CN109341590A - 一种筒节形状偏差投影检测及自调圆度装置 - Google Patents

一种筒节形状偏差投影检测及自调圆度装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109341590A
CN109341590A CN201811316184.7A CN201811316184A CN109341590A CN 109341590 A CN109341590 A CN 109341590A CN 201811316184 A CN201811316184 A CN 201811316184A CN 109341590 A CN109341590 A CN 109341590A
Authority
CN
China
Prior art keywords
shell ring
frequency
ccd camera
self
computer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811316184.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109341590B (zh
Inventor
赵清万
朱跃钊
廖传华
吴晓俣
许开明
黄再萍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Sanfang Chemical Equipment Supervision Co ltd
Nanjing Tech University
Original Assignee
Nanjing Sanfang Chemical Equipment Supervision Co ltd
Nanjing Tech University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Sanfang Chemical Equipment Supervision Co ltd, Nanjing Tech University filed Critical Nanjing Sanfang Chemical Equipment Supervision Co ltd
Priority to CN201811316184.7A priority Critical patent/CN109341590B/zh
Publication of CN109341590A publication Critical patent/CN109341590A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109341590B publication Critical patent/CN109341590B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2518—Projection by scanning of the object

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明提供了一种筒节形状偏差投影检测及自调圆度装置，包括：投影栅线(1)，被测筒节(2)，CCD摄像机(3)及计算机(4)，投影栅线(1)将发出的等间距光栅透过被测筒节(2)投影的屏幕上，被测筒节(2)表面形成栅线间距变成不等的变形栅线，CCD摄像机(3)拍摄该变形栅线，将图像传送给计算机(4)，变形栅线密度变化和变形栅线的各点频率与被测筒节(2)的高度有关，计算机(4)经过快速傅立叶变化解码，输出频率位相值以及数字图像灰度信息，经数据处理可得到精确的壳体尺度，从而可以快速解析全场位相，快速显示形位结果，从而获得筒节形状偏差，计算机(4)连接控制器，根据筒节形状偏差调整被测筒节(2)的圆度。

Description

一种筒节形状偏差投影检测及自调圆度装置
技术领域
本发明涉及形位测量领域，特别是涉及到一种筒节形状偏差投影检测及自调圆度装置。
背景技术
Moire形位检测是70年代发展的一种简单实用的测量技术，利用等高线图计量出非常复杂的三维形体，比较常见的是投影云纹法，用投影仪将光栅投影在物体表面上，再利用照相机拍摄重叠标准光栅的云纹图。云纹生成的原理是用变形栅距变化的几何学证明获得的。80年代载波和相位测量技术，通过直接记录光栅投影图像，从而测量出显示云纹图的位相全场值，进而自动显示物体的3D图像。然而这些方法没有产生云纹图来获取结果，并且在大型结构形状，尤其是筒节形状偏差投影检测及自调圆度应用中，往往沿用60年代的方法，没有使用计算机进行自动检测，粗糙精度差。
随着光学和计算机技术的发展，近期在非接触行为自动检测有新的创意，投影光栅的方法是延引投影云纹的原理，再用shift不同位相方法和单张图频率分析FFT方法，然而该方法仍未完全利用光测力学原理结合计算机图像处理技术，只停留在理论阶段。
发明内容
本发明的发明构思在于提供一种筒节形状偏差投影检测及自调圆度装置，使用投影光栅，依照该原理自动检测物体表面的形位，投影光栅在壳体表面形成栅线影像，自动形成频率编码，采用CCD摄像机采集到形位编码的数字图像，，利用计算机***经过快速傅立叶变化解码，输出频率位相值以及数字图像灰度信息，经数据处理可得到精确的壳体尺度，从而可以快速解析全场位相，快速显示形位结果，实现了计算智能化。
为此，本发明的目的在于提供一种筒节形状偏差投影检测及自调圆度装置，包括：投影栅线(1)，被测筒节(2)，CCD摄像机(3)以及计算机(4)，所述投影栅线(1)将发出的等间距光栅透过所述被测筒节(2)投影的屏幕上，所述被测筒节(2)表面形成光栅影像，并且栅线间距变成不等的变形栅线，所述CCD摄像机(3)拍摄该变形栅线，将图像传送给所述计算机(4)，所述变形栅线密度变化和变形栅线的各点频率与所述被测筒节(2)的高度有关，将该关系通过所述计算机(4)经过快速傅立叶变化解码，输出频率位相值以及数字图像灰度信息，经数据处理可得到精确的壳体尺度，从而可以快速解析全场位相，快速显示形位结果，从而获得所述筒节形状偏差，所述计算机(4)连接控制器，所述控制器根据所述筒节形状偏差调整所述被测筒节(2)的圆度。
优选的，所述投影栅线(1)包括投影器。
优选的，所述屏幕上光栅影像0-0光强周期变化，频率为f0，所述屏幕前放置被测筒节(2)，表面就有光栅影像，且栅线间距变成不等的变形栅线。在离屏幕h处，直线A-A平行于0-0，A-A线上的频率为f1，在0-0及A-A相交的栅线数相同，长短不同，频率改变，且：f1-f0＝S*h＝h/k，其中，S和k均为常数，因此：h＝k*(f1-f0)，获得物体上各点的频率，找到各点的频率差，由式(1)计算出离开屏幕的距离h，以频率计量尺度，采用CCD摄像机3直接采集到频率编码的数字图像，从而得到等高线h的信息，即等位相的信息。
优选的，所述CCD摄像机(3)为旁轴CCD摄像机，内部的投影器和CCD摄像机(3)光轴之间存在夹角。
优选的，投影器和CCD摄像机(3)光轴之间存在夹角引起的测量误差包括图像水平尺寸缩短以及水平对称形状，相位条纹具有明显非对称结果，与对称轴x成比例的位相值，即△＝△m+△r，如对称点A，B两点相应相位为ΦA，ΦB，则△m＝ΦA/2+ΦB/2，△r＝(ΦA/2-ΦB/2)*x/L，其中L是A，B之间的距离一半。
用Φ130精加工钢质圆柱壳体为实例进行测试，同时计算理论载波图进行各步分析比较，从而得到相位包裹图和理论曲线，最后由高度h(x)值换算成圆度Ri，Ri＝(I2 i+W2 i)1/2,式中，i为所求任意点的点位，从而获得表面相应高度处的圆度半径值，列表打印出数据，从而算出各点的相对误差，当误差超过圆度允许的范围，本实施例中，将相对误差阈值设定为千分之一厘米，因此测试数据精度高，远远超过工程的要求。由于视角的限制，圆度测试沿剖面分成四个区域，并将柱体置于旋转台上，每旋转90度测量一次，共旋转四次，采集四张栅线影像图，即可测出360度内剖面各点的圆度，下表1表示圆度测试和理论结果的比较表，单位为像素。
表1圆度测试和理论结果的比较表
单位：像素
点位 测试结果 理论计算值 误差
1 282.134910 282.842713 -0.250246
2 282.466210 282.842713 -0.133114
3 282.402597 282.842713 -0.155569
4 282.646210 282.842713 -0.059474
5 282.135505 282.842713 -0.249682
本发明的有益效果：
采用新的形状位置自动测量计算机处理***及方法，测量圆周任意点的半径数值，从而获得360度全方位的圆度轮廓线图像，在测量用Φ130精加工钢质圆柱壳体表面形位测量中获得成功，同样原理可以推广到沿圆柱壳轴线方向表面形位测量中，充分发挥了计算机快速采集和运算的优点，同时还能够推及到一般物体的测量，根据成像原理方便的解决大尺度物体的形位测量，并配合控制器进行圆度的调整。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：
附图1为根据本发明实施例的筒节形状偏差投影检测及自调圆度装置结构示意图；
附图2为根据本发明实施例的在筒节形状偏差投影检测及自调圆度装置测量原理示意图；
附图3为根据本发明实施例的位相修正示意图；
附图4为根据本发明实施例的圆度修正示意图。
具体实施方式
参见图1筒节形状偏差投影检测及自调圆度装置结构示意图，筒节形状偏差投影检测及自调圆度装置，包括：投影栅线1，被测筒节2，CCD摄像机3以及计算机4，投影栅线1包括投影器，投影器将发出的等间距光栅透过被测筒节2投影的屏幕上，被测筒节2表面形成光栅影像，并且栅线间距变成不等的变形栅线，CCD摄像机3拍摄该变形栅线，将图像传送给计算机4，变形栅线密度变化和变形栅线的各点频率与被测筒节2的高度有关，将该关系通过计算机4经过快速傅立叶变化解码，输出频率位相值以及数字图像灰度信息，经数据处理可得到精确的壳体尺度，从而可以快速解析全场位相，快速显示形位结果，从而获得筒节形状偏差，计算机4连接控制器，控制器根据筒节形状偏差调整被测筒节2的圆度。
参见图2，光的直线传播和投影成像是投影检测以及自调圆度的基础，将等间距的投影栅线1投影到屏幕上，并调焦清晰成像如图2所示，屏幕上光栅影像0-0光强周期变化，频率为f0。屏幕前放置被测筒节，表面就有光栅影像，且栅线间距变成不等的变形栅线。在离屏幕h处，若直线A-A平行于0-0，由于光线直线传播，A-A线上的频率为f1。在0-0及A-A相交的栅线数相同，长短不同，频率改变，且：f1-f0＝S*h＝h/k，其中，S和k均为常数，因此：h＝k*(f1-f0)(1)。
若能获得物体上各点的频率，找到各点的频率差，由式(1)就可以计算出离开屏幕的距离h，以频率计量尺度。因此，可以认为栅线密度变化已将高度线性编码于频率之中，这就是形位频率编码原理，采用CCD摄像机3直接采集到频率编码的数字图像，就可以得到等高线h的信息，即等位相的信息。
参见图3-4，本实施例中，CCD摄像机(3)为旁轴CCD摄像机，内部的投影器和CCD摄像机3光轴之间存在夹角，其测量误差包括图像水平尺寸缩短以及水平对称形状，相位条纹具有明显非对称结果，且频率编码角度来看，由于斜视水平尺寸缩短，频率增加，基平面平移，同时，斜视旋转了基平面，因此产生增减与对称轴x成比例的位相值。即△＝△m+△r，如果已知对称点A，B两点，其相应相位为ΦA，ΦB，则△m＝ΦA/2+ΦB/2，△r＝(ΦA/2-ΦB/2)*x/L。其中L是A，B之间的距离一半。
用Φ130精加工钢质圆柱壳体为实例进行测试，同时计算理论载波图进行各步分析比较，从而得到相位包裹图和理论曲线，最后由高度h(x)值换算成圆度Ri，Ri＝(I2 i+W2 i)1/2,式中，i为所求任意点的点位，从而获得表面相应高度处的圆度半径值，列表打印出数据，从而算出各点的相对误差，当误差超过圆度允许的范围，本实施例中，将相对误差阈值设定为千分之一厘米，因此测试数据精度高，远远超过工程的要求。由于视角的限制，圆度测试沿剖面分成四个区域，并将柱体置于旋转台上，每旋转90度测量一次，共旋转四次，采集四张栅线影像图，即可测出360度内剖面各点的圆度，下表1表示圆度测试和理论结果的比较表，单位为像素。
表1圆度测试和理论结果的比较表
单位：像素
点位 测试结果 理论计算值 误差
1 282.134910 282.842713 -0.250246
2 282.466210 282.842713 -0.133114
3 282.402597 282.842713 -0.155569
4 282.646210 282.842713 -0.059474
5 282.135505 282.842713 -0.249682
本实施例采用新的形状位置自动测量计算机处理***及方法，测量圆周任意点的半径数值，从而获得360度全方位的圆度轮廓线图像，在测量用Φ130精加工钢质圆柱壳体表面形位测量中获得成功，同样原理可以推广到沿圆柱壳轴线方向表面形位测量中，充分发挥了计算机快速采集和运算的优点，同时还能够推及到一般物体的测量，根据成像原理方便的解决大尺度物体的形位测量，并配合控制器进行圆度的调整。
虽然本发明已经参考特定的说明性实施例进行了描述，但是不会受到这些实施例的限定而仅仅受到附加权利要求的限定。本领域技术人员应当理解可以在不偏离本发明的保护范围和精神的情况下对本发明的实施例能够进行改动和修改。

Claims (5)

1.一种筒节形状偏差投影检测及自调圆度装置，其特征在于包括：投影栅线(1)，被测筒节(2)，CCD摄像机(3)以及计算机(4)，所述投影栅线(1)将发出的等间距光栅透过所述被测筒节(2)投影的屏幕上，所述被测筒节(2)表面形成光栅影像，并且栅线间距变成不等的变形栅线，所述CCD摄像机(3)拍摄该变形栅线，将图像传送给所述计算机(4)，所述变形栅线密度变化和变形栅线的各点频率与所述被测筒节(2)的高度有关，将该关系通过所述计算机(4)经过快速傅立叶变化解码，输出频率位相值以及数字图像灰度信息，经数据处理可得到精确的壳体尺度，从而可以快速解析全场位相，快速显示形位结果，从而获得所述筒节形状偏差，所述计算机(4)连接控制器，所述控制器根据所述筒节形状偏差调整所述被测筒节(2)的圆度。
2.根据权利要求1所述的一种筒节形状偏差投影检测及自调圆度装置，其特征在于：所述投影栅线(1)包括投影器。
3.根据权利要求1所述的一种筒节形状偏差投影检测及自调圆度装置，其特征在于：所述屏幕上光栅影像0-0光强周期变化，频率为f0，所述屏幕前放置被测筒节(2)，表面就有光栅影像，且栅线间距变成不等的变形栅线。在离屏幕h处，直线A-A平行于0-0，A-A线上的频率为f1，在0-0及A-A相交的栅线数相同，长短不同，频率改变，且：f1-f0＝S*h＝h/k，其中，S和k均为常数，因此：h＝k*(f1-f0)，获得物体上各点的频率，找到各点的频率差，由式(1)计算出离开屏幕的距离h，以频率计量尺度，采用CCD摄像机3直接采集到频率编码的数字图像，从而得到等高线h的信息，即等位相的信息。
4.根据权利要求1所述的一种筒节形状偏差投影检测及自调圆度装置，其特征在于：所述CCD摄像机(3)为旁轴CCD摄像机，内部的投影器和CCD摄像机(3)光轴之间存在夹角。
5.根据权利要求4所述的一种筒节形状偏差投影检测及自调圆度装置，其特征在于：投影器和CCD摄像机(3)光轴之间存在夹角引起的测量误差包括图像水平尺寸缩短以及水平对称形状，相位条纹具有明显非对称结果，与对称轴x成比例的位相值，即△＝△m+△r，如对称点A，B两点相应相位为ΦA，ΦB，则△m＝ΦA/2+ΦB/2，△r＝(ΦA/2-ΦB/2)*x/L，其中L是A，B之间的距离一半。
CN201811316184.7A 2018-11-07 2018-11-07 一种筒节形状偏差投影检测及自调圆度装置 Active CN109341590B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811316184.7A CN109341590B (zh) 2018-11-07 2018-11-07 一种筒节形状偏差投影检测及自调圆度装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811316184.7A CN109341590B (zh) 2018-11-07 2018-11-07 一种筒节形状偏差投影检测及自调圆度装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109341590A true CN109341590A (zh) 2019-02-15
CN109341590B CN109341590B (zh) 2020-04-24

Family

ID=65314270

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811316184.7A Active CN109341590B (zh) 2018-11-07 2018-11-07 一种筒节形状偏差投影检测及自调圆度装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109341590B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111238402A (zh) * 2019-02-21 2020-06-05 惠州市微米立科技有限公司 一种基于结构光三维成像的外壳检测方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1059791A (zh) * 1990-09-13 1992-03-25 清华大学 一种无参考平面的测量三维形状的光学方法及装置
DE10355010A1 (de) * 2003-11-25 2005-06-23 Waliczek, Peter Meßvorrichtung und Meßverfahren zur Erfassung von Oberflächen von 3D Objekten, mit auf einem drehenden Zylinder angebrachten Projektionsmuster
CN204902768U (zh) * 2015-05-29 2015-12-23 南京南车浦镇城轨车辆有限责任公司 轨道车辆公差尺寸测量***
CN106017358A (zh) * 2016-08-10 2016-10-12 边心田 一种基于预校正光栅投影的三维面形测量方法
CN106289109A (zh) * 2016-10-26 2017-01-04 长安大学 一种基于结构光的三维重建***及方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1059791A (zh) * 1990-09-13 1992-03-25 清华大学 一种无参考平面的测量三维形状的光学方法及装置
DE10355010A1 (de) * 2003-11-25 2005-06-23 Waliczek, Peter Meßvorrichtung und Meßverfahren zur Erfassung von Oberflächen von 3D Objekten, mit auf einem drehenden Zylinder angebrachten Projektionsmuster
CN204902768U (zh) * 2015-05-29 2015-12-23 南京南车浦镇城轨车辆有限责任公司 轨道车辆公差尺寸测量***
CN106017358A (zh) * 2016-08-10 2016-10-12 边心田 一种基于预校正光栅投影的三维面形测量方法
CN106289109A (zh) * 2016-10-26 2017-01-04 长安大学 一种基于结构光的三维重建***及方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111238402A (zh) * 2019-02-21 2020-06-05 惠州市微米立科技有限公司 一种基于结构光三维成像的外壳检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109341590B (zh) 2020-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5818218B2 (ja) 高次元輝度情報を用いた縞画像の位相分布解析方法、装置およびそのプログラム
US10551177B2 (en) Apparatus and method for measuring 3D form or deformation of an object surface using a grid pattern and reference plane
Felipe-Sese et al. Simultaneous in-and-out-of-plane displacement measurements using fringe projection and digital image correlation
US9441959B2 (en) Calibration method and shape measuring apparatus
JP6161714B2 (ja) ３次元の物体の直線寸法を制御する方法
US10013767B2 (en) Method for measuring the interior three-dimensional movement, stress and strain of an object
US10267626B2 (en) Measurement method, measurement apparatus, measurement program and computer readable recording medium in which measurement program has been recorded
Morimoto et al. High-speed 3D shape measurement by one pitch phase analysis method using brightness values in small square area of single-shot image
Nguyen et al. Real-time 3D measurement of freeform surfaces by dynamic deflectometry based on diagonal spatial carrier-frequency pattern projection
US20240159521A1 (en) Three-dimensional measurement method, device, and storage medium
KR100489431B1 (ko) 스캔식 위상천이 3차원 형상측정 장치 및 측정 방법
CN109341590A (zh) 一种筒节形状偏差投影检测及自调圆度装置
JP2013178174A (ja) 複数の格子を用いた三次元形状計測装置
CN104697468A (zh) 基于倾斜相位编码条纹的光学三维测量方法
Shimo et al. Development of dynamic shape and strain measurement system by sampling moire method
JP2017006468A (ja) 放射線撮像装置および微分方向推定方法
Breitbarth et al. Phase unwrapping of fringe images for dynamic 3D measurements without additional pattern projection
Shang et al. Study on influential factors of measurement precision using Fourier transform profilometry
US20170102228A1 (en) Measurement method, measurement apparatus, measurement program and computer readable recording medium in which measurement program has been recorded
Kang et al. Evaluating binary defocusing quantitatively in real-time for fringe projection profilometry
JP6486010B2 (ja) 形状計測装置および形状計測方法
Ri et al. Phase reliability evaluation in phase-shifting method using Fourier transform for shape measurement
Lyu et al. Low-frequency vibration measurement based on camera-projector system
Lohmann et al. Computer generated moiré
Butel Analysis and new developments towards reliable and portable measurements in deflectometry

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant