光學(xué)三維測量新方法
隨著計算機(jī)看彼、光學(xué)和光電子技術(shù)的發(fā)展嬉竞,傳統(tǒng)計量方法發(fā)生了很大的變化潦擅,新的三維測量方法不斷涌現(xiàn)很鸥,采用光學(xué)技術(shù)獲取被測量物體三維信息的方法是當(dāng)前發(fā)展極為迅速的一個領(lǐng)域。
光學(xué)三維測量方法可以分為兩大類:被動三維傳感技術(shù)和主動三維傳感技術(shù)珍语。被動三維傳感技術(shù)使用正常光源锤岸;主動三維傳感技術(shù)采用結(jié)構(gòu)照明方式,利用三維物體表面對結(jié)構(gòu)光場的調(diào)制板乙,從攜帶信息的接受光場中解調(diào)出三維數(shù)據(jù)是偷。
主動三維傳感技術(shù)有兩種基本方法:時間調(diào)制法和空間調(diào)制法。時間調(diào)制法主要為飛行時間法募逞,通過直接測量光脈沖的飛行時間來確定被測物體的三維面形蛋铆;空間調(diào)制法基于三角測量原理,是目前應(yīng)用較多的一種測量方法放接。這種測量方法的原理是利用衍射或幾何投影的方法刺啦,將激光或白光調(diào)制成柵狀分布的光束,這種規(guī)則分布的柵狀光束投影在被測量的三維物體上纠脾。如果被測物體是一個平面玛瘸,根據(jù)入射角度的不同,在被測物體表面觀察到的光束為柵距發(fā)生變化的光柵(或非平行光柵)苟蹈;如果被測物體為曲面糊渊,則會產(chǎn)生變形的條紋。利用這種變化的信息垫暑,可計算出每個(X舆骚,Y)坐標(biāo)點(diǎn)的高度值,這些數(shù)據(jù)的集合即可表征被測物體的三維尺寸蔚分。
經(jīng)過多年的發(fā)展悉歼,根據(jù)測量對象的不同,空間調(diào)制法已派生出多種不同的測量和數(shù)據(jù)處理方法碟舱,包括調(diào)制度測量法薯舆、散斑投影法晚乙、二元編碼投影法、莫爾輪廓術(shù)累冠、位相測量輪廓術(shù)缘违、傅立葉變換輪廓術(shù)、空間位相檢測法等蝇罐。在這些方法中岸腥,傅立葉變換輪廓術(shù)和相位測量輪廓術(shù)是兩種主要的方法。傅立葉變換輪廓術(shù)是通過對接收的二維圖像強(qiáng)度進(jìn)行傅立葉變換合弥、濾波和處理而得到三維輪廓茉唉,其特點(diǎn)是測量速度快,適用于高速測量(如研究水的渦流结执、爆破的瞬時過程等)度陆;相位測量輪廓術(shù)一般采用正弦光柵投影和數(shù)字移相技術(shù),它雖然是一種宏觀測量方法献幔,但數(shù)據(jù)處理時符合物點(diǎn)與像點(diǎn)的共軛關(guān)系懂傀,且與物體表面反射的均勻性無關(guān),因此是空間調(diào)制三維測量技術(shù)中精度最高的一種方法蜡感。
近年來蹬蚁,主動傳感技術(shù)的應(yīng)用日漸普及,典型的產(chǎn)品有德國GOM公司的ATOS三維數(shù)字化測量儀郑兴,它采用結(jié)構(gòu)光場的相位檢測方法犀斋,光束投射到被測工件表面產(chǎn)生的變形光柵由兩個CCD接收。儀器體積很小(僅4kg重)情连,其測量范圍達(dá)10mm~10m(大范圍測量需加參考靶以便進(jìn)行圖像拼接)叽粹,測量結(jié)果可以STL格式輸出,進(jìn)入CAD系統(tǒng)或數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)反求却舀。在CIMT2005中國國際機(jī)床工具展覽會上嬉哥,也展出了多種基于主動傳感技術(shù)的坐標(biāo)測量機(jī)測頭,包括一維測頭(線結(jié)構(gòu)光)和二維測頭(面結(jié)構(gòu)光)勒蜀,這些測頭的特點(diǎn)是測量速度快津咒、信息量大、非接觸測量雁碘,特別適合測量具有復(fù)雜形面的柔軟物體哩拔。
主動傳感三維測量技術(shù)是近二十年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù),各國學(xué)者都極為關(guān)注啥拘,是計量測試領(lǐng)域中的一個熱門研究課題影焙,可以預(yù)期,這種技術(shù)的應(yīng)用將會日益廣泛,發(fā)展前景廣闊襟笋。
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