[发明专利]一种非接触式复杂表面锥体体积测量系统及方法

权利要求书

1.一种非接触式复杂表面锥体体积测量系统，其特征在于：包括一计算机和一底座；

所述底座上设有一竖直升降器，所述竖直升降器上设有一载物台并能实现所述载物台的竖直升降；

所述底座上还设有用于使载物台上的待测锥体形成光切平面的线激光器；

所述底座上还设有一相机导轨，所述相机导轨上设置一能沿相机导轨滑动的黑白相机，使待测锥体的顶点沿黑白相机拍摄方向能投影在待测锥体底面上；

所述计算机能控制所述竖直升降器和所述黑白相机。

2.根据权利要求1所述的一种非接触式复杂表面锥体体积测量系统，其特征在于：所述线激光器具有三个，位于所述载物台周围，呈一三角状排列。

3.根据权利要求1所述的一种非接触式复杂表面锥体体积测量系统，其特征在于：每个线激光器位于一激光器支撑柱上。

4.根据权利要求1所述的一种非接触式复杂表面锥体体积测量系统，其特征在于：所述竖直升降器包含一竖直丝杆和一步进电机，所述步进电机通过所述竖直丝杆控制所述载物台的升降速度和高度。

5.根据权利要求1所述的一种非接触式复杂表面锥体体积测量系统，其特征在于：所述相机导轨为弧形导轨, 所述相机导轨一端连接所述底座，另一端连接所述竖直升降器顶部。

6.根据权利要求1所述的一种非接触式复杂表面锥体体积测量系统，其特征在于：所述步进电机通过串口与计算机连接，由计算机控制步进电机的运转。

7.根据权利要求1所述的一种非接触式复杂表面锥体体积测量系统，其特征在于：所述黑白相机通过串口与所述计算机连接，由所述计算机控制黑白相机的拍摄。

8.根据权利要求1所述的一种非接触式复杂表面锥体体积测量系统，其特征在于：所述黑白相机通过数据传输接口与所述计算机连接，实现所述黑白相机与所述计算机间的数据传输。

9.一种非接触式复杂表面锥体体积测量方法，其特征在于：包括如下步骤，

S1：提供至少三个不同角度的线激光器，位于待测锥体周围，构成光切平面，光切平面法线与水平面夹角为                                                ，使待测锥体顶点沿光切平面法线方向能投影在待测锥体底面上，在待测锥体表面形成一个明亮的闭合轮廓光带；

S2：提供一载物台、竖直丝杆和步进电机，所述步进电机通过竖直丝杆带动载物台上的待测锥体沿竖直方向以匀速下降，即光切平面相对于待测锥体由底端至顶端匀速移动，相当于每隔一固定时间光切平面扫过一台体，为采集间隔时间，通过调节采集间隔时间将待测锥体“切”为许多等高薄台体；

S3：提供一黑白相机，拍摄方向与光切平面法线方向相同，光切平面相对待测锥体匀速移动同时，所述黑白相机每间隔时间采集一次图像，即记录待测锥体不同光切平面处的截面轮廓大小及形状，并将采集到的图像、采集间隔时间以及图像张数P数据传送至一计算机；

所述计算机接收所述数据后，包括以下处理步骤：

S4：读取图像张数P，将每张图像进行二值化处理，滤波后，进行骨架提取，从而得出不同光切平面处截面的闭合轮廓线，对所述闭合轮廓线进行像素填充，得到填充截面所需的像素点数，运用系统定标得到的比例系数M求得对应的第i个光切平面处截面的实际面积：，为填充第i个光切平面处截面的像素点数，下标i的取值为1~P；

S5：读取采集间隔时间、载物台下降速度和光切平面法线与水平面夹角，计算出相邻两张轮廓图像的高度差，将相邻的两个截面以台体的形式拟合，求出每个薄台体的体积，下标的取值为1~(P-1)，将各个台体进行求和叠加，进而得到待测锥体体积，将提取出的轮廓线沿光切平面法线方向以为间隔顺序排列，并对间隔空间进行插值填充、平滑处理，重构出待测锥体三维模型。

10.根据权利要求9所述的一种非接触式复杂表面锥体体积测量方法，其特征在于：所述采集间隔时间的确定方法为：沿光切平面法线方向，以一激光从待测锥体顶点向下以匀速扫描，记录从顶点到刚好脱离待测锥体时的扫描时间，扫描总距离，设定下降P个周期，下降时的速度为，则采集间隔时间为。