[发明专利]轮廓测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轮廓测量方法，特别是涉及一种基于多频率正弦条纹投影的三维轮廓测量方法。

背景技术

现有的三维轮廓测量方法多种多样，常用的例如反傅里叶法或多步相位移法等等。但在这些方法中，被测物表面的剧烈变化往往会对相位分析产生干扰，在测量精度方面也存在着不足，因此很难实现对复杂外形被测物表面轮廓的高精度测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的轮廓测量方法精度不足的缺陷，提供一种能够对复杂外形被测物表面轮廓进行大范围且高精度测量的轮廓测量方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种轮廓测量方法，其特点在于，该方法采用一测量装置，该测量装置包括一相机以及一投影单元，该方法包括：S₁、进行该相机的标定；S₂、利用该投影单元生成正弦条纹M_i，i＝1～n，n为大于1的正整数，该些条纹的频率F(M_i)满足F(M₁)＝1/2F(M₂)＝1/2²F(M₃)＝...＝1/2^(n-1)F(M_n)，利用校正板对该些条纹M_i分别进行相位-高度标定；S₃、将M₁投影在被测物上，移动该测量装置使该相机FOV覆盖的被测物表面上各点到该测量装置的距离均在M₁的测量范围内，获取由该相机观测到的各观测点的相位并对其解包裹，根据相位-高度标定由经过解包裹的该各观测点相位求得该各观测点的高度坐标，再根据相机标定求得该各观测点的三维坐标；S₄、移动该测量装置使被测物的至少部分表面进入M_k的测量范围，此处取k＝2，然后将M_k-1投影在被测物上，获得该部分表面对应的各观测点的三维坐标并模拟出轮廓曲面，获取M_k的每个相位投影面与该轮廓曲面的各交点对应的各观测点的相位并对其解包裹，根据相位-高度标定由经过解包裹的该各观测点相位求得该各观测点的高度坐标，再根据相机标定获得该各观测点的三维坐标，而后将k的取值增加1；S₅、循环执行步骤S₄，直至对被测物的轮廓测量达到预定的精度。

较佳地，该相位-高度标定过程包括以下步骤：S₁₁、将M_i投影于校正板上，移动该测量装置分别至一第一位置、一第二位置及一第三位置，在该三个位置处分别获取同一观测点的相位其中该三个位置均在M_i的测量范围内；S₁₂、在该第一位置的相位图中取一与条纹方向相交的直线，在该直线上取点P1’、P2’、P3’，并使该P1’、P2’、P3’点的相位分别等于记录该P1’、P2’、P3’点的坐标。

较佳地，根据相位-高度标定求得观测点的高度坐标的过程包括以下步骤：S₂₁、在该直线上取点Pc’，并使该Pc’点的相位等于该观测点的经过解包裹的相位；S₂₂、设该观测点的高度坐标为Hc，由公式[(H1-H3)*(H2-Hc)]/[(H2-H3)*(H1-Hc)]＝[(P1’-P3’)*(P2’-Pc’)]/[(P2’-P3’)*(P1’-Pc’)]求得Hc，其中H1、H2、H3为该测量装置分别处于该三个位置时在步骤S₁₁中所述的该同一观测点的高度坐标。

较佳地，步骤S₄、S₅的解包裹过程中定义相位还原原点的方法为：设观测点的相位为通过计算的值确定该观测点对应的相位还原原点。

较佳地，利用反傅里叶法或多步相位移法获取由该相机观测得的各观测点的相位。

本发明的积极进步效果在于：本发明以宽频条纹的测量结果为向导，调整相机位置以精准对焦，从而令测量区域的条纹投影更加清晰，前一步较宽频条纹的测量用以辅助下一步较窄频条纹的相位还原，由此便排除了被测物轮廓剧烈变化对相位分析产生的干扰，能够准确地判断相位还原原点并实施解包裹，从而使测量精度得到了提高。在整个测量过程中，不断地调整相机使之对焦于更加细致的条纹，并且采用不同方向的投影，通过循环迭代的方法实现对被测物每个高度、每个待测面的全方位精密测量。另外，相对于传统的分区域拼接方式，本发明能够更快速地实现对被测物的全域检测，避免拼接误差。

附图说明