CN114396890B - 一种内腔表面三维轮廓测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内腔表面三维轮廓测量装置及方法，包括S101、通过竖直位移台和水平位移台调整信息采集装置与被测球体的相对位置，并使信息采集装置处于被测球体内腔的中心位置；S102、利用被测球体的半径R_r对转动轴进行标定，输出被测球体每条轮廓的真实位置轮廓信息p_o_i；S103、竖直位移台驱动转动轴转动一周，第一摄像头、第二摄像头和第三摄像头分别采集相应的测量数据并传送至计算平台；S104、计算平台接收第一摄像头、第二摄像头和第三摄像头采集相应的测量数据，根据真实位置轮廓信息p_o_i，采用ICP计算方法将第一摄像头、第二摄像头和第三摄像头采集相应的测量数据进行统一。本发明能够实现对被测球体内腔三维轮廓的测量，降低了测量难度。

Description

一种内腔表面三维轮廓测量方法

技术领域

本发明涉及三维轮廓检测技术领域，具体涉及一种内腔表面三维轮廓测量方法。

背景技术

腔类零部件在模具工业、汽车制造、航空航天等领域应用广泛。例如，起转向传动的球形铰链结构、火箭发动机上的五通球腔结构等。当内腔三维轮廓不满足设计要求或者表面存在裂痕时，则极易造成严重事故，为此需要对此类器件内腔表面进行完整的三维重建，以便评估其质量。

腔类零部件的体积比较小，因此，能探入狭小内腔中进行测量的信息采集装置体积必须小，例如，OPTO公司的PCBP系列的内腔探头，其借助全景镜头可实现对低至5.5mm直径内腔的全景检测，然而其只能实现内腔内部缺陷和特征的识别，难以实现三维测量。

日本学者Yoshitaka Wakayama等人搭建内窥镜和光纤圆结构光的测量***，用来对内腔进行三维测量，但一般只能实现圆柱形桶壁三维测量，而针对球腔受可测角度限制无法实现全貌测量。

工业CT技术虽然可以实现对腔体内部的三维测量，然而该技术成本较高，重建时间较长，且在测量时需要做好防护设置，操作复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种内腔表面三维轮廓测量方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种内腔表面三维轮廓测量装置，包括平台、水平位移台、龙门架、竖直位移台、转动轴、连接板和信息采集装置；

所述水平位移台和所述龙门架设在所述平台上，所述竖直位移台设在所述龙门架上，所述转动轴和所述竖直位移台固定连接，所述转动轴和所述连接板固定连接，所述信息采集装置固设在所述连接板上；

所述水平位移台上固设有支座，所述支座用于支撑被测球体；

所述信息采集装置延伸至所述被测球体内。

可选地，在本发明中，所述信息采集装置包括摄像头模组和平面激光器；

所述摄像头模组和所述平面激光器的夹角呈20°至30°，且均设在所述连接板上。

可选地，在本发明中，所述摄像头模组包括第一摄像头、第二摄像头和第三摄像头；

所述第一摄像头、所述第二摄像头和所述第三摄像头竖直排列且固设在所述连接板上。

可选地，在本发明中，所述第一摄像头和所述第二摄像头的拍摄视场重叠率与所述第二摄像头和所述第三摄像头的拍摄视场重叠率相同且均为20％至25％。

一种内腔表面三维轮廓测量方法，包括：

S101、通过所述竖直位移台和所述水平位移台调整所述信息采集装置与所述被测球体的相对位置，并使所述信息采集装置处于所述被测球体内腔的中心位置；

S102、利用所述被测球体的半径R_r对所述转动轴进行标定，输出所述被测球体每条轮廓的真实位置轮廓信息p_o_i；

S103、所述竖直位移台驱动所述转动轴转动一周，所述第一摄像头、所述第二摄像头和所述第三摄像头分别采集相应的测量数据并传送至计算平台；

S104、所述计算平台接收所述第一摄像头、所述第二摄像头和所述第三摄像头采集相应的测量数据，根据所述真实位置轮廓信息p_o_i，采用ICP计算方法将所述第一摄像头、所述第二摄像头和所述第三摄像头采集相应的测量数据进行统一；

S105、将统一后的所述第一摄像头、所述第二摄像头和所述第三摄像头采集的测量数据进行拼接，以构建所述被测球体的内腔表面三维轮廓模型。

可选地，在本发明中，所述步骤S101包括：

所述第三摄像头实时测量第一距离，所述第一距离为所述第三摄像头和所述被测球体内腔底部之间的距离；

当所述第一距离小于第一高度阈值时，所述竖直位移台控制所述第三摄像头向上运动；

当所述第一距离大于第二高度阈值时，所述竖直位移台控制所述第三摄像头向下运动；

当所述第一距离大于所述第一高度阈值、小于所述第二高度阈值时，所述竖直位移台控制所述第三摄像头停止运动；

所述第一高度阈值小于所述被测球体的半径，所述第二高度阈值大于所述被测球体的半径。

可选地，在本发明中，所述步骤S101还包括：

所述第二摄像头实时测量第二距离，所述第二距离为所述第二摄像头和所述被测球体内腔侧壁之间的距离；

当所述第二距离小于第一长度阈值时，所述水平位移台控制所述被测球体向远离所述转动轴的一侧移动；

当所述第二距离大于第二长度阈值时，所述水平位移台控制所述被测球体向靠近所述转动轴的一侧移动；

当所述第二距离大于所述第二长度阈值、小于所述第二长度阈值时，所述水平位移台控制所述被测球体停止运动；

所述第一长度阈值小于所述被测球体的半径，所述第二长度阈值大于所述被测球体的半径。

可选地，在本发明中，所述步骤S102包括：

对所述转动轴进行标定前，利用激光三角法所述信息采集装置测量所述被测球体每条轮廓的三维信息为p_i；

对所述转动轴进行标定后，确定所述转动轴的位置；

根据R_i＝I+sin(θi)K+(1-cos(θ_i))K²，计算不同角度下的旋转矩阵R_i；

根据p_o_i＝R_ip_i，计算所述被测球体每条轮廓的三维信息为p_i的真实位置轮廓信息p_o_i；

其中，R_i为第i个旋转角度对应的旋转矩阵，I是3×3单位方阵，θ_i是第i个旋转角度，K是旋转向量v^T的叉积矩阵，V为单位方向向量，q₁和q₂为所述转动轴上的两个点；

具体地，根据

确定q₁和q₂最优值组合x_q；

其中，R_r为标准球的半径，对p_o_i进行球体拟合确定球体半径r_i，x_q是满足公式

成立的q₁和q₂最优值组合。

可选地，在本发明中，对所述转动轴进行标定后，所述第一摄像头采集所述被测球体的测量数据为x₁y₁z₁，所述第二摄像头采集所述被测球体的测量数据为x₂y₂z₂，所述第三摄像头采集所述被测球体的测量数据为x₃y₃z₃；

所述x₁y₁z₁、所述x₂y₂z₂和所述x₃y₃z₃均满足所述真实位置轮廓信息p_o_i。

可选地，在本发明中，所述步骤S104包括：

设点云P₁表示所述第一摄像头采集所述被测球体的测量数据为x₁y₁z₁、点云P₂表示所述第二摄像头采集所述被测球体的测量数据为x₂y₂z₂和点云Q₁表示所述第三摄像头采集所述被测球体的测量数据为x₃y₃z₃；

计算所述点云P₁到点云所述Q₁的旋转矩阵R₁和平移矩阵T₁，以及所述点云P₂到点云所述Q₁的旋转矩阵R₂和平移矩阵T₂，从而使所述第一摄像头所采集的测量数据和所述第二摄像头所采集的测量数据统一到所述第三摄像头所采集的测量数据中。

本发明具有的优点和积极效果是：

如此，在本发明中，信息采集装置可以探入狭小空间的被测球体的内腔，克服现有技术中探入到被测球体的内腔困难的问题，并且，通过旋转转动轴，带动信息采集装置转动，即可实现对被测球体内腔三维轮廓的测量，完成被测球体腔体内壁三维完整重构，因此，降低了测量难度，测量效率高。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的一种内腔表面三维轮廓测量装置的结构图示意图；

图2是本发明的信息采集装置的结构示意图；

图3是本发明的一种内腔表面三维轮廓测量方法的流程图；

图中：1、平台；2、水平位移台；3、龙门架；4、竖直位移台；5、转动轴；6、连接板；7、支座；8、被测球体；9、平面激光器；10、第一摄像头；11、第二摄像头；12、第三摄像头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一种内腔表面三维轮廓测量装置，如图1所示，包括平台1、水平位移台2、龙门架3、竖直位移台4、转动轴5、连接板6和信息采集装置；

所述水平位移台2和所述龙门架3设在所述平台1上，所述竖直位移台4设在所述龙门架3上，所述转动轴5和所述竖直位移台4固定连接，所述转动轴5和所述连接板6固定连接，所述信息采集装置固设在所述连接板6上；

所述水平位移台2上固设有支座7，所述支座7用于支撑被测球体8；

所述信息采集装置延伸至所述被测球体8内。

如此，将被测球体8置于支座7上，通过水平位移台2和竖直位移台4，调整信息采集装置的位置，使信息采集装置对准被测球体8的中心位置，竖直位移台4带动转动轴5转动，平面激光器9发射的激光平面照射到被测球体8的腔体内壁上，形成光带，摄像头模组拍摄到光带图像，从而实现了对被测球体8内腔表面三维轮廓的测量。

可选地，在本发明中，如图2所示，所述信息采集装置包括摄像头模组和平面激光器9；

所述摄像头模组和所述平面激光器9的夹角呈20°至30°，且均设在所述连接板6上。

需要说明的是，若摄像头模组和平面激光器9之间不存在夹角的话，那么平面激光器9发出的光条就无法被摄像头模组捕捉到，也就无法测量被测球体8的腔体内壁的三维信息。因此，摄像头模组和平面激光器9需要布置成具有一定夹角，具体角度可以为25°。

如此，平面激光器9所发出的激光形状为平面，该激光平面照射到被测球体8的腔体内壁时会形成光带，摄像头模组会拍摄到光带图像，并且基于激光三角法的测量原理，即可获得被测球体8的腔体内壁的三维信息。

可选地，在本发明中，所述摄像头模组包括第一摄像头10、第二摄像头11和第三摄像头12；

所述第一摄像头10、所述第二摄像头11和所述第三摄像头12竖直排列且固设在所述连接板6上。

其中，将摄像头模组设为三组摄像头(分别为第一摄像头10、第二摄像头11和第三摄像头12)的原因是：

若采用单个摄像头，则其视场必然接近180°，而一般实现这个指标，往往采用广角镜头或者鱼眼镜头，但广角镜头和鱼眼镜头的畸变较大，影响测量精度，导致测量精度下降，因此，在保证测量精度的前提下，最好使用标准镜头，由于标准镜头的场比较小，因此，需要布设多组以覆盖全视场。具体地，在本发明中设置了三组。

如此，本发明中设在了第一摄像头10、第二摄像头11和第三摄像头12，在一定程度上，保证了测量被测球体8的腔体内壁的三维信息的准确性。

可选地，在本发明中，所述第一摄像头10和所述第二摄像头11的拍摄视场重叠率与所述第二摄像头11和所述第三摄像头12的拍摄视场重叠率相同且均为20％至25％。

如此，为了保证第一摄像头10采集被测球体8的测量数据、第二摄像头11采集被测球体8的测量数据以及第三摄像头12采集被测球体8的测量数据能拼接到一起，例如，将第一摄像头10的拍摄视场和第二摄像头11的拍摄视场重叠率设为20％、第二摄像头11的拍摄视场和第三摄像头12的拍摄视场重叠率设为20％，因此，实现较好的拼接结果。

一种内腔表面三维轮廓测量方法，如图3所示，包括：

S101、通过所述竖直位移台4和所述水平位移台2调整所述信息采集装置与所述被测球体8的相对位置，并使所述信息采集装置处于所述被测球体8内腔的中心位置；

S102、利用所述被测球体8的半径R_r对所述转动轴5进行标定，输出所述被测球体8每条轮廓的真实位置轮廓信息p_o_i；

S103、所述竖直位移台4驱动所述转动轴5转动一周，所述第一摄像头10、所述第二摄像头11和所述第三摄像头12分别采集相应的测量数据并传送至计算平台；

S104、所述计算平台接收所述第一摄像头10、所述第二摄像头11和所述第三摄像头12采集相应的测量数据，根据所述真实位置轮廓信息p_o_i，采用ICP计算方法将所述第一摄像头10、所述第二摄像头11和所述第三摄像头12采集相应的测量数据进行统一；

S105、将统一后的所述第一摄像头10、所述第二摄像头11和所述第三摄像头12采集的测量数据进行拼接，以构建所述被测球体8的内腔表面三维轮廓模型。

如此，在本发明中，信息采集装置可以探入狭小空间的被测球体8的内腔，克服现有技术中探入到被测球体8的内腔困难的问题，并且，通过旋转转动轴5，带动信息采集装置转动，即可实现对被测球体8内腔三维轮廓的测量，完成被测球体8腔体内壁三维完整重构，因此，降低了测量难度，测量效率高。

可选地，在本发明中，所述步骤S101包括：

所述第三摄像头12实时测量第一距离，所述第一距离为所述第三摄像头12和所述被测球体8内腔底部之间的距离；

当所述第一距离小于第一高度阈值时，所述竖直位移台4控制所述第三摄像头12向上运动；

当所述第一距离大于第二高度阈值时，所述竖直位移台4控制所述第三摄像头12向下运动；

当所述第一距离大于所述第一高度阈值、小于所述第二高度阈值时，所述竖直位移台4控制所述第三摄像头12停止运动；

所述第一高度阈值小于所述被测球体8的半径，所述第二高度阈值大于所述被测球体8的半径。

例如，以第一高度阈值为70mm和第二高度阈值为90mm为例进行说明。

通过竖直位移台4控制信息采集装置缓缓探入到被测球体8的内部，第三摄像头12实时测量到被测球体8内腔底部的第一距离；

若第三摄像头12测量到的第一距离为60mm时，表示第三摄像头12探入被测球体8的内部比较深，也就是说，第一距离60mm小于第一高度阈值70mm时，那么，竖直位移台4控制第三摄像头12向上运动，具体地，第三摄像头12可以向上运动20mm，使信息采集装置移动到第一高度阈值为70mm和第二高度阈值为90mm之间，也即是80mm处，使信息采集装置处于被测球体8高度的中心位置；

若第三摄像头12测量到的第一距离为100mm时，表示第三摄像头12探入被测球体8的内部比较浅，也就是说，第一距离100mm大于第二高度阈值90mm时，那么，竖直位移台4控制第三摄像头12向下运动，具体地，第三摄像头12可以向下运动20mm，使信息采集装置移动到第一高度阈值为70mm和第二高度阈值为90mm之间，也即是80mm处，使信息采集装置处于被测球体8高度的中心位置；

若第三摄像头12测量到的第一距离为80mm时，表示第三摄像头12探入被测球体8的内部适中，也就是说，第一距离80mm大于第一高度阈值70mm、小于第二高度阈值90mm，那么，竖直位移台4控制第三摄像头12停止运动，信息采集装置静止在80mm处，因此，信息采集装置处于被测球体8高度的中心位置。

如此，通过竖直位移台4能够调整信息采集装置和被测球体8的相对位置，使信息采集装置处于被测球体8高度的中心位置。

可选地，在本发明中，所述步骤S101还包括：

所述第二摄像头11实时测量第二距离，所述第二距离为所述第二摄像头11和所述被测球体8内腔侧壁之间的距离；

当所述第二距离小于第一长度阈值时，所述水平位移台2控制所述被测球体8向远离所述转动轴5的一侧移动；

当所述第二距离大于第二长度阈值时，所述水平位移台2控制所述被测球体8向靠近所述转动轴5的一侧移动；

当所述第二距离大于所述第二长度阈值、小于所述第二长度阈值时，所述水平位移台2控制所述被测球体8停止运动；

所述第一长度阈值小于所述被测球体8的半径，所述第二长度阈值大于所述被测球体8的半径。

例如，以第一长度阈值为70mm和第二长度阈值为90mm为例进行说明。

通过竖直位移台4控制信息采集装置缓缓探入到被测球体8的内部，第二摄像头11实时测量到被测球体8内腔侧壁的第二距离；

若第二摄像头11测量到的第二距离为60mm时，也就是说，第二距离60mm小于第二长度阈值70mm时，那么，水平位移台2控制第二摄像头11向远离转动轴5处移动，具体地，第二摄像头11可以移动20mm，使信息采集装置移动到第一长度阈值为70mm和第二长度阈值为90mm之间，也即是80mm处，使信息采集装置处于被测球体8左右两端的中心位置；

若第二摄像头11测量到的第二距离为100mm时，也就是说，第二距离100mm大于第二长度阈值90mm时，那么，水平位移台2控制第二摄像头11向靠近转动轴5处移动，具体地，第二摄像头11可以移动20mm，使信息采集装置移动到第一长度阈值为70mm和第二长度阈值为90mm之间，也即是80mm处，使信息采集装置处于被测球体8左右两端的中心位置；

若第二摄像头11测量到的第二距离为80mm时，也就是说，第一距离80mm大于第一长度阈值70mm、小于第二长度阈值90mm，那么，水平位移台2控制第二摄像头11停止运动，信息采集装置静止在80mm处，因此，信息采集装置处于被测球体8左右两端的中心位置。

如此，通过水平位移台2能够调整信息采集装置和被测球体8的相对位置，使信息采集装置处于被测球体8左右两端的中心位置。

可选地，在本发明中，所述步骤S102包括：

对所述转动轴5进行标定前，利用激光三角法所述信息采集装置测量所述被测球体8每条轮廓的三维信息为p_i；

对所述转动轴5进行标定后，确定所述转动轴5的位置；

根据R_i＝I+sin(θi)K+(1-cos(θ_i))K²，计算不同角度下的旋转矩阵R_i；

根据p_o_i＝R_ip_i，计算所述被测球体8每条轮廓的三维信息为p_i的真实位置轮廓信息p_o_i；

其中，R_i为第i个旋转角度对应的旋转矩阵，I是3×3单位方阵，θ_i是第i个旋转角度，K是旋转向量v^T的叉积矩阵，V为单位方向向量，q₁和q₂为所述转动轴5上的两个点；

具体地，根据

确定q₁和q₂最优值组合x_q；

其中，R_r为标准球的半径，对p_o_i进行球体拟合确定球体半径r_i，x_q是满足公式

成立的q₁和q₂最优值组合。

如此，通过对转动轴5进行标定确定出转动轴5的位置，由于q₁和q₂为转动轴5上的两个点，因此，q₁和q₂为已知数据，从而计算出不同角度下的旋转矩阵R_i，旋转矩阵R_i与对转动轴5标定前信息采集装置测量被测球体8每条轮廓的三维信息p_i相乘，即为被测球体8每条轮廓的三维信息p_i的真实位置信息。

可选地，在本发明中，对所述转动轴5进行标定后，所述第一摄像头10采集所述被测球体8的测量数据为x₁y₁z₁，所述第二摄像头11采集所述被测球体8的测量数据为x₂y₂z₂，所述第三摄像头12采集所述被测球体8的测量数据为x₃y₃z₃；

所述x₁y₁z₁、所述x₂y₂z₂和所述x₃y₃z₃均满足所述真实位置轮廓信息p_o_i。

可选地，在本发明中，所述步骤S104包括：

设点云P₁表示所述第一摄像头10采集所述被测球体8的测量数据为x₁y₁z₁、点云P₂表示所述第二摄像头11采集所述被测球体8的测量数据为x₂y₂z₂和点云Q₁表示所述第三摄像头12采集所述被测球体8的测量数据为x₃y₃z₃；

计算所述点云P₁到点云所述Q₁的旋转矩阵R₁和平移矩阵T₁，以及所述点云P₂到点云所述Q₁的旋转矩阵R₂和平移矩阵T₂，从而使所述第一摄像头10所采集的测量数据和所述第二摄像头11所采集的测量数据统一到所述第三摄像头12所采集的测量数据中。

具体地，提取点云P₁到点云Q₁每个点的最近点，然后计算旋转矩阵R₁和平移矩阵T₁的数值。点云P₁旋转平移后的点云Q₁’＝R₁P₁+T₁，计算点云Q₁’与Q₁的欧式距离d_1′，通过不断迭代，找到旋转矩阵R₁和平移矩阵T₁的最优值，使得d_1′最小，从而实现点云P₁到Q₁的匹配；

提取点云P₂到点云Q₁每个点的最近点，然后计算旋转矩阵R₂和平移矩阵2的数值。点云P₂旋转平移后的点云Q₂’＝R₂P₂+T₂，计算点云Q₂’与Q₁的欧式距离d_2′，通过不断迭代，找到旋转矩阵R₂和平移矩阵T₂的最优值，使得d_2′最小，从而实现点云P₂到Q₁的匹配；

如此，第一摄像头10所采集的测量数据和第二摄像头11所采集的测量数据统一到第三摄像头12所采集的测量数据中。

本发明的工作原理和工作过程如下：

将被测球体8置于支座7上，通过操作竖直位移台4和水平位移台2，调整信息采集装置与被测球体8的相对位置，使信息采集装置处于被测球体8内腔的中心位置，竖直位移台4带动转动轴5转动，从而带动信息采集装置转动，信息采集装置包括平面激光器9和摄像头模组，摄像头模组具体包括第一摄像头10、第二摄像头11和第三摄像头12，具体地，平面激光器9所发出的激光形状为平面，该激光平面照射到被测球体8的腔体内壁时会形成光带，由于摄像头模组和平面激光器9的夹角为25°，因此，摄像头模组会拍摄到光带图像，即可获得被测球体8的腔体内壁的三维信息，其中，设点云P₁表示第一摄像头10采集被测球体8的测量数据为x₁y₁z₁、点云P₂表示第二摄像头11采集被测球体8的测量数据为x₂y₂z₂和点云Q₁表示第三摄像头12采集被测球体8的测量数据为x₃y₃z₃；需要说明的是，x₁y₁z₁、x₂y₂z₂和x₃y₃z₃满足真实位置轮廓信息p_o_i。计算点云P₁到点云Q₁的旋转矩阵R₁和平移矩阵T₁，以及点云P₂到点云Q₁的旋转矩阵R₂和平移矩阵T₂，因此，实现了将第一摄像头10所采集的测量数据和第二摄像头11所采集的测量数据统一到第三摄像头12所采集的测量数据中。

如此，在本发明中，信息采集装置可以探入狭小空间的被测球体8的内腔，克服现有技术中探入到被测球体8的内腔困难的问题，并且，通过旋转转动轴5，带动信息采集装置转动，即可实现对被测球体8内腔三维轮廓的测量，完成被测球体8腔体内壁三维完整重构，因此，降低了测量难度，测量效率高。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种内腔表面三维轮廓测量方法，其特征在于，包括内腔表面三维轮廓测量装置及以下步骤：

所述内腔表面三维轮廓测量装置包括平台(1)、水平位移台(2)、龙门架(3)、竖直位移台(4)、转动轴(5)、连接板(6)和信息采集装置；

所述水平位移台(2)和所述龙门架(3)设在所述平台(1)上，所述竖直位移台(4)设在所述龙门架(3)上，所述转动轴(5)和所述竖直位移台(4)固定连接，所述转动轴(5)和所述连接板(6)固定连接，所述信息采集装置固设在所述连接板(6)上；

所述水平位移台(2)上固设有支座(7)，所述支座(7)用于支撑被测球体(8)；

所述信息采集装置延伸至所述被测球体(8)内；

所述信息采集装置包括摄像头模组和平面激光器(9)；

所述摄像头模组和所述平面激光器(9)的夹角呈20°至30°，且均设在所述连接板(6)上；

所述摄像头模组包括第一摄像头(10)、第二摄像头(11)和第三摄像头(12)；

所述第一摄像头(10)、所述第二摄像头(11)和所述第三摄像头(12)竖直排列且固设在所述连接板(6)上；

所述第一摄像头(10)和所述第二摄像头(11)的拍摄视场重叠率与所述第二摄像头(11)和所述第三摄像头(12)的拍摄视场重叠率相同且均为20％至25％；

S101、通过所述竖直位移台(4)和所述水平位移台(2)调整所述信息采集装置与所述被测球体(8)的相对位置，并使所述信息采集装置处于所述被测球体(8)内腔的中心位置；

S102、利用所述被测球体(8)的半径R_r对所述转动轴(5)进行标定，输出所述被测球体(8)每条轮廓的真实位置轮廓信息p_o_i；

S103、所述竖直位移台(4)驱动所述转动轴(5)转动一周，所述第一摄像头(10)、所述第二摄像头(11)和所述第三摄像头(12)分别采集相应的测量数据并传送至计算平台；

S104、所述计算平台接收所述第一摄像头(10)、所述第二摄像头(11)和所述第三摄像头(12)采集相应的测量数据，根据所述真实位置轮廓信息p_o_i，采用ICP计算方法将所述第一摄像头(10)、所述第二摄像头(11)和所述第三摄像头(12)采集相应的测量数据进行统一；

S105、将统一后的所述第一摄像头(10)、所述第二摄像头(11)和所述第三摄像头(12)采集的测量数据进行拼接，以构建所述被测球体(8)的内腔表面三维轮廓模型。

2.根据权利要求1所述的一种内腔表面三维轮廓测量方法，其特征在于，所述步骤S101包括：

所述第三摄像头(12)实时测量第一距离，所述第一距离为所述第三摄像头(12)和所述被测球体(8)内腔底部之间的距离；

当所述第一距离小于第一高度阈值时，所述竖直位移台(4)控制所述第三摄像头(12)向上运动；

当所述第一距离大于第二高度阈值时，所述竖直位移台(4)控制所述第三摄像头(12)向下运动；

当所述第一距离大于所述第一高度阈值、小于所述第二高度阈值时，所述竖直位移台(4)控制所述第三摄像头(12)停止运动；

所述第一高度阈值小于所述被测球体(8)的半径，所述第二高度阈值大于所述被测球体(8)的半径。

3.根据权利要求2所述的一种内腔表面三维轮廓测量方法，其特征在于，所述步骤S101还包括：

所述第二摄像头(11)实时测量第二距离，所述第二距离为所述第二摄像头(11)和所述被测球体(8)内腔侧壁之间的距离；

当所述第二距离小于第一长度阈值时，所述水平位移台(2)控制所述被测球体(8)向远离所述转动轴(5)的一侧移动；

当所述第二距离大于第二长度阈值时，所述水平位移台(2)控制所述被测球体(8)向靠近所述转动轴(5)的一侧移动；

当所述第二距离大于所述第二长度阈值、小于所述第二长度阈值时，所述水平位移台(2)控制所述被测球体(8)停止运动；

所述第一长度阈值小于所述被测球体(8)的半径，所述第二长度阈值大于所述被测球体(8)的半径。

4.根据权利要求3所述的一种内腔表面三维轮廓测量方法，其特征在于，所述步骤S102包括：

对所述转动轴(5)进行标定前，利用激光三角法所述信息采集装置测量所述被测球体(8)每条轮廓的三维信息为p_i；

对所述转动轴(5)进行标定后，确定所述转动轴(5)的位置；

根据R_i＝I+sin(θ_i)K+(1-cos(θ_i))K²，计算不同角度下的旋转矩阵R_i；

根据p_o_i＝R_ip_i，计算所述被测球体(8)每条轮廓的三维信息为p_i的真实位置轮廓信息p_o_i；

其中，R_i为第i个旋转角度对应的旋转矩阵，I是3×3单位方阵，θ_i是第i个旋转角度，K是旋转向量v^T的叉积矩阵，V为单位方向向量，q₁和q₂为所述转动轴(5)上的两个点；

具体地，根据

确定q₁和q₂最优值组合x_q；

其中，R_r为标准球的半径，对p_o_i进行球体拟合确定球体半径r_i，x_q是满足公式

成立的q₁和q₂最优值组合。

5.根据权利要求4所述的一种内腔表面三维轮廓测量方法，其特征在于，对所述转动轴(5)进行标定后，所述第一摄像头(10)采集所述被测球体(8)的测量数据为x₁y₁z₁，所述第二摄像头(11)采集所述被测球体(8)的测量数据为x₂y₂z₂，所述第三摄像头(12)采集所述被测球体(8)的测量数据为x₃y₃z₃；

所述x₁y₁z₁、所述x₂y₂z₂和所述x₃y₃z₃均满足所述真实位置轮廓信息p_o_i。

6.根据权利要求5所述的一种内腔表面三维轮廓测量方法，其特征在于，所述步骤S104包括：

设点云P₁表示所述第一摄像头(10)采集所述被测球体(8)的测量数据为x₁y₁z₁、点云P₂表示所述第二摄像头(11)采集所述被测球体(8)的测量数据为x₂y₂z₂和点云Q₁表示所述第三摄像头(12)采集所述被测球体(8)的测量数据为x₃y₃z₃；

计算所述点云P₁到点云所述Q₁的旋转矩阵R₁和平移矩阵T₁，以及所述点云P₂到点云所述Q₁的旋转矩阵R₂和平移矩阵T₂，从而使所述第一摄像头(10)所采集的测量数据和所述第二摄像头(11)所采集的测量数据统一到所述第三摄像头(12)所采集的测量数据中。

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