[发明专利]一种三维棱角性检测系统和检测方法

权利要求书

1.一种三维棱角性检测系统，其特征在于包括：显微镜头模块、X/Y轴电动的载物台装置、Z轴电动对焦装置、三维图像拼接模块和棱角性检测模块，所述显微镜头模块包括通用变焦镜头、光源和相机；

所述Z轴电动对焦装置带动所述显微镜头模块在垂直于所述X/Y轴电动的载物台装置上表面的方向上下移动；所述X/Y轴电动的载物台装置沿着平行其上表面的方向运动；所述显微镜头模块朝向所述X/Y轴电动的载物台装置上表面的一侧安装有光源；

所述显微镜头模块通过传输线与三维图像拼接模块连接，将所述显微镜头模块在不同高度上拍摄的载物台上的待检测颗粒图片发送至三维图像拼接模块拼接形成三维数据点；

所述三维图像拼接模块将所述三维数据点发送至棱角性检测模块求出待检测颗粒的三维棱角性。

2.一种使用权利要求1所述三维棱角性检测系统进行三维棱角性检测的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)调节光源和Z轴电动对焦装置，进行白平衡处理，然后将待检测颗粒放在X/Y轴电动的载物台装置的中心位置上；

2)通过移动X/Y轴电动的载物台装置，通过三维图像拼接模块设置待检测颗粒在Z方向上的投影区域；

3)通过调节Z轴电动对焦装置，使得显微镜头模块拍摄到待检测颗粒的最高区域清晰，设置当前位置为显微镜镜头移动的最高高度；

4)通过调节Z轴电动对焦装置，使得显微镜头模块拍摄到待检测颗粒的最低区域清晰，设置当前位置为显微镜镜头移动的最低高度；

5)通过Z轴电动对焦装置驱动显微镜头模块在最高位置和最低位置之间移动，显微镜头模块拍摄待检测颗粒不同区域的图像并传送至三维图像拼接模块进行三维图像拼接，得到待检测颗粒的三维图像并转换为三维数据点；

6)将三维数据点输送到棱角性检测模块中，

根据拟合椭球法、最小包围球法、相邻三角面片法和粗糙度法对三维数据点进行运算，分别求出待检测颗粒的三维棱角性。

3.根据权利要求2所述三维棱角性检测的方法，其特征在于:所述拟合椭球法是采用最小二乘法原理，将颗粒的三维数据点进行拟合成椭球，椭球的一般式方程如下：

aX²+bX²+cZ²+2dXY+2eXZ+2fYZ+2gX+2hY+2iZ+j＝0

其中，a,b,c,d,e,f,g,h,i,j为拟合椭球的10个系数；

棱角性计算公式如下：

其中，点P(x_i,y_i,z_i)为颗粒边界上任意一点坐标，点O(x_o,y_o,z_o)为颗粒的拟合椭球的球心坐标，点Q(x_c,y_c,z_c)为直线PO与拟合椭球一般方程的交点坐标，n为三维数据点总数。

4.根据权利要求2所述三维棱角性检测的方法，其特征在于:所述最小包围球法是通过将颗粒的三维数据点包围的最小包围球，利用下式计算棱角性：

其中，点P₁(x_i,y_i,z_i)为颗粒边界上任意一点坐标，点O₁(x_o,y_o,z_o)为颗粒的最小外接球的球心坐标，R为最小包围球的半径，n为三维数据点总数。

5.根据权利要求2所述三维棱角性检测的方法，其特征在于:所述相邻三角面片法是将颗粒的三维数据点进行三维三角片面化，并将每一个三角面片进行标记，从而求出每个三角面片的法向量，最后求相邻的三角面片法向量的夹角θ_i，再将最小包围球进行三维三角片面化，同理求出相邻的三角面片法向量的夹角θ_j，棱角性计算公式如下：

6.根据权利要求2所述三维棱角性检测的方法，其特征在于:所述粗糙度法采用最小包围球的体积V₁和颗粒的体积V₂的比值来表征棱角性，计算公式如下：