CN111289226A - 基于视觉测量技术的线激光器平面度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视觉测量技术的线激光器平面度检测方法，在待检测线激光器的前方固定设置平面I；平面I上设有至少5个圆形靶标，各个圆形靶标大致沿直线排布，相互之间不重叠；待检测线激光器向平面I投射激光条，所述激光条能够穿过所有圆形靶标；利用相机采集激光条投射在各个圆形靶标上的图像，获取激光条的光条中心线、及圆形靶标的圆心，计算各个圆形靶标圆心与光条中心线之间的距离d_i，计算光条中心线的点坐标(x′_i，y′_i)：对所有求得的光条中心线的点坐标(x′_i，y′_i)进行直线拟合，得到最大拟合残差值，作为评价参数Q；本方法能够有效对线激光器的性能进行评价，判断其是否满足测量需求。

Description

基于视觉测量技术的线激光器平面度检测方法

技术领域

本发明涉及激光视觉测量领域，具体涉及一种基于视觉测量技术的线激光器平面度检测方法。

背景技术

线结构光测量技术将线结构光投射到被测物体表面，通过像机拍摄到激光条纹图像，再由光条中心提取算法及像机标定模型共同推算出被测物体表面的三维坐标信息；近年来随着光电传感技术、计算机技术和光学半导体技术的高速发展，线结构光测量以其非接触高效实时测量的特点而广泛应用于工业检测、目标识别和逆向工程领域中。

线激光器是投射线结构光的器件，理想情况下，线激光器投射的激光平面是理想的标准平面，但是由于激光器镜组的加工误差、装配误差及半导体器件的特性，激光平面并非理想平面，呈曲面状，在传统的测量过程中将激光平面作为平面处理，会对最终的测量精度造成影响，测量视场越大，影响越大，由此可知，对线激光器的平面度检测是保证线结构光测量精度必不可少的一个环节。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于视觉测量技术的线激光器平面度检测方法，本方法能够有效对线激光器的性能进行评价，判断其是否满足测量需求。

一种基于视觉测量技术的线激光器平面度检测方法，在待检测线激光器的前方固定设置平面I；

所述平面I上设有至少5个圆形靶标，各个圆形靶标大致沿直线排布，相互之间不重叠；

待检测线激光器向平面I投射激光条，所述激光条能够穿过所有圆形靶标；

利用相机采集激光条投射在各个圆形靶标上的图像，获取激光条的光条中心线、及圆形靶标的圆心，计算各个圆形靶标圆心与光条中心线之间的距离d_i；

计算光条中心线的点坐标(x′_i，y′_i)：

x′_i＝x_i+d_i×cosθ

y′_i＝y_i+d_i×sinθ

θ＝arctan(k)

i＝1,2,3……m；m为圆形靶标的数量；(x_i，y_i)表示各个圆形靶标的理论圆心坐标，k表示利用坐标(x_i，y_i)拟合，所得直线的斜率；

对所有求得的光条中心线的点坐标(x′_i，y′_i)进行直线拟合，得到最大拟合残差值，作为评价参数Q；当所述评价参数Q在预设值范围内时，认为待测线激光器满足要求，反之不满足要求。

进一步，所述理论圆心坐标(x_i，y_i)通过以下方法获得：利用近景摄影测量***分别获取各个圆形靶标的圆心坐标(x_i，y_i,z_i)；将其中的二维坐标 (x_i，y_i)记为理论圆心坐标。

进一步，记相隔最远的两个圆形靶标之间的距离为s，则s满足以下关系：

L≥s≥2/3L

其中，L＝2×d_w×tanβ，

θ＇为线激光器的扇形角，d_w为平面I与线激光器之间的距离。

进一步，d_w＝(0.9～1.1)D，D为线激光器的工作距，优选d_w＝D。

优选，相邻两个圆形靶标圆心之间的距离5(R1+R2)＜H＜15(R1+R2)，其中，R1、R2分别为两个圆形靶标的半径

为了便于计算，各个圆形靶标的尺寸一致，各圆心大致处于同一直线上。

进一步，线激光器的工作距D＝3m～10m，各圆形靶标的半径＝5cm～15cm。

优选，为了计算结果更加准确，所述平面I的平面度＜3mm，圆形靶标为同心圆靶标。

进一步，利用近景摄影测量***重复测量多次单个靶标，得到靶标圆心的坐标为(x_ij，y_ij，z_ij)，其中i＝1,2,3,……m，j＝1,2,3,……n；n为重复测量次数；则圆心坐标(x_i，y_i,z_i)通过求取均值获得：

进一步，为了使激光条能够覆盖所有圆形靶标，对圆形靶标进行如下调整：

未放置圆形靶标之前，待检测线激光器向平面I投射激光条，根据激光条的位置，对各个圆形靶标先进行粗定位；将各圆形靶标摆放好，待检测线激光器再次向平面I投射激光条，通过相机或人眼观察激光条是否覆盖所有圆形靶标，若否，则调整相应的圆形靶标的位置，直到激光条能够覆盖所有圆形靶标；各圆形靶标位置固定。

本发明方法通过圆形靶标结合摄影测量***的方式，准确获取线激光光条中心上的坐标点，利用坐标点表征出激光条的线型数据，获得拟合残差，利用最大残差值评价线激光器出射线激光的平面度，有效对线激光器的性能进行评价，判断其是否满足测量需求。

附图说明

图1为实施例中线激光器、相机、摄影测量***与平面I位置关系示意图；

图2为实施例中线激光器投射范围示意图；

图3为实施例中光平面与各个圆形靶标的位置关系示意图；

图4为实施例中另一种光平面与各个圆形靶标的位置关系示意图；

图5为实施例中单幅相机采集的图像中激光条穿过圆形靶标的图像。

具体实施方式

一种基于视觉测量技术的线激光器平面度检测方法，如图1所示，在待检测线激光器1的前方固定设置平面I；

平面I上设有至少5个圆形靶标，各个圆形靶标5沿大致直线排布(如图3 或图4所示)，相互之间不重叠；

待检测线激光器向平面I投射激光条2，激光条能够穿过所有圆形靶标；

利用相机3采集激光条投射在各个圆形靶标上的图像(如图5所示)，获取激光条的光条中心线、及圆形靶标的圆心，计算各个圆形靶标圆心与光条中心线之间的距离d_i；

计算光条中心线的点坐标(x′_i，y′_i)：

x′_i＝x_i+d_i×cosθ

y′_i＝y_i+d_i×sinθ

θ＝arctan(k)

i＝1,2,3……m；m为圆形靶标的数量；(x_i，y_i)表示各个圆形靶标的理论圆心坐标，k表示利用坐标(x_i，y_i)拟合，所得直线的斜率；

对所有求得的光条中心线的点坐标(x′_i，y′_i)进行直线拟合，得到最大拟合残差值，作为评价参数Q；当评价参数Q在预设值范围内时，认为待测线激光器满足要求，反之不满足要求。

其中，理论圆心坐标(x_i，y_i)通过以下方法获得：利用近景摄影测量*** 4分别获取各个圆形靶标的圆心坐标(x_i，y_i,z_i)；将其中的二维坐标(x_i，y_i) 记为理论圆心坐标。

具体的，如图2所示，记相隔最远的两个圆形靶标之间的距离为s，则s满足以下关系：

L≥s≥2/3L

其中，L＝2×d_w×tanβ，

θ＇为线激光器的扇形角，d_w为平面I与线激光器之间的距离。

d_w＝(0.9～1.1)D，D为线激光器的工作距，优选d_w＝D。

本实施例中，线激光器的工作距D＝3m～10m，由于工作距相对较远，则激光条图像的尺寸较大，需要相机在不同位置拍摄各个圆形靶标与光条的图像，单张图像中包含激光条穿过1～3个圆形靶标的图像(如图5所示)，各圆形靶标的半径＝5cm～15cm。分别计算各个圆形靶标圆心与光条中心线之间的距离d_i；

为了便于拍照及提高后面计算的准确性，圆形靶标的间距、数量应当布置适宜，相邻两个圆形靶标圆心之间的距离5(R1+R2)＜H＜15(R1+R2)，其中， R1、R2分别为两个圆形靶标的半径；

作为一种优选的实施方式：各个圆形靶标的尺寸一致，各圆心大致处于同一直线上(如图3)；平面I的平面度＜3mm，圆形靶标为同心圆靶标，平面I 可以为平面度高的墙面或精加工玻璃板平面。

计算理论圆心坐标时，利用近景摄影测量***4重复测量多次单个靶标，得到靶标圆心的坐标为(x_ij，y_ij，z_ij)，其中i＝1,2,3,……m，j＝1,2,3,……n；n为重复测量次数；

则圆心坐标(x_i，y_i,x_i)通过求取均值获得：

为了使激光条能够覆盖所有圆形靶标，在正式开始测量之前，进行如下准备工作：对圆形靶标进行调整：

未放置圆形靶标之前，待检测线激光器向平面I投射激光条，根据激光条的位置，对各个圆形靶标先进行粗定位；将各圆形靶标摆放好，待检测线激光器再次向平面I投射激光条，通过相机或人眼观察激光条是否覆盖所有圆形靶标，若否，则调整相应的圆形靶标的位置，直到激光条能够覆盖所有圆形靶标；各圆形靶标位置固定。

前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (10)

1.一种基于视觉测量技术的线激光器平面度检测方法，其特征在于，在待检测线激光器的前方固定设置平面I；

所述平面I上设有至少5个圆形靶标，各个圆形靶标大致沿直线排布，相互之间不重叠；

待检测线激光器向平面I投射激光条，所述激光条能够穿过所有圆形靶标；

利用相机采集激光条投射在各个圆形靶标上的图像，获取激光条的光条中心线、及圆形靶标的圆心，计算各个圆形靶标圆心与光条中心线之间的距离d_i；

计算光条中心线的点坐标(x′_i，y′_i)：

x′_i＝x_i+d_i×cosθ

y′_i＝y_i+d_i×sinθ

θ＝arctan(k)

i＝1，2，3......m；m为圆形靶标的数量；(x_i，y_i)表示各个圆形靶标的理论圆心坐标，k表示利用坐标(x_i，y_i)拟合，所得直线的斜率；

对所有求得的光条中心线的点坐标(x′_i，y′_i)进行直线拟合，得到最大拟合残差值，作为评价参数Q；当所述评价参数Q在预设值范围内时，认为待测线激光器满足要求，反之不满足要求。

2.如权利要求1所述基于视觉测量技术的线激光器平面度检测方法，其特征在于：所述理论圆心坐标(x_i，y_i)通过以下方法获得：利用近景摄影测量***分别获取各个圆形靶标的圆心坐标(x_i，y_i，z_i)；将其中的二维坐标(x_i，y_i)记为理论圆心坐标。

3.如权利要求1所述基于视觉测量技术的线激光器平面度检测方法，其特征在于：记相隔最远的两个圆形靶标之间的距离为s，则s满足以下关系：

L≥s≥2/3L

其中，L＝2×d_w×tanβ，

θ′为线激光器的扇形角，d_w为平面I与线激光器之间的距离。

4.如权利要求3所述基于视觉测量技术的线激光器平面度检测方法，其特征在于：d_w＝(0.9～1.1)D，D为线激光器的工作距，优选d_w＝D。

5.如权利要求1所述基于视觉测量技术的线激光器平面度检测方法，其特征在于：相邻两个圆形靶标圆心之间的距离5(R1+R2)＜H＜15(R1+R2)，其中，R1、R2分别为两个圆形靶标的半径。

6.如权利要求1所述基于视觉测量技术的线激光器平面度检测方法，其特征在于：各个圆形靶标的尺寸一致，各圆心大致处于同一直线上。

7.如权利要求6所述基于视觉测量技术的线激光器平面度检测方法，其特征在于：线激光器的工作距D＝3m～10m，各圆形靶标的半径＝5cm～15cm。

8.如权利要求1所述基于视觉测量技术的线激光器平面度检测方法，其特征在于：所述平面I的平面度＜3mm，圆形靶标为同心圆靶标。

9.如权利要求2所述基于视觉测量技术的线激光器平面度检测方法，其特征在于：利用近景摄影测量***重复测量多次单个靶标，得到靶标圆心的坐标为(x_ij，y_ij，z_ij)，其中i＝1，2，3，......m，j＝1，2，3，......n；n为重复测量次数；

则圆心坐标(x_i，y_i，z_i)通过求取均值获得：

10.如权利要求1所述基于视觉测量技术的线激光器平面度检测方法，其特征在于：为了使激光条能够覆盖所有圆形靶标，对圆形靶标进行如下调整：

未放置圆形靶标之前，待检测线激光器向平面I投射激光条，根据激光条的位置，对各个圆形靶标先进行粗定位；将各圆形靶标摆放好，待检测线激光器再次向平面I投射激光条，通过相机或人眼观察激光条是否覆盖所有圆形靶标，若否，则调整相应的圆形靶标的位置，直到激光条能够覆盖所有圆形靶标；各圆形靶标位置固定。

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