测量强反射自由曲面的测头设计

　　1　引　　言

　　一些高精度的模具和涡轮机叶片具有强反射表面,利用现有的光学测头,包括激光扫描测头和摄像测头都无法测量强反射表面;接触式测头效率太低,还存在容易发生碰撞、不能测易变形件等问题,迫切需要研制一种新型测头,解决强反射曲面的测量问题。

　　视觉检测技术综合运用了电子学、光电探测、图像处理和计算机技术,为模具和叶片等复杂曲面的测量问题提供了一个较理想的检测手段。在双目视觉检测技术中,应用两个摄像机进行工作,在信息采集过程中,会产生模糊甚至错误的信息,就给后面的处理工作带来很大的不便。为了解决这个问题;研究了三个摄像机进行复杂曲面的测量技术,使得测量信息更加准确　　可靠;本文以三角法测量原理为基础,将三目视觉测量与三坐标测量机结合起来,可以提高测量的准确性。

　　2　测量装置简介

　　2.1　三角法原理测量强反射曲面时存在的问题

　　当被测表面为强反射金属表面时,一般的三角法测头存在以下问题:

　　(1)金属表面具有镜面反射

　　金属不是理想的漫反射体,镜面反射光很强。

　　(2)可以对周围光源成像

　　如果测量环境中存在发光的物体,被测金属表面就会起到类似反射镜的作用,使这些物体成像到金属表面,出现错误的测量结果。

　　(3)镜面反射光和漫反射光强弱变化大

　　测量强反射金属表面时,漫反射光在镜面反射光附近分布较强,其它方向分布较弱。用一般的光学非接触测头进行测量时,由于镜面反射光的光强较大,当镜面反射光被接收器件接收时,会出现饱和现象;而当只有漫反射光被接收时,由于漫反射光较弱,测量信号中有可能存在噪声,测量结果依然不准确。

　　为了解决以上问题,采取以下措施:

　　(1)加入偏振片

　　根据偏振特性,在入射光路和接收光路中使用两个偏振状态互相垂直的偏振片,可在很大程度上消除镜面反射光对测量的影响。

　　(2)加大激光器功率

　　这样可使反射光的总体能量增强,相应的漫反射光的能量也会增强。

　　(3)采用CCD作为接收器件

　　可解决利用PSD作为接收器件,当有两个以上光点时输出发生混乱的问题。

　　2.2　测头基本组成部分

　　测头包括三部分:线光源、信号接收单元(CCD)和信号处理单元(图像采集卡)。

　　(1)线光源

　　用半导体激光器发出点状光源,经柱面镜变成线结构光。本系统采用的半导体激光器功率为5mW。

　　(2)信号接收单元

　　使用三个CCD对称分布接收物体表面的散射光,较好地解决了测量盲区的问题,其中CCD1与光条平行。