一種雙光源鏡面反射面測量系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種雙光源鏡面反射面測量系統，包括第一點光源陣列和記錄由第一點光源陣列發出并經待測物件反射后的光線的攝像機，第一點光源陣列與待測物件間設有分光片，分光片的一側設有第二點光源陣列，第二點光源陣列的光線依次經分光片和待測物件反射后投入攝像機。本雙光源鏡面反射面測量系統中，關鍵部件是分光片，通過使用分光片，可以在使用雙光源定位法的同時避免了光源之間的相互遮擋，從而不需要使用機械裝置移動光源，去除了機械裝置帶來的速度瓶頸。此外，雙光源均采用點光源陣列，其可以達到很高的顯示密度,從而對待測物件表面的法向量能夠達到較高的測量精度，本發明結構簡單，可廣泛用于鏡面反射的自動化測量領域。
【專利說明】一種雙光源鏡面反射面測量系統
【技術領域】
[0001]本發明用于物件表面測量領域，特別是涉及一種鏡面反射面測量系統。
【背景技術】
[0002]工業生產中常常會生產帶有鏡面反射面的產品，例如光滑的塑料件表面，打磨過的金屬和注塑/打磨成型的光學鏡片等。對于這些產品，有的需要對其表面進行精密的測量，例如裝飾面需要測量其光潔程度，非球面鏡片的需要測量表面曲率等。傳統的三維測量方法由于要求待測物體為漫反射表面，對于此類鏡面反射表面不適用.對于鏡面反射面，常見的測量方法為人工測量。一是通過肉眼觀察對表面光潔度高的部件，如裝飾面；二是通過接觸性探測儀測量關鍵特征點的三維坐標，如光學鏡片的測量
坐寸o
[0003]對于鏡面反射的自動化測量，理論上需要觀察兩個可控光源所成的像或者從兩個角度觀察一個光源成的像，才能得到表面點的三維坐標。現有的技術主要從三個角度出發，一種是采用雙光源，而由于兩個光源會互相遮擋，所以需要使用機械設備來移動光源；另一種是采用兩臺攝像機從不同角度觀察同一光源反射成的像；第三種是通過附加信息，例如物體表面的光滑度限制，生產件的CAD數據等作為初始估計，通過優化算法逐漸求得最可能的物體表面三維坐標。
[0004]人工檢測的方法要求工人具有相關的經驗，對人員技能要求較高，并且效率低投入大，增加了生產成本。因而不適用于大批量的高精度帶鏡面反射面的產品生產。
[0005]使用雙光源的測量系統為了避免光源遮擋，現有技術需要使用機械設備移動光源，從而測量速度受限于機械設備的移動速度。而相比于測量系統其他環節，機械系統的移動速度很慢，成為速度瓶頸；采用雙攝像頭的測量系統存在大量的搜索過程，增加了復雜度；使用附加信息這種方法理論上并不完備，算法復雜，因而不適用于工業生產過程。

【發明內容】

[0006]為解決上述問題，本發明提供一種取代人工測量，避免光源相互遮擋的高精度雙光源鏡面反射面測量系統。
[0007]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種雙光源鏡面反射面測量系統，包括第一點光源陣列和記錄由第一點光源陣列發出并經待測物件反射后的光線的攝像機，第一點光源陣列與待測物件間設有分光片，分光片的一側設有第二點光源陣列，第二點光源陣列的光線依次經分光片和待測物件反射后投入攝像機。
[0008]進一步作為本發明技術方案的改進，第一點光源陣列和第二點光源陣列均為液晶顯示器。
[0009]進一步作為本發明技術方案的改進，分光片為設在第一點光源陣列前面的玻璃片。
[0010]本發明的有益效果:本雙光源鏡面反射面測量系統中，關鍵部件是分光片，通過使用分光片，可以在使用雙光源定位法的同時避免了光源之間的相互遮擋，從而不需要使用機械裝置移動光源，去除了機械裝置帶來的速度瓶頸。此外，雙光源均采用點光源陣列，其可以達到很高的顯示密度，從而對待測物件表面的法向量能夠達到較高的測量精度，本發明結構簡單，可廣泛用于鏡面反射的自動化測量領域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結合附圖對本發明作進一步說明:
圖1是本發明原理結構示意圖；
圖2是本發明第一實施例結構示意圖；
圖3是本發明第二實施例結構示意圖。
【具體實施方式】
[0012]參照圖1?圖3，本發明提供了一種雙光源鏡面反射面測量系統，包括第一點光源陣列I和記錄由第一點光源陣列I發出并經待測物件2反射后的光線的攝像機3，第一點光源陣列I與待測物件2間設有分光片4，分光片4的一側設有第二點光源陣列5，第二點光源陣列5的光線依次經分光片4和待測物件2反射后投入攝像機3。
[0013]本雙光源鏡面反射面測量系統的工作原理如下:
當點亮第二點光源陣列5，熄滅第一點光源陣列I時，由于分光片4具有同時折射(平面分光片中等價于透射)和反射的能力，會將第二點光源陣5列發出的光線反射到待測物件2上，在攝像機3看來等價于待測物件2上鏡面反射出一個像6，第二點光源陣列5的像6，從而確定出一個位置，即第二點光源陣列5的像6的位置。
[0014]當熄滅第二點光源陣列5,點亮第一點光源陣列I時,分光片4會透射第一點光源陣列I發出的光線，在攝像機3中可以看到第一點光源陣列I成的像6，從而確定出第一點光源陣列I的位置。
[0015]由于第一點光源陣列I的像6的位置和第二點光源陣列5的位置已知，入射光方向即可確定，反射光方向可由攝像機3投影原理確定，從而可以得到待測物件2表面點的法向量和三維坐標。
[0016]本發明的關鍵部件是分光片4，通過使用分光片4，可以在使用雙光源定位法的同時避免了光源之間的相互遮擋，從而不需要使用機械裝置移動光源，去除了機械裝置帶來的速度瓶頸。此外，雙光源均采用點光源陣列，其可以達到很高的顯示密度，從而對待測物件2表面的法向量能夠達到較高的測量精度，本發明結構簡單，可廣泛用于鏡面反射的自動化測量領域。
[0017]作為本發明優選的實施方式，第一點光源陣列I和第二點光源陣列5均為液晶顯示器，分光片4為設在第一點光源陣列I前面的玻璃片。
[0018]液晶顯示器是理想的大數量高密度的點光源陣列，同時根據玻璃具有反光和折射的特性，可以使用普通的玻璃片放置于第一點光源陣列I前面作為分光片4來降低成本。
[0019]對于多點光源構成的液晶顯不器，本系統使用灰度編碼(gray code)方法確定液晶顯示器上每一個像素點的位置。每一個時刻顯示一張編碼圖片，通過觀測某一點不同時刻的灰度值可以形成一個時間序列灰度值。每一像素點在一個時間序列中顯示的都是一個獨特的2進制灰度序列值。通過觀察一個像素點的2進制序列即可查表得到其像素點編號從而得到該像素點在空間中的位置。
[0020]為了給N個光源點進行編碼，使得每個光源點有獨特的時間序列灰度值，總共需要的時間序列長度為M，M滿足2m ≥ N。
[0021]本發明還具有高速度的特點，如上所述，給N個光源點進行編碼，總共需要的時間
序列長度為M，M滿足2m≥n。對于一個VGA分辨率(640x480)的液晶顯示器，M=19。對于
一個30fps的工業攝像機，所需要的采集時間約為0.65s。由于采用兩塊液晶顯示器，需要的時間是兩倍，即1.3s即可完成對待測物件的測量。可滿足工業生產中對速度的要求。兩臺液晶顯示器圖像的切換可以通過顯示全黑圖像來等價關閉顯示器操作，切換時間可以忽略不計。
[0022]當然，本發明創造并不局限于上述實施方式，熟悉本領域的技術人員在不違背本發明精神的前提下還可作出等同變形或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。
【權利要求】
1.一種雙光源鏡面反射面測量系統，其特征在于:包括第一點光源陣列和記錄由所述第一點光源陣列發出并經待測物件反射后的光線的攝像機，所述第一點光源陣列與待測物件間設有分光片，所述分光片的一側設有第二點光源陣列，所述第二點光源陣列的光線依次經分光片和待測物件反射后投入所述攝像機。
2.根據權利要求1所述的雙光源鏡面反射面測量系統，其特征在于:所述第一點光源陣列和第二點光源陣列均為液晶顯示器。
3.根據權利要求2所述的雙光源鏡面反射面測量系統，其特征在于:所述分光片為設在第一點光源陣列前面的玻璃片。
【文檔編號】G01B11/00GK103630541SQ201310625552
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月28日 優先權日:2013年11月28日
【發明者】徐彬, 高福榮, 姚科 申請人:廣州市香港科大霍英東研究院