[发明专利]基于反射镜二次成像的物体体积非接触测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于反射镜二次成像的物体体积非接触测量方法及装置。

背景技术

非接触测量是以光电、电磁等技术为基础，在不接触待测物体表面的情况下，得到物体表面参数信息的测量方法。传统的非接触式光学三维测量技术主要有飞行时间法、干涉法和三角法三种。其中，飞行时间法一般采用激光，通过测量光波的飞行时间来获得距离信息，结合附加的扫描装置使光脉冲扫描整个待测对象就可以得到三维数据；干涉法是将一束相干光通过分光系统分成测量光和参考光，利用测量光波与参考光波的相干叠加来确定两束光之间的相位差，从而获得物体表面的深度信息。干涉法测量精度虽然较高，但测量范围受到光波波长限制，只能测量微观表面的形貌和微小位移，不适于检测大尺度物体；光学三角法是比较常用的一种光学三维测量技术，以传统的三角测量为基础，通过待测点相对于光学基准线偏移产生的角度变化计算该点的深度信息。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于反射镜二次成像的物体体积非接触测量方法及装置，不仅测量精度高，而且不受环境光影响。

为了实现上述目的，本发明的技术方案一是：一种基于反射镜二次成像的物体体积非接触测量装置，包括旋转载物台，所述旋转载物台上平放有用于放置待测物体的第一平行光源，所述第一平行光源中心与旋转载物台中心重合，所述旋转载物台的上方设置有与竖直方向呈45°夹角的平面反射镜，所述旋转载物台的一旁侧竖设有第二平行光源，所述旋转载物台的另一旁侧设置有与第二平行光源正对的双侧远心镜头，所述双侧远心镜头安装在CCD摄像机上，所述CCD摄像机的光轴与旋转载物台上表面平行，所述CCD摄像机的上方设有将激光水平发射到平面反射镜以反射至旋转载物台中心的激光器。

进一步的，所述CCD摄像机固定于第一升降台上以精密控制其高度位置。 

进一步的，所述旋转载物台固定于第二升降台上以精密控制其高度位置。

进一步的，所述平面反射镜固定于支架上。

进一步的，所述第一平行光源为LED面板灯。 

进一步的，所述激光器为LD激光器。

为了实现上述目的，本发明的技术方案二是：一种基于反射镜二次成像的物体体积非接触测量方法，采用如上所述的基于反射镜二次成像的物体体积非接触测量装置，并按以下步骤进行：

（1）利用激光器发出沿CCD摄像机光轴方向入射的激光，并经平面反射镜反射至旋转载物台中心；将待测物体放置于旋转载物台上的第一平行光源中心，并使待测物体顶点、激光反射点与第一平行光源中心三点共线；

（2）利用第二平行光源发出与CCD摄像机光轴共线的平行光正照待测物体，调整第二平行光源、平面反射镜和CCD摄像机的位置至待测物体像与反射像两者平分CCD摄像机视野，且在旋转载物台旋转一周过程中CCD摄像机视野的图像均是完整的，调整后取走待测物体；

（3）将校准物体标准件放置在旋转载物台上的第一平行光源中心，利用CCD摄像机拍摄一张照片后，取走校准物体标准件，并对采集的图片进行分析处理，计算出图像单位像素与校准物体标准件实际长度的投影比例关系；

（4）将待测物体重新放置于旋转载物台上的第一平行光源中心，并使待测物体顶点、激光反射点与第一平行光源中心三点共线；调整待测物体的位置，使待测物体的像随着旋转载物台的旋转能够完整地呈现在CCD摄像机视野中；

（5）使旋转载物台匀速旋转一周，让CCD摄像机在预定间隔时间内自动采集；

（6）对采集的图片进行分析处理，先对图像进行边缘检测、轮廓提取等预处理，再利用计算机编写的算法程序完成待测物体体积的计算。

进一步的，在步骤（6）中，所述的算法为三角微分算法或扇形微分算法。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：该装置突破之前有一定体积测量的结构特点，创新性地提出了用平行光源投射平行光来提高物体边缘对比度，减少环境光影响；利用标准件校准，测量结果稳定，通过双侧远心镜头采集，畸变小，精度高，平行度高，图像锐度高，添加平面反射镜同时采集并处理与正面倾斜45度的图像，减少图像的采集量，加快算法的处理速度，解决了单目系统的盲区。该方法相对于常规方法在时间与精度上有很大的突破，且结构较简单，能够获得更高的精度。该方法和装置不仅可以直接测量物体的镜面反射，还可以测量类似于橡皮泥等复杂结构物体表面的漫反射，为获得非接触式精确物体体积的测量提供了一种可靠的方法和装置。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明