专利名称：三维激光扫描在线检测轮廓仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三维激光扫描在线检测轮廓仪，用于造纸领域、汽车制造、路面检 测、半导体和芯片生产、食品行业和机械精加工等生产的检测。
背景技术：
在自动化领域中，检测作为重要的组成部分，其测量手段就是仪器仪表，但在现有 的自动化领域中采用离线检测，离线检测方法只能将产品区分为合格品和废品，起到产品 验收和废品剔除的作用，对废品的出现没有预先防止的能力，即不能把不合格品清除，且测 试时间长，效率低，不能及时有效地进行质量控制。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种能实现产品的三维模型检查，保 证产品质量，且测试时间短，提高生产效率的三维激光扫描在线检测轮廓仪。本发明的目的通过以下技术方案来实现一种三维激光扫描在线检测轮廓仪，包 括壳体，在壳体中设有图像采集子系统，图像采集子系统用来将激光投射到被测物体上，经 相机采集后，将图像通过以太网传送到图像子处理系统，图像子处理系统将图像采集子系 统发送过来的数据，经过图像处理算法进行预处理，突出光条中心特征，得到被测物体的二 维尺寸，并结合外部控制子系统提供的被测物体位移尺寸，从而确定被测物体的三维轮廓 尺寸，图像采集子系统、图像处理子系统和控制子系统均共同连接供电系统，供电系统置于 所述壳体外部。本发明的进一步改进在于所述图像采集子系统包括结构激光器、CXD相机或 CMOS摄像机，结构激光器发出特定波长的激光条投射到被测物体表面，通过CCD相机或 CMOS摄像机将跟随物体表面变化的光条成像在相机内部，并通过以太网将CXD相机或CMOS 摄像机的图像信息传送到外部的工业用计算机中进行处理。本发明的进一步改进在于所述图像处理子系统包括图像处理算法。本发明的进一步改进在于所述图像处理算法包括图像滤波、图像分割和光条中 心提�。枷衤瞬ㄓ糜诮鐾枷癫杉酉低乘杉耐枷裰械母髦衷肷新瞬ù恚� 减弱噪音，增强对比度，图像分割将反映被测物体表面轮廓的高亮度的光条与其他信息区 别出来，光条中心提取是在像素或亚像素级别上找到激光光条的中心。本发明的进一步改进在于所述控制子系统包括外触发控制器和编码器，外触发控制器在被测物体到达所述三维激光扫描在线检测轮廓仪的工作区域时，发出触发信号， 通知三维激光扫描在线检测轮廓仪开始工作，并利用编码器将被测物体位移的信号传送到 外部的工业用计算机进行处理。本发明的进一步改进在于所述图像处理子系统为嵌入式DSP阵列数据处理。本发明的进一步改进在于所述结构激光器作为测量光源，发出低亮度激光照射到被测物体上，使物体产生发光轮廓，通过CCD相机或CMOS摄像机，从不同视点捕捉物体轮廓进行采集，并将采集后的数据传送给图像处理子系统，进行图像滤波、图像分割和光条中 心提�。岷峡刂谱酉低常刂艭CD相机或CMOS相机进行图像的采集，并获得被测物体的位 移信号，从而计算整个被测物表面的三维轮廓。本发明与现有技术相比具有以下优点在线检测轮廓仪将光学、机械和电子技术 进行结合，不仅扫描速度快，整个系统每秒钟能够数字化上万个均勻、细密的轮廓点，且能 够快速、准确、详细地测量整个物体的三维数据，充分满足各类立体测量的需求，保证了产 品质量，且测试时间短，提高了生产效率。
图1为本发明的结构示意图；
具体实施例方式为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该 实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。如图1示出了本发明一种三维激光扫描在线检测轮廓仪的实施方式，包括壳体， 在壳体中设有图像采集子系统，图像采集子系统用来将激光投射到被测物体上，经相机采 集后，将图像通过以太网传送到图像子处理系统，图像子处理系统将图像采集子系统发送 过来的数据，经过图像处理算法进行预处理，突出光条中心特征，得到被测物体的二维尺 寸，并结合外部控制子系统提供的被测物体位移尺寸，从而确定被测物体的三维轮廓尺寸， 图像采集子系统、图像处理子系统和控制子系统均共同连接供电系统，供电系统置于所述 壳体外部，图像采集子系统包括结构激光器、CCD相机或CMOS摄像机，结构激光器发出特定 波长的激光条投射到被测物体表面，通过CCD相机或CMOS摄像机将跟随物体表面变化的光 条成像在相机内部，并通过以太网将CCD相机或CMOS摄像机的图像信息传送到外部的工业 用计算机中进行处理，图像处理子系统的核心包括图像处理算法，图像处理算法包括图像 滤波、图像分割和光条中心提�。枷衤瞬ㄓ糜诮鐾枷癫杉酉低乘杉耐枷裰械� 各种噪声进行滤波处理，减弱噪音，增强对比度，图像分割将反映被测物体表面轮廓的高亮 度的光条与其他信息区别出来，光条中心提取是在像素或业像素级别上找到激光光条的中 心，控制子系统包括外触发控制器和编码器，外触发控制器在被测物体到达所述三维激光 扫描在线检测轮廓仪的工作区域时，发出触发信号，通知三维激光扫描在线检测轮廓仪开 始工作，并利用编码器将被测物体位移的信号传送到外部的工业用计算机进行处理，所述 图像处理子系统为嵌入式DSP阵列数据处理，这样通过将结构激光器作为测量光源，发出 低亮度激光照射到被测物体上，使物体产生发光轮廓，通过CCD相机或CMOS摄像机，从不同 视点捕捉物体轮廓进行采集，并将采集后的数据传送给图像处理子系统，进行图像滤波、图 像分割和光条中心提取，结合控制子系统，控制CCD相机或CMOS相机进行图像的采集，并 获得被测物体的位移信号，从而计算整个被测物表面的三维轮廓，三维激光扫描在线轮廓 仪在汽车制造，半导体芯片生产，木材加工，造纸行业，机器人制造，航天航空行业，高速火 车，食品行业，机械精加工等得到广泛的应用，在汽车制造方面主要用于测定零部件是否合 格、模具、工艺是否标准等；在路面检测时，可以测定公路路面、机场跑道裂缝宽度、深度、路 面平整度等，为及时检修提供科学依据；在半导体、芯片生产时，用来检测产品形状是否合格；在食品行业，主要检测食品是否合格；在造纸领域，用来测定木片的形状、含水量、色差等，且使用三维激光扫描在线检测轮廓仪测量宽度在0. 75 1. 5mm，分辨率达到每个测量 截面700 1400或1024-2048点，最大测量截面为2048个点，测量深度分辨率为0. 015 1. 2mm，测量速度达到每秒3500 5000个截面。激光作为测量光源，发出的光经过第一透 镜后变成光条，投射在被测物体表面上，同时光条通过第二透镜成像在CCD相机上，当被测 物体的纵向高度发生改变时，光条在CCD相机中的位置也相应的发生变化，并且成像位置 和高度具有唯一的对应关系，通过几何光学的计算方法就可以求出被测物体的高度，通过 被测物体和激光水平方向的相对运动，就可以得到被测物体的三维轮廓数据，这种三维激 光扫描在线检测轮廓仪具有结构简单、维护方便、非接触测量的特点，是一种高效、高精度 的在线检测仪器，且在线检测轮廓仪将光学、机械和电子技术进行结合，不仅扫描速度快， 整个系统每秒钟能够数字化上万个均勻、细密的轮廓点，且能够快速、准确、详细地测量整 个物体的三维数据，充分满足各类立体测量的需求，保证了产品质量，且测试时间短，提高 了生产效率。
权利要求
一种三维激光扫描在线检测轮廓仪，其特征在于所述轮廓仪包括壳体，所述壳体中设有图像采集子系统，所述图像采集子系统用来将激光投射到被测物体上，经相机采集后，将图像通过以太网传送到图像子处理系统，图像子处理系统将图像采集子系统发送过来的数据，经过图像处理算法进行预处理，突出光条中心特征，得到被测物体的二维尺寸，并结合外部控制子系统提供的被测物体位移尺寸，从而确定被测物体的三维轮廓尺寸，所述图像采集子系统、所述图像处理子系统和所述控制子系统均共同连接供电系统，所述供电系统置于所述壳体外部。
2.根据权利要求1所述三维激光扫描在线检测轮廓仪，其特征在于所述图像采集子 系统包括结构激光器、CCD相机或CMOS摄像机，所述结构激光器发出特定波长的激光条投 射到被测物体表面，通过CCD相机或CMOS摄像机将跟随物体表面变化的光条成像在相机内 部，并通过以太网将(XD相机或CMOS摄像机的图像信息传送到外部的工业用计算机中进行 处理。
3.根据权利要求1所述三维激光扫描在线检测轮廓仪，其特征在于所述图像处理子 系统包括图像处理算法。
4.根据权利要求3所述三维激光扫描在线检测轮廓仪，其特征在于所述图像处理算 法包括图像滤波、图像分割和光条中心提�。鐾枷衤瞬ㄓ糜诮鐾枷癫杉酉低乘� 采集的图像中的各种噪声进行滤波处理，减弱噪音，增强对比度，所述图像分割将反映被测 物体表面轮廓的高亮度的光条与其他信息区别出来，所述光条中心提取是在像素或业像素 级别上找到激光光条的中心。
5.根据权利要求1所述三维激光扫描在线检测轮廓仪，其特征在于所述控制子系统 包括外触发控制器和编码器，所述外触发控制器在被测物体到达所述三维激光扫描在线检 测轮廓仪的工作区域时，发出触发信号，通知三维激光扫描在线检测轮廓仪开始工作，并利 用编码器将被测物体位移的信号传送到外部的工业用计算机进行处理。
6.根据权利要求1所述三维激光扫描在线检测轮廓仪，其特征在于所述图像处理子 系统为嵌入式DSP阵列数据处理。
7.根据权利要求2-6任一项所述三维激光扫描在线检测轮廓仪，其特征在于所述结 构激光器作为测量光源，发出低亮度激光照射到被测物体上，使物体产生发光轮廓，通过 CCD相机或CMOS摄像机，从不同视点捕捉物体轮廓进行采集，并将采集后的数据传送给图 像处理子系统，进行图像滤波、图像分割和光条中心提�。岷峡刂谱酉低常刂艭CD相机 或CMOS相机进行图像的采集，并获得被测物体的位移信号，从而计算整个被测物表面的三 维轮廓。
全文摘要
本发明公开了一种三维激光扫描在线检测轮廓仪，包括壳体，所述壳体中设有图像采集子系统，图像采集子系统用来将激光投射到被测物体上，经相机采集后，将图像通过以太网传送到图像子处理系统，图像子处理系统将图像采集子系统发送过来的图像，经过图像处理算法进行预处理，突出光条中心特征，得到被测物体的二维尺寸，结合外部控制子系统提供的被测物体位移尺寸，从而确定被测物体的三维轮廓尺寸，图像采集子系统、图像处理子系统和控制子系统均共同连接有供电系统。本发明具有能实现产品的三维模型检查，保证产品质量，且测试时间短，提高生产效率的优点。
文档编号G01B11/24GK101832764SQ201010173929
公开日2010年9月15日 申请日期2010年5月17日 优先权日2010年5月17日
发明者丁峰, 刘混海, 周峰, 李志杰, 李汉琪, 杜伟 申请人:南通北极光自动控制技术有限公司
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