高速變焦攝像對(duì)曲面輪廓線的自適應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及曲面輪廓線的非接觸式檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種高速變焦攝像對(duì)曲面輪廓線的自適應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前很多光學(xué)輪廓儀由于景深問題和法向檢測(cè)的約束限制無法檢測(cè)大陡度曲面，而有些激光位移傳感器雖然有一定的法向檢測(cè)偏角允許度，但無法在在線檢測(cè)過程中自動(dòng)調(diào)整方位，導(dǎo)致最終測(cè)量誤差也較大。此外，這些儀器都具有成本高的特點(diǎn)。本方法采用高速變焦攝像系統(tǒng)對(duì)待測(cè)曲面特定路徑的輪廓線采樣點(diǎn)實(shí)現(xiàn)軸向高速變焦距圖片采集，然后根據(jù)變焦點(diǎn)所對(duì)應(yīng)圖片上像素?cái)?shù)據(jù)的銳化效果，提取最清晰像素所對(duì)應(yīng)的圖片；計(jì)算此焦點(diǎn)像素點(diǎn)相對(duì)于高速變焦攝像系統(tǒng)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并根據(jù)處理速度自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)閉環(huán)直線脈沖步進(jìn)滑臺(tái)，確定下一步距目標(biāo)數(shù)據(jù)的采集，最終完成特定輪廓線的采集和處理；最后，經(jīng)過檢測(cè)輪廓線與基準(zhǔn)輪廓線數(shù)據(jù)的消減，獲得真實(shí)待檢目標(biāo)輪廓曲線，進(jìn)而對(duì)待檢測(cè)曲面輪廓線及所得曲面進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種高速變焦攝像對(duì)曲面輪廓線的自適應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)及方法，針對(duì)大陡度曲面特定景深的目標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)的高速自適應(yīng)檢測(cè)能力，無需光軸偏轉(zhuǎn)成被測(cè)表面法向或角度允許度范圍內(nèi)，無需調(diào)整高度焦距，消除連續(xù)測(cè)量過程中的人為誤差；在儀器應(yīng)用化方面具有成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0005]高速變焦攝像對(duì)曲面輪廓線的自適應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)，包括標(biāo)準(zhǔn)平面鏡，高速變焦攝像系統(tǒng)、閉環(huán)直線脈沖步進(jìn)滑臺(tái)、照明光源、高度可調(diào)連接支架、控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)待測(cè)目標(biāo)曲面上特定輪廓線的高速自適應(yīng)檢測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)平面鏡以接觸的形式介于閉環(huán)直線脈沖步進(jìn)滑臺(tái)和高速變焦攝像系統(tǒng)通過高度可調(diào)連接支架組成的系統(tǒng)之間，起到為測(cè)量系統(tǒng)提供檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的作用，高速變焦攝像系統(tǒng)包括各種形式的具有高速響應(yīng)和變焦速度的透鏡、圖像采集系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，在均勻、穩(wěn)定光源對(duì)檢測(cè)位置進(jìn)行照明的前提下，高速變焦攝像系統(tǒng)能夠采集到被測(cè)表面上采樣點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)。所述閉環(huán)直線脈中步進(jìn)滑臺(tái)的控制系統(tǒng)與高速變焦攝像系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)綜合集成，并結(jié)合數(shù)據(jù)處理功能對(duì)待檢測(cè)目標(biāo)輪廓線進(jìn)行驅(qū)動(dòng)采樣、處理和綜合分析。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種高速變焦攝像對(duì)曲面輪廓線的自適應(yīng)檢測(cè)方法，包括如下步驟:
[0007]步驟1、采用單點(diǎn)超精密車削方法獲得高精度、高表面質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)平面鏡；
[0008]步驟2、調(diào)整高度可調(diào)支架的豎直距離，針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)平面鏡表面上特定路徑的輪廓線，通過高速變焦攝像系統(tǒng)中的圖像采集功能將自動(dòng)采集到的一系列圖片進(jìn)行處理，并將這些圖片中高速變焦透鏡系統(tǒng)光軸焦點(diǎn)上像素的綜合銳化效果進(jìn)行對(duì)比分析，從而得出最清晰像素點(diǎn)及所在圖片的能力；根據(jù)該像素點(diǎn)與高速變焦攝像系統(tǒng)焦距之間的一一對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，得到該像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的實(shí)際被檢測(cè)曲面上目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)值與高速變焦攝像系統(tǒng)焦距之間的關(guān)系。
[0009]步驟3、在系統(tǒng)分析完之后，通過閉環(huán)直線脈沖步進(jìn)滑臺(tái)載著高速變焦系統(tǒng)相對(duì)被測(cè)曲面沿指定路徑方向自動(dòng)步進(jìn)一個(gè)單位距離，重復(fù)步驟2所述過程進(jìn)行，直至檢測(cè)目標(biāo)路徑上所有步距檢測(cè)點(diǎn)完成；
[0010]步驟4、將所得像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，獲得相對(duì)于高速變焦攝像系統(tǒng)的基準(zhǔn)輪廓曲線；
[0011]步驟5、采用步驟2-4所述方法對(duì)待檢測(cè)目標(biāo)曲面上特定路徑進(jìn)行檢測(cè)，獲取相對(duì)于高速變焦攝像系統(tǒng)的檢測(cè)輪廓線；
[0012]步驟6、將相對(duì)于高速變焦攝像系統(tǒng)基準(zhǔn)的檢測(cè)目標(biāo)輪廓線數(shù)據(jù)減去基準(zhǔn)輪廓線數(shù)據(jù)，獲得目標(biāo)輪廓線數(shù)據(jù)，并進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析。
[0013]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0014]針對(duì)大陡度曲面特定景深的目標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)的高速自適應(yīng)檢測(cè)能力，無需光軸偏轉(zhuǎn)成被測(cè)表面法向或角度允許度范圍內(nèi)，無需調(diào)整高度焦距，消除連續(xù)測(cè)量過程中的人為誤差；在儀器應(yīng)用化方面具有成本低等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實(shí)施例檢測(cè)方法的流程圖。
[0016]圖2為本發(fā)明檢測(cè)系統(tǒng)的組成圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0018]如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了高速變焦攝像對(duì)曲面輪廓線的自適應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)，包括標(biāo)準(zhǔn)平面鏡1，高速變焦攝像系統(tǒng)2、閉環(huán)直線脈沖步進(jìn)滑臺(tái)3、照明光源4、高度可調(diào)連接支架5、控制系統(tǒng)6，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)待測(cè)目標(biāo)曲面上特定輪廓線的高速自適應(yīng)檢測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)平面鏡I以接觸的形式介于閉環(huán)直線脈中步進(jìn)滑臺(tái)3和高速變焦攝像系統(tǒng)2通過高度可調(diào)連接支架5組成的系統(tǒng)之間，起到為測(cè)量系統(tǒng)提供檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的作用，高速變焦攝像系統(tǒng)2包括各種形式的具有高速響應(yīng)和變焦速度的透鏡、圖像采集系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，在均勻、穩(wěn)定的照明光源4對(duì)檢測(cè)位置進(jìn)行照明的前提下，高速變焦攝像系統(tǒng)2能夠采集到被測(cè)表面上采樣點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)。所述閉環(huán)直線脈沖步進(jìn)滑臺(tái)3的控制系統(tǒng)6與高速變焦攝像系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)綜合集成，并結(jié)合數(shù)據(jù)處理功能對(duì)待檢測(cè)目標(biāo)輪廓線進(jìn)行驅(qū)動(dòng)采樣、處理和綜合分析。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種高速變焦攝像對(duì)曲面輪廓線的自適應(yīng)檢測(cè)方法，包括如下步驟:
[0020]步驟1、采用單點(diǎn)超精密車削方法獲得高精度、高表面質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)平面鏡；
[0021]步驟2、調(diào)整高度可調(diào)支架的豎直距離，針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)平面鏡表面上特定路徑的輪廓線，通過高速變焦攝像系統(tǒng)中的圖像采集功能將自動(dòng)采集到的一系列圖片進(jìn)行處理，并將這些圖片中高速變焦透鏡系統(tǒng)光軸焦點(diǎn)上像素的綜合銳化效果進(jìn)行對(duì)比分析，從而得出最清晰像素點(diǎn)及所在圖片的能力；根據(jù)該像素點(diǎn)與高速變焦攝像系統(tǒng)焦距之間的一一對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，得到該像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的實(shí)際被檢測(cè)曲面上目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)值與高速變焦攝像系統(tǒng)焦距之間的關(guān)系。
[0022]步驟3、在系統(tǒng)分析完之后，通過閉環(huán)直線脈沖步進(jìn)滑臺(tái)載著高速變焦系統(tǒng)相對(duì)被測(cè)曲面沿指定路徑方向自動(dòng)步進(jìn)一個(gè)單位距離，重復(fù)步驟2所述過程進(jìn)行，直至檢測(cè)目標(biāo)路徑上所有步距檢測(cè)點(diǎn)完成；
[0023]步驟4、將所得像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，獲得相對(duì)于高速變焦攝像系統(tǒng)的基準(zhǔn)輪廓曲線；
[0024]步驟5、采用步驟2-步驟4所述方法對(duì)待檢測(cè)目標(biāo)曲面上特定路徑進(jìn)行檢測(cè)，獲取相對(duì)于高速變焦攝像系統(tǒng)的檢測(cè)輪廓線；
[0025]步驟6、將相對(duì)于高速變焦攝像系統(tǒng)基準(zhǔn)的檢測(cè)目標(biāo)輪廓線數(shù)據(jù)減去基準(zhǔn)輪廓線數(shù)據(jù)，獲得目標(biāo)輪廓線數(shù)據(jù)，并進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析。
[0026]實(shí)施例
[0027]I)采用具體檢測(cè)方法中的步驟2-4，在由閉環(huán)直線脈沖步進(jìn)滑臺(tái)帶動(dòng)的X向檢測(cè)行程范圍內(nèi)，指定步距t獲得相對(duì)于高速變焦攝像系統(tǒng)的基準(zhǔn)輪廓曲線SI。
[0028]2)采用具體檢測(cè)方法中的步驟2-4獲得相對(duì)于高速變焦攝像系統(tǒng)的檢測(cè)輪廓線S2，指定步距tl >t，具體檢測(cè)采樣點(diǎn)行程范圍包含于標(biāo)定曲線SI的輪廓線行程范圍內(nèi)。
[0029]3)根據(jù)檢測(cè)輪廓線S2的具體采樣點(diǎn)X向坐標(biāo)，插值計(jì)算基準(zhǔn)輪廓曲線SI在檢測(cè)光軸方向?qū)?yīng)的Z’值。
[0030]4)根據(jù)檢測(cè)輪廓線S2的具體采樣點(diǎn)各Z向坐標(biāo)值，計(jì)算需檢測(cè)的目標(biāo)曲面輪廓線采樣點(diǎn)Z ”值為Z-Z’。
[0031]5)擬合各計(jì)算點(diǎn)的坐標(biāo)(X，Z”)，所得曲線即為需檢測(cè)的目標(biāo)曲面輪廓線。
[0032]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.高速變焦攝像對(duì)曲面輪廓線的自適應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括標(biāo)準(zhǔn)平面鏡，高速變焦攝像系統(tǒng)、閉環(huán)直線脈沖步進(jìn)滑臺(tái)、照明光源、高度可調(diào)連接支架、控制系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)平面鏡以接觸的形式介于閉環(huán)直線脈沖步進(jìn)滑臺(tái)和高速變焦攝像系統(tǒng)通過高度可調(diào)連接支架組成的系統(tǒng)之間，高速變焦攝像系統(tǒng)包括各種形式的具有高速響應(yīng)和變焦速度的透鏡、圖像采集系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，所述閉環(huán)直線脈沖步進(jìn)滑臺(tái)的控制系統(tǒng)與高速變焦攝像系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)綜合集成，并結(jié)合數(shù)據(jù)處理功能對(duì)待檢測(cè)目標(biāo)輪廓線進(jìn)行驅(qū)動(dòng)采樣、處理和綜合分析。2.高速變焦攝像對(duì)曲面輪廓線的自適應(yīng)檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1、采用單點(diǎn)超精密車削方法獲得高精度、高表面質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)平面鏡； 步驟2、調(diào)整高度可調(diào)支架的豎直距離，針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)平面鏡表面上特定路徑的輪廓線，通過高速變焦攝像系統(tǒng)中的圖像采集功能將自動(dòng)采集到的一系列圖片進(jìn)行處理，并將這些圖片中高速變焦透鏡系統(tǒng)光軸焦點(diǎn)上像素的綜合銳化效果進(jìn)行對(duì)比分析，從而得出最清晰像素點(diǎn)及所在圖片的能力；根據(jù)該像素點(diǎn)與高速變焦攝像系統(tǒng)焦距之間的一一對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，得到該像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的實(shí)際被檢測(cè)曲面上目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)值與高速變焦攝像系統(tǒng)焦距之間的關(guān)系。 步驟3、在系統(tǒng)分析完之后，通過閉環(huán)直線脈沖步進(jìn)滑臺(tái)載著高速變焦系統(tǒng)相對(duì)被測(cè)曲面沿指定路徑方向自動(dòng)步進(jìn)一個(gè)單位距離，重復(fù)步驟2所述過程進(jìn)行，直至檢測(cè)目標(biāo)路徑上所有步距檢測(cè)點(diǎn)完成； 步驟4、將所得像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，獲得相對(duì)于高速變焦攝像系統(tǒng)的基準(zhǔn)輪廓曲線； 步驟5、采用步驟2-4所述方法對(duì)待檢測(cè)目標(biāo)曲面上特定路徑進(jìn)行檢測(cè)，獲取相對(duì)于高速變焦攝像系統(tǒng)的檢測(cè)輪廓線； 步驟6、將相對(duì)于高速變焦攝像系統(tǒng)基準(zhǔn)的檢測(cè)目標(biāo)輪廓線數(shù)據(jù)減去基準(zhǔn)輪廓線數(shù)據(jù)，獲得目標(biāo)輪廓線數(shù)據(jù)，并進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高速變焦攝像對(duì)曲面輪廓線的自適應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)及方法，包括標(biāo)準(zhǔn)平面鏡，高速變焦攝像系統(tǒng)、閉環(huán)直線脈沖步進(jìn)滑臺(tái)、照明光源、高度可調(diào)連接支架、控制系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)平面鏡以接觸的形式介于閉環(huán)直線脈沖步進(jìn)滑臺(tái)和高速變焦攝像系統(tǒng)通過連接支架組成的系統(tǒng)之間，高速變焦攝像系統(tǒng)包括各種形式的具有高速響應(yīng)和變焦速度的透鏡、圖像采集系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，所述閉環(huán)直線脈沖步進(jìn)滑臺(tái)的控制系統(tǒng)與高速變焦攝像系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)綜合集成，并結(jié)合數(shù)據(jù)處理功能對(duì)待檢測(cè)目標(biāo)輪廓線進(jìn)行驅(qū)動(dòng)采樣、處理和綜合分析。
【IPC分類】G01B11/24
【公開號(hào)】CN104897077
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510190691
【發(fā)明人】石廣豐, 史國權(quán), 徐遠(yuǎn)哲, 李建軍
【申請(qǐng)人】長春理工大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年4月18日