使用激光三角法进行三维测量的工作原理是将一道线激光投射在客观物体的测量表面上,此时原本平直的线激光因为物体表面轮廓高低变化会发生扭曲变形,从而导致在三维相机的像平面上的成像也发生相应的位移。再通过测量三维相机的成像位移的大小,可根据入射光和反射光构成的三角关系推算出客观物体表面轮廓的实际高度信息。
激光三角测量法根据测量结构不同又可以分为直射式测量方法和斜射式测量方法。直射式测量方法的基本原理是在测量系统中利用激光器发出的激光光束,垂直投射在被测物体表面时,产生光点或光线,光点通过反射进入接收透镜,并成像于视觉传感器的感光面上。当被测物体发生平移或倾斜时因为被测物体表面的高低不平,入射光点聚焦在入射光轴上的位置也会发生变化,那么视觉传感器的成像也会发生相应的移动,通过视觉传感器成像位移的关系可推出被测物体表面轮廓的信息。斜射式测量方法与直射式测量方法的测量原理基本一致,但激光器的投射位置有所不同,如图所示光源与视觉传感器的测量探头都以一定的倾斜角度安装。两者相比,直射式测量方法具有安装方便、光路简单等特点。而斜射式测量方法虽然测量范围相对较小,但是其不受物体表面反射率大小的影响,更适用于测量表面散射性能较好的物体。
激光三角测量方法相较于上述其他两种测量方法的特点是测量结构安装较为复杂,由于还需要对三维相机进行标定,所以操作也较为繁琐。同时在使用直射式测量法的时候虽然激光投射光条纹线宽较细,使得光学条纹中心的提取精度较高,但是透镜的直径大小有限,三维相机感光传感器只能接收部分的散射光线,受外界光干扰的影响较大。而斜射式测量法的特点则是能大部分的接收投射光源发出的光线,测量时受外界光干扰较小,但是测量结构安装较复杂,由于投射光线的光路与接收透镜光路的夹角比较大,对于测量曲率较大、表面轮廓复杂的物体时会出现遮光的现象,这样三维测量就无法对物体表面进行完整的测量。此外,斜射式测量结构会导致投射条纹线宽的增加,对光学条纹中心的精确提取有所影响。
激光共焦测量方法作为一种新型光学非接触式三维测量方法凭借其测量精度高、测量景深大等特性,在小量程的三维表面扫描中得到了较为广泛的应用。但恰恰是因为其量程范围小特点限制了它的测量范围,导致其只能在某些特殊领域得到应用。并且商业化产品价格过于昂贵,这使得目前其在实际应用中难以得到广泛的应用。
色散共焦测量方法与激光共焦测量方法相比不仅具有高精度和高稳定性,并且在面对任何材质的测量物体时测量效果不会受到太大影响,可以保证对几乎任何材质物体的稳定测量。而激光三角测量方法获取被测物体位置数据的方式是通过CCD、CMOS等感光元件上的光斑位置变换而得到的。测量物体的材质变化或表面曲率过大都会使感光波形发生形变,这样会增加测量误差从而影响测量结果的准确性。而色散共焦测量方法则很好的解决了这一问题,其可在同一种安装方式下稳定测量多种材质的物体。
综上所述,本系统采用色散共焦测量方法稳定、高速且精确度高,并能测量几乎任何材质的物体。针对本研究选取的皮革和木板被测样品,由于被测样品具有非常复杂的表面纹理,且具有多种材质样品,因此采用色散共焦测量方法能更好的完成研究。
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