[实用新型]三维测量系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种三维测量系统。

背景技术

三维测量技术已广泛应用于航天航空、汽车、船舶、模具、家电等产品的设计制造及质量检测、生物医学、虚拟现实、数字博物馆、影视游戏等领域。双目立体视觉采用双摄像机模仿人眼功能，从不同视角获取物体表面信息，利用视差实现物体表面三维重构，具备非接触、高效率、成本低、易于操作，精度与分辨率较好优点，是一种较成熟，商业市场较成功的三维测量技术。但缺乏纹理的被测目标表面难以实现左右图像的匹配，在双目立体视觉的基础上常常增设一个投影设备将特定编码的结构光投射到物体表面形成匹配特征，称为面结构光三维测量技术。各种形状复杂的工件通过通过面结构光测量方法可快速准确实现表面三维重构，在获得实体表面模型后，基于计算机可视化技术，通过人机交互方式就可方便快捷地实现表面各种几何参数的选择与解算。但由于面结构光三维测量基于不同视角下二维平面图像的三维反求，只有在两个视角下皆可见的部分才能实现三维测量，其单次测量重构的是局部实体表面，只能满足小尺寸工件测量需求。

随着国家经济的发展和先进制造水平的提高，航空、航天、造船、钢铁、能源生产及储运等大型机械制造企业以及相关的科研院所和计量部门对各类大尺寸的零部件和大型结构几何检测的需求越来越多，局部三维测量技术难以满足此类要求。为了获得完整表面的三维重构，不可避免地需要全局数据拼接技术的支撑。目前较通用的数据拼接技术是在实体整个表面粘贴标志点的方法，但标志点法存在人工操作繁复，拼接效率低的缺陷。标志点法会导致数据空洞，而在一些对被测表面有特殊保护需求的情况下，标志点法会不可避免地导致干扰和阻碍。

测长机是指带有长度基准，且测量范围大(通常为一米以上)的长度计量仪器，可覆盖各领域大尺寸精密量具和精密零件的校准和测量。10米光栅测长机达到了该种设备的最大测量范围，但其存在测量功能单一，只能实现被测目标简单的一维或二维几何参数测量的缺陷，无法像结构光三维测量技术那样获取丰富的形面信息，实现功能多样化的数据后处理，限制了其在大尺寸测量领域的应用。

发明内容

基于此，本实用新型在于克服现有技术的缺陷，提供一种大尺寸三维测量系统，该三维测量系统能够高效、简便、精准地测出复杂形貌大尺寸工件的三维数据，并提升了测量的灵活性。

其技术方案如下：

一种三维测量系统，包括测长机以及立体视觉测量子系统，测长机包括计算机主机、一维平移测量子系统和图像局部瞄准子系统，所述一维平移测量子系统包括基体平台和气浮滑块，气浮滑块安装在基体平台上，并可沿基体平台纵向滑动，所述图像局部瞄准子系统安装在所述气浮滑块上，所述立体视觉测量子系统安装在图像局部瞄准子系统上，该立体视觉测量子系统包括双目视觉测量装置，在该双目视觉测量装置下方形成有测量区域，且测量区域位于所述基体平台上，所述双目视觉测量装置与所述计算机主机实现电气连接。

进行三维数据拼接测量的过程为：在测量区域内放置棋盘标定板，并通过双目视觉测量装置采集不同角度摆放的棋盘标定板的图像进行摄像机标定，据此建立局部三维测量坐标系；测长机基体移动轴线的标定需要沿基体平台的纵向确定至少5个测量位置，在每个测量位置上首先通过测长机的图像局部瞄准子系统将棋盘标定板的角点纵向排列方向调整至与测长机基体移动轴线一致，再重构每行棋盘格角点中首位角度和末位角点在局部三维测量坐标系中的三维坐标，确定测长机基体轴线在局部三维测量坐标系中的单位方向向量，所有位置测量之后平均所获取的全部单位方向向量；在基体平台上置入被测物体，通过推动气浮滑块使被测物体的各个局部均能进入所述的测量区域中，在每个测量位置上，读取相应的光栅读数，并通过双目测量装置的投影设备将黑白条纹周期编码图案以及相移编码图像投影至被测物体表面，双目视觉测量装置的左右两个摄像机同时拍摄受到物体表面形状调制的结构光投影图像，接着，经过图像处理解相后实现左右图像同一物体表面点的匹配，并结合摄像机标定参数重构出被测物体表面点在相应局部三维测量坐标系下的三维坐标；之后，以光栅读数为零时的局部三维测量坐标系做为全局坐标系，根据每个测量位置上所读取的光栅读数和上述平均单位方向向量，将所获得的局部三维测量坐标系中的三维坐标拼接到全局三维测量坐标系中，获得被测物体表面点在全局三维测量坐标系中的三维坐标；最后，根据被测物体表面点集在全局三维测量坐标系中的坐标进行数据构造或拟合，获得各种测量特征，最终实现特定的几何尺寸及形位误差参数测量任务。