[发明专利]机器视觉同步对焦扫描式激光测振装置

说明书

技术领域

本发明涉及机器视觉同步对焦扫描式激光测振装置，属于冲击与振动参数场扫描的精密测量技术领域。

背景技术

冲击与振动测量在国民经济建设、武器装备研制生产中具有十分重要的作用，在工业生产和测试中具有普遍性需求。扫描式激光测振仪作为目前全场振动测试中重要的测量仪器，具有适应性好、准确度高、动态响应快等优点。

然而扫描激光测振仪在使用中受测量对象表面形貌的影响，测量时扫描激光测振仪需要频繁对焦，由于其对焦原理限制导致测量周期过长，使得扫描式激光测振仪无法满足目前快速准确的振动测量要求，因此提高扫描式激光测振仪的对焦速度相关技术研究具有重要现实意义。

发明内容

本发明的目的是为解决冲击与振动精密测量中由于测量对象表面形貌不规则导致测量效率低、适应性差的问题，提出一种机器视觉同步对焦扫描式激光测振装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的机器视觉同步对焦扫描式激光测振装置，由机器视觉测量模块1、位置解算及控制模块2、扫描调焦控制模块3、扫描激光测振光学模块4、干涉信号解调模块5、控制及信息处理模块6组成；其中，扫描调焦控制模块4、扫描激光测振光学模块4、干涉信号解调模块5构成扫描激光测振系统；

测量对象7为具有不规则形状物体冲击与振动；

机器视觉测量模块1至少由两个或两个以上摄像机、至少一个结构光照明系统组成，水平放置于扫描激光测振系统的测量光两侧，并与扫描激光测振系统固定安装在同一基体之上，定义扫描激光测振系统为Z轴方向，机器视觉测量模块两摄像机连线方向为X轴方向，垂直于X、Z轴方向为Y轴方向，以此共同组成空间直角坐标系；机器视觉测量模块向被测对象投射结构光，用于测量被测对象的表面形貌。机器视觉测量模块中的多部摄像机成固定角度拍摄，扫描激光测振系统用于被测对象的冲击与振动的测量，机器视觉测量模块与扫描激光测振系统建立在统一的坐标系之内；机器视觉测量模块将结构光投射于测量对象表面，通过摄像机及图像处理技术在视场内将被测对象的各点的表面形貌坐标值计算存储，测量结果用于确定扫描激光测振系统的扫描测量焦点信息，实现扫描激光测振系统的快速同步对焦与扫描测量；

位置解算及控制模块2、由计算机及数据输出数字电路接口组成，利用计算机对机器视觉摄像机测量图像进行处理计算，确定测量点位置激光测振仪的工作焦距，通过数据输出电路接口提供工作焦距信号给扫描调焦控制模块。

扫描调焦控制模块3、通过数字接口接受测量点激光测振仪的工作焦距，驱动扫描执行器件实现测量时的扫描调焦。

扫描激光测振光学模块4、主要包括声光调制器、偏振分光棱镜、1/4波片、1/2波片、光电接收器等必要的光学元件，用于参考光频率调制和测量的光学干涉实现。

干涉信号解调模块5、主要包括相关干涉信号采集用AD变换电路及同步控制电路，用于激光干涉信号的同步测量。

控制及信息处理模块6将机器视觉测量模块测量的表面形貌信息与扫描激光测振系统测量位置关联，利用各点表面形貌坐标值进行调焦变换计算，并按照计算结果控制扫描伺服机构调整扫描动作，实现扫描测量及数据输出；

上述机器视觉测量模块所用的结构光源为可见光或红外光、紫外光等，其使用决定于摄像机及系统的测量精度要求；

上述机器视觉测量模块的结构光测量面尺寸均大于其对应的测量对象的几何尺寸或具有足够的测量分辨力。

机器视觉同步对焦扫描式激光测振装置，由9为测量光源，10为准直扩束系统，11第一偏振分光棱镜，12声光调制器，13为第一反射镜、14为第二反射镜，15为1/2波片，16为第二偏振分光棱镜，17为1/4波片，18为调焦光学系统，19第一机器视觉测量模块、20为第二机器视觉测量模块，21为测量对象，22为起偏器，23为光电接收器组成；