光栅投影测量技术在毛边板优化裁边中的应用

　　根据我国制材技术与设备现状，提高木材的出材率仍有很大潜力，其中优化毛边板的裁边工艺就是提高木材出材率的一个重要途径。合理裁边可使原木边皮部分得到更充分的利用，综合出材率可提高1%以上。

　　根据优化裁边工艺的实际需要，本文提出一种基于光栅投影测量技术的非接触、实时、在线测量方法来测量毛边板形状参数，以获得其轮廓参数，然后对轮廓参数进行优化处理，得出最佳的毛边板加工方案。

　　1 测量系统工作原理

　　光栅投影三维测量是一种重要的非接触测量方法。基于光栅投影的三维测量就是将光栅图样投影到被测物表面，由摄像机获取变形的光栅像，根据变形量与高度的关系确定轮廓相对参考平面的高度信息，再由相位与高度(深度)的关系重建出木板三维轮廓。

　　在光栅投影测量中常应用三角原理求轮廓高度，直接三角法的基本原理如图1 所示。激光器发出的光照射到参考平面上，部分反射光通过透镜组在光敏面上成像。当被测物体轮廓高度发生变化时引起像点在光敏面上位置的变化，由像点变化可求得高度的变化，即相对参考面的高度值。测点高度可由式(1)求得，式中符号代表意义见图1。

　　当多个相同的光条同时投射时即构成光栅投影法，通过分析光强分布规律可准确找到条纹中心。

　　2 测量系统设计

　　测量系统的硬件由两台CCD 摄像机、投影仪、两块图像采集卡、标定模板和工作平台组成。测量系统结构模型如图2 所示。

　　通过硬件系统采集的投影光栅图样的毛边板图像，还需要计算机软件进行处理、分析和判断。软件模块包括图像处理模块、标定模块、数据处理模块和管理显示模块。

　　3 实验

　　3.1 标定实验

　　摄像机标定的目的是为了得到摄像机的参数和两台摄像机的空间关系，以计算三维点坐标。当光源照射到标定板上某一点时，该目标点的图像通过透镜汇聚到传感器上并形成像点。当标定板移动时像点也在传感器上移动，在基线长度已知、光源和传感器及透镜的相对位置确定的前提下，通过测量传感器上像点的位置就能准确地确定被测物体与仪器之间的距离。

　　基于以上测量结构，安装固定好摄像机与投影仪，采用标定方法进行标定实验，标定结果见表1。

　　经过回归处理，可得到下式：

　　式中：h 为板厚，p 为像素值。

　　根据国家/行业普通锯材标准，锯材厚度规格为12、15、18、21、25、30、35、40、45、50、60mm。在本实验检测范围内，毛边板测量厚度与像素为线性关系，且在半径为0～60mm 的范围其相关系数为R=0.998。