激光影像模块及使用激光影像模块的非接触式测量装置

摘要

本发明涉及激光影像模块和采用该激光影像模块的非接触式测量装置。更具体地，本发明涉及一种用于以非接触测量方式测量物体形状的装置，并涉及一种用于该装置的激光影像模块。根据本发明的某些方面，将十字形激光束照射到物体上的激光生成器，以及对由照射到所述物体上的十字形激光束得到的激光束图像摄影的照相机对，可以作为整体安装在单个固定件上，从而所述物体的测量不需要任何旋转运动。因此，可以得到不失真的三维形状测量数据，同时可以将非接触式测量装置的制造成本降到最低。

说明书

技术领域

本发明涉及激光影像模块和使用该激光影像模块的非接触式测量装置。更具体地，本发明涉及以非接触方式测量待测物体形状的装置，并涉及用于该装置的激光影像模块。

背景技术

为了减低推进阻力并且提供高效率的航行，船舶的外面板通常由10～30mm厚的曲板件构成，所述曲板件具有复杂的不可展开的曲面。为了形成这种弯曲的外面板，一般采用称作线性退火的加工方法，其中钢板表面用气体燃烧器等局部退火。所产生的塑性变形(其可包括面外角度变形或面内收缩)可用于将钢板加工成期望的形状。

对于例如上文所述的船用曲板件的结构，有必要测量该结构是否已精确加工成期望的形状。在制造这些船用曲板件时，由人利用卷尺、手持工具、木制模板等进行手动测量。

在评估加工操作是否完成、形成退火线以及在加工完成后标记切割线时可使用这种曲板件的测量结果。

然而，依靠人工手动操作来测量大尺寸的曲板件会产生各种问题，包括需要的测量时间较长以及得到的测量数据精确度低。特别是用于船头或船尾的曲板件的形状变化更多，因此对于船的不同部分会使用不同的预制模板进行加工和测量。在多数情况下，模板用木材制成，并且，在曲板件达到期望的形状前，为了精确加工，所述模板被重复使用很多次。因此，各种因素，例如环境温度和工人疏忽，可能导致曲板件的塑性变形，其中这种偏差会加大精确加工和测量的难度。

为解决人工测量技术中的问题，已提出了一种测量物体时不发生接触的非接触式测量装置。

该非接触式测量装置，也称作激光影像系统，包括将线形激光束照射到被测物体上的激光生成器和将通过照射得到的激光束影像拍摄下来的照相机。该激光生成器和照相机可作为整体安装在单个固定件上以形成模块。该包括激光生成器、照相机和固定件的模块在下文中将称作“激光影像模块”。

图1示出了一种根据现有技术的用于测量曲板件形状的非接触式测量装置。

在测量具有四边形或类似的其它形状的曲板件10时，为测量曲板件10的边缘，激光生成器20首先将线性激光束21沿曲板件10的一侧照射，期间，照射到曲板件10上的激光束图像可用照相机(未示出)摄影。然后，随着激光生成器20的机械转动(由图1中的箭头表示)，线型激光束21从激光生成器20沿曲板件10的另一侧照射，而照射到曲板件10上的激光束图像可用照相机(未示出)摄影。这样，激光生成器20的转动会使包括激光生成器20和照相机的激光影像模块机械转动。

从照相机以这种方式得到的图像，可以提取到某测量点的数据，其中在该测量点的数据可通过模型运算表示为曲面，并且与激光影像模块的旋转信息一起用于生成曲板件10的三维形状测量数据。

发明内容

技术问题

如上所述，根据现有技术的非接触式测量装置在测量物体的边缘时，需要转动激光影像模块，并且在生成三维形状测量数据时需要有关该转动的信息。

然而，激光影像模块的转动完全依赖于机械方法，无论该转动控制得有多精确，由于机械操作的特性，在转动信息中有一定的不确定性。

激光影像模块转动信息中的该不确定性会在生成三维形状测量数据时产生失真。

虽然可以考虑使用激光影像模块对的方法，其中由各激光影像模块获得物体一侧和另一侧的图像，这会涉及非接触式测量装置制造成本的相应增加，因此不是最佳方案。

本发明的一个方面是，通过将激光生成器和一对照相机作为整体安装在单个固定件上，来解决现有技术中的这些问题，其中激光生成器将十字形激光束照射到被测物体上，一对照相机对从该照射得到的图像摄影。有了这种仪器，就不需要在测量物体时转动激光影像模块。

可对通过激光影像模块获得的图像进行滤波操作以除去垂直图像部分，并且在提取测量点的数据之后，通过模型运算将该数据表示成曲面并用于生成三维形状测量数据。

技术方案

本发明的一个方面提供了一种激光影像模块，包括：激光生成器，其将十字形激光束照射到物体上；照相机对，其对由照射到物体上的十字形激光束产生的激光束图像进行摄影；以及单个固定件，所述激光生成器及所述照相机对作为整体安装在该单个固定件上。

本发明的另一方面提供了一种包括激光影像模块的非接触式测量装置，该激光影像模块包括：激光生成器，配置成将十字形激光束照射到物体上；照相机对，配置成对由照射到物体上的十字形激光束产生的激光束图像进行摄影；以及单个固定件，所述激光生成器及所述照相机对作为整体安装在该单个固定件上；图像滤波单元，用于过滤从所述照相机对获得的图像数据以除去垂直图像部分；测量数据生成单元，用于从经所述图像滤波单元过滤的图像数据提取测量点数据，并通过模型运算将所述测量点数据表示为曲面以生成三维形状测量数据；以及控制单元，用于管理所述激光生成器、照相机对、图像滤波单元和测量数据生成单元的运行。

在本发明的某些实施例中，激光影像模块可设置成使得连接所述照相机对中一个照相机的中心和所述激光生成器的中心的第一假想线，与连接所述照相机对中另一照相机的中心和所述激光生成器的中心的第二假想线相垂直。

所述激光生成器可安装在作为整体连接至所述固定件的壳体内，使得所述激光生成器可绕所述十字形激光束的交叉点转动。

有益效果

根据本发明的某些实施例，将十字形激光束照射到物体上的激光生成器，以及对由照射到所述物体上的十字形激光束产生的激光束图像进行摄影的照相机对，可以作为整体安装在单个固定件上，从而所述物体的测量不需要任何旋转运动。因此，可以得到不失真的三维形状测量数据，同时可以将非接触式测量装置的制造成本降到最低。

附图说明

图1示出了根据现有技术中测量曲板件形状的非接触式测量装置。

图2是根据本发明一个方面的用于非接触式测量装置的激光影像模块。

图3示出了根据本发明一个方面的测量曲板件形状的非接触式测量装置。

图4是表示根据本发明一个方面的非接触式测量装置的框图。

<关键构件的标记说明>

100：激光影像模块            110：激光生成器

120、130：照相机             140：固定件

150：外壳                    210：图像滤波单元

220：测量数据生成单元        230：控制单元

具体实施方式

下面将参考附图更详细地描述本发明的某些实施方式。在对本发明的描述中，当认为对相关技术的某些详细说明会不必要地淡化本发明的本质时，省略了这些详细说明。

图2是根据本发明一个方面的用于非接触式测量装置的激光影像模块。如图2所示，根据本发明一个方面的激光影像模块100包括：激光生成器110，用于将十字形激光束111照射到被测量物体上；照相机对120、130，用于对照射到被测量物体上的激光束图像121、131摄影；以及单个固定件140，所述激光生成器110及所述照相机对120、130作为整体安装在该单个固定件上。激光生成器110可安装在壳体150内，其作为整体连接至固定件140，使得激光生成器110可以绕十字形激光束111的交叉点旋转。照相机对120、130安装在固定件140上，使得连接第一照相机120的中心与激光生成器110的中心的第一假想线与连接第二照相机130的中心与激光生成器110的中心的第二假想线垂直。

利用结构如上所述的激光影像模块100，如图3所示，十字形激光束111由激光生成器110照射到被测物体，即曲板件10上。这样，从激光生成器110射出的十字激光束111可分开地看作一垂直线束和一水平线束，其中照相机对120、130中的一个可用于从垂直线束获得激光束图像，而另一照相机可用于从水平线束获得激光束图像。这样做，可对所述垂直线束部分和水平线束部分的其中之一进行选择性滤波操作。

所述滤波可这样进行，将滤波装置放置在所述图像行进至照相机120、130的路径上，或者对已由照相机120、130获得的图像数据进行滤波操作。本发明将通过采用过滤图像数据的后一方法的实施例来说明。如果在照相机对120、130的其中之一中，十字激光束111的垂直线束作为垂直图像部分获得并且水平线束作为水平图像部分获得，那么，在另一照相机中，十字激光束111的垂直线束作为水平图像部分获得并且水平线束作为垂直图像部分获得。

因此，当对照相机对120、130获得的图像数据进行过滤时，垂直图像部分会分别从照相机对120、130过滤并去除，以生成曲板件10的三维形状测量数据。后面会参考图4更详细地说明滤波过程。

通过将激光生成器110安装在作为整体连接至固定件140的壳体150内，使得激光生成器110可绕十字形激光束111的交叉点旋转，激光生成器110可旋转至使形成十字形激光束111的垂直线束及水平线束的光轴与照相机120、130的光轴对齐。

图4是表示根据本发明一个方面的非接触式测量装置的框图。

如图4所示，根据本发明一个方面的非接触式测量装置包括：激光影像模块100，其包括激光生成器110、照相机对120、130等；图像滤波单元210，其可过滤由照相机120、130获得的图像数据以除去垂直图像部分；测量数据生成单元220，其从经图像滤波单元210过滤的处理后图像数据提取某测量点数据，并通过模型运算将该测量点数据表示为曲面以生成三维形状测量数据；以及控制单元230，其管理激光生成器110、照相机对120、130、图像滤波单元210和测量数据生成单元220的运行。

在非接触式测量装置中，连接第一照相机120的中心和激光生成器110的中心的第一假想线与连接第二照相机130的中心和激光生成器110的中心的第二假想线相垂直。因此，如果例如在第一照相机120中，十字激光束111的垂直线束作为垂直图像部分获得并且水平线束作为水平图像部分获得，那么，在第二照相机130中，十字激光束111的垂直线束作为水平图像部分获得并且水平线束作为垂直图像部分获得。

然后，在控制单元230的控制下，图像滤波单元210在对由照相机120、130获得的图像数据进行过滤时，过滤并去除了垂直图像部分。测量数据生成单元220在控制单元230的控制下从经过滤的图像数据提取某测量点数据，并随后通过模型运算将测量点数据表示成曲面以生成三维形状测量数据。

虽然已根据一个特定实施例对本发明的精神作了详细说明，但该实施例仅用于阐述之目的而不限制本发明。应理解，本技术领域普通技术人员可在不脱离如所附权利要求记载的本发明的范围和精神的条件下对实施例作出变化或改动。