高速变焦摄像对曲面轮廓线的自适应检测系统及方法
高速变焦摄像对曲面轮廓线的自适应检测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及曲面轮廓线的非接触式检测领域，具体涉及一种高速变焦摄像对曲面轮廓线的自适应检测系统及方法。
【背景技术】
[0002]目前很多光学轮廓仪由于景深问题和法向检测的约束限制无法检测大陡度曲面，而有些激光位移传感器虽然有一定的法向检测偏角允许度，但无法在在线检测过程中自动调整方位，导致最终测量误差也较大。此外，这些仪器都具有成本高的特点。本方法采用高速变焦摄像系统对待测曲面特定路径的轮廓线采样点实现轴向高速变焦距图片采集，然后根据变焦点所对应图片上像素数据的锐化效果，提取最清晰像素所对应的图片；计算此焦点像素点相对于高速变焦摄像系统的坐标数据，并根据处理速度自适应驱动闭环直线脉冲步进滑台，确定下一步距目标数据的采集，最终完成特定轮廓线的采集和处理；最后，经过检测轮廓线与基准轮廓线数据的消减，获得真实待检目标轮廓曲线，进而对待检测曲面轮廓线及所得曲面进行评价分析。
【发明内容】
[0003]为解决上述问题，本发明提供了一种高速变焦摄像对曲面轮廓线的自适应检测系统及方法，针对大陡度曲面特定景深的目标点数据的高速自适应检测能力，无需光轴偏转成被测表面法向或角度允许度范围内，无需调整高度焦距，消除连续测量过程中的人为误差；在仪器应用化方面具有成本低等优点。
[0004]为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:
[0005]高速变焦摄像对曲面轮廓线的自适应检测系统，包括标准平面镜，高速变焦摄像系统、闭环直线脉冲步进滑台、照明光源、高度可调连接支架、控制系统，能够实现对待测目标曲面上特定轮廓线的高速自适应检测，标准平面镜以接触的形式介于闭环直线脉冲步进滑台和高速变焦摄像系统通过高度可调连接支架组成的系统之间，起到为测量系统提供检测标准的作用，高速变焦摄像系统包括各种形式的具有高速响应和变焦速度的透镜、图像采集系统和驱动控制系统，在均匀、稳定光源对检测位置进行照明的前提下，高速变焦摄像系统能够采集到被测表面上采样点的相关数据。所述闭环直线脉中步进滑台的控制系统与高速变焦摄像系统的驱动控制系统综合集成，并结合数据处理功能对待检测目标轮廓线进行驱动采样、处理和综合分析。
[0006]为解决上述问题，本发明实施例还提供了一种高速变焦摄像对曲面轮廓线的自适应检测方法，包括如下步骤:
[0007]步骤1、采用单点超精密车削方法获得高精度、高表面质量的标准平面镜；
[0008]步骤2、调整高度可调支架的竖直距离，针对标准平面镜表面上特定路径的轮廓线，通过高速变焦摄像系统中的图像采集功能将自动采集到的一系列图片进行处理，并将这些图片中高速变焦透镜系统光轴焦点上像素的综合锐化效果进行对比分析，从而得出最清晰像素点及所在图片的能力；根据该像素点与高速变焦摄像系统焦距之间的一一对应的函数关系，得到该像素点所对应的实际被检测曲面上目标点的坐标值与高速变焦摄像系统焦距之间的关系。
[0009]步骤3、在系统分析完之后，通过闭环直线脉冲步进滑台载着高速变焦系统相对被测曲面沿指定路径方向自动步进一个单位距离，重复步骤2所述过程进行，直至检测目标路径上所有步距检测点完成；
[0010]步骤4、将所得像素点对应坐标点数据进行拟合，获得相对于高速变焦摄像系统的基准轮廓曲线；
[0011]步骤5、采用步骤2-4所述方法对待检测目标曲面上特定路径进行检测，获取相对于高速变焦摄像系统的检测轮廓线；
[0012]步骤6、将相对于高速变焦摄像系统基准的检测目标轮廓线数据减去基准轮廓线数据，获得目标轮廓线数据，并进行评价和分析。
[0013]本发明具有以下有益效果:
[0014]针对大陡度曲面特定景深的目标点数据的高速自适应检测能力，无需光轴偏转成被测表面法向或角度允许度范围内，无需调整高度焦距，消除连续测量过程中的人为误差；在仪器应用化方面具有成本低等优点。
【附图说明】
[0015]图1为本发明实施例检测方法的流程图。
[0016]图2为本发明检测系统的组成图。
【具体实施方式】
[0017]为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0018]如图2所示，本发明实施例提供了高速变焦摄像对曲面轮廓线的自适应检测系统，包括标准平面镜1，高速变焦摄像系统2、闭环直线脉冲步进滑台3、照明光源4、高度可调连接支架5、控制系统6，能够实现对待测目标曲面上特定轮廓线的高速自适应检测，标准平面镜I以接触的形式介于闭环直线脉中步进滑台3和高速变焦摄像系统2通过高度可调连接支架5组成的系统之间，起到为测量系统提供检测标准的作用，高速变焦摄像系统2包括各种形式的具有高速响应和变焦速度的透镜、图像采集系统和驱动控制系统，在均匀、稳定的照明光源4对检测位置进行照明的前提下，高速变焦摄像系统2能够采集到被测表面上采样点的相关数据。所述闭环直线脉冲步进滑台3的控制系统6与高速变焦摄像系统的驱动控制系统综合集成，并结合数据处理功能对待检测目标轮廓线进行驱动采样、处理和综合分析。
[0019]如图1所示，本发明实施例还提供了一种高速变焦摄像对曲面轮廓线的自适应检测方法，包括如下步骤:
[0020]步骤1、采用单点超精密车削方法获得高精度、高表面质量的标准平面镜；
[0021]步骤2、调整高度可调支架的竖直距离，针对标准平面镜表面上特定路径的轮廓线，通过高速变焦摄像系统中的图像采集功能将自动采集到的一系列图片进行处理，并将这些图片中高速变焦透镜系统光轴焦点上像素的综合锐化效果进行对比分析，从而得出最清晰像素点及所在图片的能力；根据该像素点与高速变焦摄像系统焦距之间的一一对应的函数关系，得到该像素点所对应的实际被检测曲面上目标点的坐标值与高速变焦摄像系统焦距之间的关系。
[0022]步骤3、在系统分析完之后，通过闭环直线脉冲步进滑台载着高速变焦系统相对被测曲面沿指定路径方向自动步进一个单位距离，重复步骤2所述过程进行，直至检测目标路径上所有步距检测点完成；
[0023]步骤4、将所得像素点对应坐标点数据进行拟合，获得相对于高速变焦摄像系统的基准轮廓曲线；
[0024]步骤5、采用步骤2-步骤4所述方法对待检测目标曲面上特定路径进行检测，获取相对于高速变焦摄像系统的检测轮廓线；
[0025]步骤6、将相对于高速变焦摄像系统基准的检测目标轮廓线数据减去基准轮廓线数据，获得目标轮廓线数据，并进行评价和分析。
[0026]实施例
[0027]I)采用具体检测方法中的步骤2-4，在由闭环直线脉冲步进滑台带动的X向检测行程范围内，指定步距t获得相对于高速变焦摄像系统的基准轮廓曲线SI。
[0028]2)采用具体检测方法中的步骤2-4获得相对于高速变焦摄像系统的检测轮廓线S2，指定步距tl >t，具体检测采样点行程范围包含于标定曲线SI的轮廓线行程范围内。
[0029]3)根据检测轮廓线S2的具体采样点X向坐标，插值计算基准轮廓曲线SI在检测光轴方向对应的Z’值。
[0030]4)根据检测轮廓线S2的具体采样点各Z向坐标值，计算需检测的目标曲面轮廓线采样点Z ”值为Z-Z’。
[0031]5)拟合各计算点的坐标(X，Z”)，所得曲线即为需检测的目标曲面轮廓线。
[0032]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.高速变焦摄像对曲面轮廓线的自适应检测系统，其特征在于，包括标准平面镜，高速变焦摄像系统、闭环直线脉冲步进滑台、照明光源、高度可调连接支架、控制系统，标准平面镜以接触的形式介于闭环直线脉冲步进滑台和高速变焦摄像系统通过高度可调连接支架组成的系统之间，高速变焦摄像系统包括各种形式的具有高速响应和变焦速度的透镜、图像采集系统和驱动控制系统，所述闭环直线脉冲步进滑台的控制系统与高速变焦摄像系统的驱动控制系统综合集成，并结合数据处理功能对待检测目标轮廓线进行驱动采样、处理和综合分析。2.高速变焦摄像对曲面轮廓线的自适应检测方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1、采用单点超精密车削方法获得高精度、高表面质量的标准平面镜； 步骤2、调整高度可调支架的竖直距离，针对标准平面镜表面上特定路径的轮廓线，通过高速变焦摄像系统中的图像采集功能将自动采集到的一系列图片进行处理，并将这些图片中高速变焦透镜系统光轴焦点上像素的综合锐化效果进行对比分析，从而得出最清晰像素点及所在图片的能力；根据该像素点与高速变焦摄像系统焦距之间的一一对应的函数关系，得到该像素点所对应的实际被检测曲面上目标点的坐标值与高速变焦摄像系统焦距之间的关系。 步骤3、在系统分析完之后，通过闭环直线脉冲步进滑台载着高速变焦系统相对被测曲面沿指定路径方向自动步进一个单位距离，重复步骤2所述过程进行，直至检测目标路径上所有步距检测点完成； 步骤4、将所得像素点对应坐标点数据进行拟合，获得相对于高速变焦摄像系统的基准轮廓曲线； 步骤5、采用步骤2-4所述方法对待检测目标曲面上特定路径进行检测，获取相对于高速变焦摄像系统的检测轮廓线； 步骤6、将相对于高速变焦摄像系统基准的检测目标轮廓线数据减去基准轮廓线数据，获得目标轮廓线数据，并进行评价和分析。
【专利摘要】本发明公开了一种高速变焦摄像对曲面轮廓线的自适应检测系统及方法，包括标准平面镜，高速变焦摄像系统、闭环直线脉冲步进滑台、照明光源、高度可调连接支架、控制系统，标准平面镜以接触的形式介于闭环直线脉冲步进滑台和高速变焦摄像系统通过连接支架组成的系统之间，高速变焦摄像系统包括各种形式的具有高速响应和变焦速度的透镜、图像采集系统和驱动控制系统，所述闭环直线脉冲步进滑台的控制系统与高速变焦摄像系统的驱动控制系统综合集成，并结合数据处理功能对待检测目标轮廓线进行驱动采样、处理和综合分析。
【IPC分类】G01B11/24
【公开号】CN104897077
【申请号】CN201510190691
【发明人】石广丰, 史国权, 徐远哲, 李建军
【申请人】长春理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月18日
【技术领域】
[0001]本发明涉及曲面轮廓线的非接触式检测领域，具体涉及一种高速变焦摄像对曲面轮廓线的自适应检测系统及方法。
【背景技术】
[0002]目前很多光学轮廓仪由于景深问题和法向检测的约束限制无法检测大陡度曲面，而有些激光位移传感器虽然有一定的法向检测偏角允许度，但无法在在线检测过程中自动调整方位，导致最终测量误差也较大。此外，这些仪器都具有成本高的特点。本方法采用高速变焦摄像系统对待测曲面特定路径的轮廓线采样点实现轴向高速变焦距图片采集，然后根据变焦点所对应图片上像素数据的锐化效果，提取最清晰像素所对应的图片；计算此焦点像素点相对于高速变焦摄像系统的坐标数据，并根据处理速度自适应驱动闭环直线脉冲步进滑台，确定下一步距目标数据的采集，最终完成特定轮廓线的采集和处理；最后，经过检测轮廓线与基准轮廓线数据的消减，获得真实待检目标轮廓曲线，进而对待检测曲面轮廓线及所得曲面进行评价分析。
【发明内容】
[0003]为解决上述问题，本发明提供了一种高速变焦摄像对曲面轮廓线的自适应检测系统及方法，针对大陡度曲面特定景深的目标点数据的高速自适应检测能力，无需光轴偏转成被测表面法向或角度允许度范围内，无需调整高度焦距，消除连续测量过程中的人为误差；在仪器应用化方面具有成本低等优点。
[0004]为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:
[0005]高速变焦摄像对曲面轮廓线的自适应检测系统，包括标准平面镜，高速变焦摄像系统、闭环直线脉冲步进滑台、照明光源、高度可调连接支架、控制系统，能够实现对待测目标曲面上特定轮廓线的高速自适应检测，标准平面镜以接触的形式介于闭环直线脉冲步进滑台和高速变焦摄像系统通过高度可调连接支架组成的系统之间，起到为测量系统提供检测标准的作用，高速变焦摄像系统包括各种形式的具有高速响应和变焦速度的透镜、图像采集系统和驱动控制系统，在均匀、稳定光源对检测位置进行照明的前提下，高速变焦摄像系统能够采集到被测表面上采样点的相关数据。所述闭环直线脉中步进滑台的控制系统与高速变焦摄像系统的驱动控制系统综合集成，并结合数据处理功能对待检测目标轮廓线进行驱动采样、处理和综合分析。
[0006]为解决上述问题，本发明实施例还提供了一种高速变焦摄像对曲面轮廓线的自适应检测方法，包括如下步骤:
[0007]步骤1、采用单点超精密车削方法获得高精度、高表面质量的标准平面镜；
[0008]步骤2、调整高度可调支架的竖直距离，针对标准平面镜表面上特定路径的轮廓线，通过高速变焦摄像系统中的图像采集功能将自动采集到的一系列图片进行处理，并将这些图片中高速变焦透镜系统光轴焦点上像素的综合锐化效果进行对比分析，从而得出最清晰像素点及所在图片的能力；根据该像素点与高速变焦摄像系统焦距之间的一一对应的函数关系，得到该像素点所对应的实际被检测曲面上目标点的坐标值与高速变焦摄像系统焦距之间的关系。
[0009]步骤3、在系统分析完之后，通过闭环直线脉冲步进滑台载着高速变焦系统相对被测曲面沿指定路径方向自动步进一个单位距离，重复步骤2所述过程进行，直至检测目标路径上所有步距检测点完成；
[0010]步骤4、将所得像素点对应坐标点数据进行拟合，获得相对于高速变焦摄像系统的基准轮廓曲线；
[0011]步骤5、采用步骤2-4所述方法对待检测目标曲面上特定路径进行检测，获取相对于高速变焦摄像系统的检测轮廓线；
[0012]步骤6、将相对于高速变焦摄像系统基准的检测目标轮廓线数据减去基准轮廓线数据，获得目标轮廓线数据，并进行评价和分析。
[0013]本发明具有以下有益效果:
[0014]针对大陡度曲面特定景深的目标点数据的高速自适应检测能力，无需光轴偏转成被测表面法向或角度允许度范围内，无需调整高度焦距，消除连续测量过程中的人为误差；在仪器应用化方面具有成本低等优点。
【附图说明】
[0015]图1为本发明实施例检测方法的流程图。
[0016]图2为本发明检测系统的组成图。
【具体实施方式】
[0017]为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0018]如图2所示，本发明实施例提供了高速变焦摄像对曲面轮廓线的自适应检测系统，包括标准平面镜1，高速变焦摄像系统2、闭环直线脉冲步进滑台3、照明光源4、高度可调连接支架5、控制系统6，能够实现对待测目标曲面上特定轮廓线的高速自适应检测，标准平面镜I以接触的形式介于闭环直线脉中步进滑台3和高速变焦摄像系统2通过高度可调连接支架5组成的系统之间，起到为测量系统提供检测标准的作用，高速变焦摄像系统2包括各种形式的具有高速响应和变焦速度的透镜、图像采集系统和驱动控制系统，在均匀、稳定的照明光源4对检测位置进行照明的前提下，高速变焦摄像系统2能够采集到被测表面上采样点的相关数据。所述闭环直线脉冲步进滑台3的控制系统6与高速变焦摄像系统的驱动控制系统综合集成，并结合数据处理功能对待检测目标轮廓线进行驱动采样、处理和综合分析。
[0019]如图1所示，本发明实施例还提供了一种高速变焦摄像对曲面轮廓线的自适应检测方法，包括如下步骤:
[0020]步骤1、采用单点超精密车削方法获得高精度、高表面质量的标准平面镜；
[0021]步骤2、调整高度可调支架的竖直距离，针对标准平面镜表面上特定路径的轮廓线，通过高速变焦摄像系统中的图像采集功能将自动采集到的一系列图片进行处理，并将这些图片中高速变焦透镜系统光轴焦点上像素的综合锐化效果进行对比分析，从而得出最清晰像素点及所在图片的能力；根据该像素点与高速变焦摄像系统焦距之间的一一对应的函数关系，得到该像素点所对应的实际被检测曲面上目标点的坐标值与高速变焦摄像系统焦距之间的关系。
[0022]步骤3、在系统分析完之后，通过闭环直线脉冲步进滑台载着高速变焦系统相对被测曲面沿指定路径方向自动步进一个单位距离，重复步骤2所述过程进行，直至检测目标路径上所有步距检测点完成；
[0023]步骤4、将所得像素点对应坐标点数据进行拟合，获得相对于高速变焦摄像系统的基准轮廓曲线；
[0024]步骤5、采用步骤2-步骤4所述方法对待检测目标曲面上特定路径进行检测，获取相对于高速变焦摄像系统的检测轮廓线；
[0025]步骤6、将相对于高速变焦摄像系统基准的检测目标轮廓线数据减去基准轮廓线数据，获得目标轮廓线数据，并进行评价和分析。
[0026]实施例
[0027]I)采用具体检测方法中的步骤2-4，在由闭环直线脉冲步进滑台带动的X向检测行程范围内，指定步距t获得相对于高速变焦摄像系统的基准轮廓曲线SI。
[0028]2)采用具体检测方法中的步骤2-4获得相对于高速变焦摄像系统的检测轮廓线S2，指定步距tl >t，具体检测采样点行程范围包含于标定曲线SI的轮廓线行程范围内。
[0029]3)根据检测轮廓线S2的具体采样点X向坐标，插值计算基准轮廓曲线SI在检测光轴方向对应的Z’值。
[0030]4)根据检测轮廓线S2的具体采样点各Z向坐标值，计算需检测的目标曲面轮廓线采样点Z ”值为Z-Z’。
[0031]5)拟合各计算点的坐标(X，Z”)，所得曲线即为需检测的目标曲面轮廓线。
[0032]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.高速变焦摄像对曲面轮廓线的自适应检测系统，其特征在于，包括标准平面镜，高速变焦摄像系统、闭环直线脉冲步进滑台、照明光源、高度可调连接支架、控制系统，标准平面镜以接触的形式介于闭环直线脉冲步进滑台和高速变焦摄像系统通过高度可调连接支架组成的系统之间，高速变焦摄像系统包括各种形式的具有高速响应和变焦速度的透镜、图像采集系统和驱动控制系统，所述闭环直线脉冲步进滑台的控制系统与高速变焦摄像系统的驱动控制系统综合集成，并结合数据处理功能对待检测目标轮廓线进行驱动采样、处理和综合分析。2.高速变焦摄像对曲面轮廓线的自适应检测方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1、采用单点超精密车削方法获得高精度、高表面质量的标准平面镜； 步骤2、调整高度可调支架的竖直距离，针对标准平面镜表面上特定路径的轮廓线，通过高速变焦摄像系统中的图像采集功能将自动采集到的一系列图片进行处理，并将这些图片中高速变焦透镜系统光轴焦点上像素的综合锐化效果进行对比分析，从而得出最清晰像素点及所在图片的能力；根据该像素点与高速变焦摄像系统焦距之间的一一对应的函数关系，得到该像素点所对应的实际被检测曲面上目标点的坐标值与高速变焦摄像系统焦距之间的关系。 步骤3、在系统分析完之后，通过闭环直线脉冲步进滑台载着高速变焦系统相对被测曲面沿指定路径方向自动步进一个单位距离，重复步骤2所述过程进行，直至检测目标路径上所有步距检测点完成； 步骤4、将所得像素点对应坐标点数据进行拟合，获得相对于高速变焦摄像系统的基准轮廓曲线； 步骤5、采用步骤2-4所述方法对待检测目标曲面上特定路径进行检测，获取相对于高速变焦摄像系统的检测轮廓线； 步骤6、将相对于高速变焦摄像系统基准的检测目标轮廓线数据减去基准轮廓线数据，获得目标轮廓线数据，并进行评价和分析。
【专利摘要】本发明公开了一种高速变焦摄像对曲面轮廓线的自适应检测系统及方法，包括标准平面镜，高速变焦摄像系统、闭环直线脉冲步进滑台、照明光源、高度可调连接支架、控制系统，标准平面镜以接触的形式介于闭环直线脉冲步进滑台和高速变焦摄像系统通过连接支架组成的系统之间，高速变焦摄像系统包括各种形式的具有高速响应和变焦速度的透镜、图像采集系统和驱动控制系统，所述闭环直线脉冲步进滑台的控制系统与高速变焦摄像系统的驱动控制系统综合集成，并结合数据处理功能对待检测目标轮廓线进行驱动采样、处理和综合分析。
【IPC分类】G01B11/24
【公开号】CN104897077
【申请号】CN201510190691
【发明人】石广丰, 史国权, 徐远哲, 李建军
【申请人】长春理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月18日
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