用于曲面轮廓测量的结构光视觉技术研究

洪华杰,甘子豪,何科延,顾海鹏

(国防科技大学智能科学学院,湖南 长沙 410073)

0 引言

随着现代产业化的不断发展,航空航天、汽车制造、半导体行业、精密仪器制造、模具设计等领域对复杂曲面零件的需求日益增大。 面形测量技术逐渐成为制约这类零件制造性能的关键因素。 光学三维面形测量方法大致可分为接触式和非接触式两类。其中,较为典型的接触式测量方法有三角坐标测量法。 三角坐标测量法通过传感探头在被测物表面扫描得到的各测点空间坐标位置,对坐标位置信息进行计算处理后生成被测物的三维形貌结果。 尽管接触式测量方法能达到较高的精度,但容易造成触头磨损、被测物表面损伤等问题,且测量速度慢、效率低。 非接触式测量方法有零位补偿干涉检测法,即通过一个折射补偿镜或者计算全息图(computergenerated hologram,CGH)将波面干涉仪投射的标准波面转换为与待测曲面匹配的参考波面,从而实现零位干涉测量[1]。 尽管该方法具有很高的测量精度,但由于每个待测曲面需要制作特定的补偿器,大大增加了测量成本,不具备普遍适用性。 结构光法早期由美国南加州大学研究人员提出,之后逐渐开始应用于对目标进行三维测量,属于非接触式测量方法,目前已成为机器视觉测量领域的重要分支。该方法具有测量速度快、视场大、精度高等优势。

本文首先介绍了结构光测量系统的组成及三维测量原理;然后,针对结构光法测量曲面涉及的关键技术问题(包括结构光视角系统设计、结构光编码技术、系统标定方法、曲面轮廓的测量与重构),总结分析了国内外的研究现状;最后,对用于曲面轮廓测量的结构光技术发展趋势进行了展望。……