接的投影組件、采集組件和控制處理器，所述的投影組件和采集組件分別與控制處理器連接，所述的投影組件包括由內(nèi)向外依次連接的DMD芯片、LED投影光源、菲爾透鏡、鏡頭透鏡和成像板，待檢測物設(shè)置在菲爾透鏡和鏡頭透鏡之間，所述的待檢測物與鏡頭透鏡之間設(shè)有中繼鏡頭，所述的鏡頭透鏡為短焦透鏡，所述的待檢測物與鏡頭透鏡的距離大于或等于2倍鏡頭透鏡的焦距。
[0009]所述的采集組件包括分別與控制處理器連接第一工業(yè)相機和第二工業(yè)相機，所述的第一工業(yè)相機的光軸與LED投影光源的光軸在一平面內(nèi)，并且兩條光軸的夾角為10-35度，所述的第一工業(yè)相機的光軸與第二工業(yè)相機的光軸設(shè)置在與前一平面垂直的平面內(nèi)，并且兩條光軸的夾角為5-35度。
[0010]所述的第一工業(yè)相機和第二工業(yè)相機上均設(shè)有濾光片，所述的濾光片為兩層，第一層為偏振鏡，第二層為藍色濾光鏡。
[0011]所述的第一工業(yè)相機和第二工業(yè)相機為工業(yè)CXD相機。
[0012]所述的LED投影光源設(shè)置在菲爾透鏡一倍菲爾透鏡焦距處。
[0013]所述的光柵三維形貌測量儀的投射幅面的范圍為1mm* Imm-10mm* 10mm。
[0014]所述的支架底部設(shè)有固定在平臺上的安裝孔。
[0015]光柵三維形貌測量儀在應(yīng)用時，投影組件和采集組件由電源供電，控制處理器與投影組件和采集組件通信，控制處理器發(fā)出測量信號，DMD芯片接收到信號后，發(fā)出投影圖形的命令，LED投影光源執(zhí)行命令，將待檢測物投影到成像板上，采集組件收到信號后，第一工業(yè)相機和第二工業(yè)相機采集數(shù)據(jù)，并由采集組件將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂铺幚砥?，由軟件進行計算處理得到被測物體的表面三維形貌，完成一次測量。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0017]一、測量精度高，本光柵三維形貌測量儀通過增大待檢測物與鏡頭透鏡間的距離，將原來的1-2倍鏡頭透鏡焦距增大到2倍焦距以上，在鏡頭透鏡的另一側(cè)獲得了縮小的實像，將測量幅面范圍縮小為比一般的光柵形貌測量儀的幅面更小，縮小的實像更加清晰。
[0018]二、操作便捷，本測量系統(tǒng)通過采集照射到微小物體上的結(jié)構(gòu)光進行分析計算可以方便的得到待測物體的表面信息。
[0019]三、測量物體范圍更廣，本測量系統(tǒng)的采集組件采用了濾光片，對具有反光特性的物體也能夠測量。
[0020]四、應(yīng)用范圍廣，本測量系統(tǒng)的支架底部設(shè)有安裝孔，可安裝于支架、機械臂、生產(chǎn)線等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為光柵三維形貌測量儀光路示意圖。
[0023]圖3為普通測量儀光路示意圖。
[0024]其中:1、投影組件，2、采集組件，3、支架，4、待檢測物，11、DMD芯片，12、LED投影光源，13、菲爾透鏡，14、中繼透鏡，15、鏡頭透鏡，21、第一工業(yè)相機，22、第二工業(yè)相機。

【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。
[0026]實施例:
[0027]如圖1所示，一種光柵三維形貌測量儀，用于微小視場的檢測，包括支架3以及與支架3連接的投影組件1、采集組件2和控制處理器，投影組件I和采集組件2分別與控制處理器連接，投影組件I包括由內(nèi)向外依次連接的DMD芯片11、LED投影光源12、菲爾透鏡13、鏡頭透鏡15和成像板16，待檢測物4設(shè)置在菲爾透鏡13和鏡頭透鏡15之間，待檢測物4與鏡頭透鏡15之間設(shè)有中繼鏡頭14，鏡頭透鏡15為短焦透鏡，待檢測物4與鏡頭透鏡15的距離大于或等于2倍鏡頭透鏡15的焦距。
[0028]如圖2所示，LED投影光源12設(shè)置在菲爾透鏡13的一倍焦距處，菲爾透鏡13將LED投影光源12發(fā)出的光變?yōu)槠叫泄馐?br> [0029]本測量儀還可以更換投影組件I的鏡頭透鏡15，將原來的長焦距鏡頭更換成短焦透鏡，設(shè)置中繼鏡頭14，可加大待檢測物4與鏡頭透鏡15間的距離，使其大于或等于2倍焦距，根據(jù)不同測量需要，還可在中繼鏡頭14與鏡頭透鏡15間添加接圈改變該距離，根據(jù)透鏡成像原理，物體與透鏡距離大于或等于2倍焦距時，只能在I倍焦距到2倍焦距之間獲得縮小實像，因此本光柵三維形貌測量儀的幅面范圍可縮小為1mm*Imm-10mm*10mm。
[0030]采集組件2包括分別與控制處理器連接第一工業(yè)相機21和第二工業(yè)相機22，第一工業(yè)相機21的光軸與LED投影光源12的光軸在一平面內(nèi)，并且兩條光軸的夾角為10-35度，第一工業(yè)相機21的光軸與第二工業(yè)相機22的光軸設(shè)置在與前一平面垂直的平面內(nèi)，并且兩條光軸的夾角為5-35度，第一工業(yè)相機21和第二工業(yè)相機22為工業(yè)CXD相機，均設(shè)有濾光片，濾光片為兩層，第一層為偏振鏡，第二層為藍色濾光鏡。
[0031]本實用新型采用進行微小視場測量時，按要求調(diào)節(jié)投影組件I與采集組件2的相對位置和角度，控制處理器發(fā)出測量信號，DMD芯片11接收到信號后，發(fā)出投影圖形的命令，LED投影光源12執(zhí)行命令，將序列正弦光柵條紋投射于待檢測物4上，中繼鏡頭14能夠確保投射出的圖像按照光路最終在成像板16上生成微小投影尺寸，并能夠通過調(diào)整鏡頭透鏡15的焦距或者改變成像板16相對于鏡頭透鏡15的位置使投影清晰，投影清晰后，采集組件2通過工業(yè)相機將含有待檢測物4各個部分大量信息的光柵條紋圖像采集回來，工業(yè)相機的鏡頭通過調(diào)節(jié)焦距與光圈，使采集到的條紋圖像清晰，光圈控制光通量，濾光片能夠過濾掉被測物體表面的強烈反光和一些噪點，使工業(yè)相機采集的特征更明顯，控制處理器利用相移技術(shù)及二進制編碼技術(shù)，計算每個像素點的對應(yīng)點高度值，進而重建出物體的表面形狀，輸出為海量三維數(shù)據(jù)點格式與深度圖像格式，保存于控制處理器中。通過軟件處理可將三維數(shù)據(jù)點封裝成面片結(jié)構(gòu)或?qū)嶓w結(jié)構(gòu)，顯示出被測物體的三維形貌。
【權(quán)利要求】
1.一種光柵三維形貌測量儀，用于微小視場的檢測，包括支架(3)以及與支架(3)連接的投影組件(1)、采集組件(2)和控制處理器，所述的投影組件(1)和采集組件(2)分別與控制處理器連接，所述的投影組件(1)包括由內(nèi)向外依次連接的DMD芯片(11)、LED投影光源(12)、菲爾透鏡(13)、鏡頭透鏡(15)和成像板(16)，待檢測物(4)設(shè)置在菲爾透鏡(13)和鏡頭透鏡(15)之間，其特征在于，所述的待檢測物(4)與鏡頭透鏡(15)之間設(shè)有中繼鏡頭(14)，所述的鏡頭透鏡(15)為短焦透鏡，所述的待檢測物(4)與鏡頭透鏡(15)的距離大于或等于2倍鏡頭透鏡(15)的焦距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光柵三維形貌測量儀，其特征在于，所述的采集組件(2)包括分別與控制處理器連接第一工業(yè)相機(21)和第二工業(yè)相機(22)，所述的第一工業(yè)相機(21)的光軸與LED投影光源(12)的光軸在一平面內(nèi)，并且兩條光軸的夾角為10-35度，所述的第一工業(yè)相機(21)的光軸與第二工業(yè)相機(22)的光軸設(shè)置在與前一平面垂直的平面內(nèi)，并且兩條光軸的夾角為5-35度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光柵三維形貌測量儀，其特征在于，所述的第一工業(yè)相機(21)和第二工業(yè)相機(22)上均設(shè)有濾光片，所述的濾光片為兩層，第一層為偏振鏡，第二層為藍色濾光鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光柵三維形貌測量儀，其特征在于，所述的第一工業(yè)相機(21)和第二工業(yè)相機(22)為工業(yè)(XD相機。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光柵三維形貌測量儀，其特征在于，所述的LED投影光源(12)設(shè)置在菲爾透鏡(13) —倍菲爾透鏡焦距處。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光柵三維形貌測量儀，其特征在于，所述的光柵三維形貌測量儀的投射幅面的范圍為1mm* 1mm-10mm* 10mm 0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光柵三維形貌測量儀，其特征在于，所述的支架(3)底部設(shè)有固定在平臺上的安裝孔。
【文檔編號】G01B11/245GK204255307SQ201420736769
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】劉曉輝, 韓林, 劉廣建 申請人:上海航天動力科技工程有限公司