【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光三角测量，具体而言，尤其涉及一种基于激光三角法的速度和距离同步测量系统及方法。
技术介绍
1、当前，精密零件的表面形貌检测主要依赖于三坐标测量机(cmm)，其系统昂贵的成本与定期维护的需求大大增加了生产经济负担，且作为接触式测量设备，存在着损伤被测物表面的风险。
2、具有原理简单、结构紧凑、成本低廉与非接触测量优势的激光三角测量系统，其研究方向主要聚焦于提升被测物轴向运动距离的精度、测量范围与优化所采集光斑的数字图像处理算法上，对于多维测量的研究并未深入开展，属于待探索阶段。
3、有鉴于此，本专利技术提供了一种基于激光三角法的速度和距离同步测量系统及方法。
技术实现思路
1、根据上述提出的不足，而提供一种基于激光三角法的速度和距离同步测量系统及方法。本专利技术主要基于几何三角原理和散斑效应，搭建满足scheimpflug成像定律的直射式激光三角测量系统，通过推导建立被测物与成像光斑的横向运动距离关系、轴向运动距离关系，实现该系统可对金属被测物横向运动速度与表面起伏变化进行实时监测的功能。引入数字图像相关技术(dic)对cmos所采集的散斑内部纹理位移值进行捕捉，并结合cmos的采集频率计算被测物的横向运动速度，其计算复杂度低可实现实时监测；引入canny算子与zernike矩定位相邻光斑亚像素边缘差异，并通过光斑边缘区域灰度变化进行筛选，以计算被测物表面的起伏变化，其可达到微米级测量精度。该专利技术拓展了激光三角原理的多维测量研究，使其在工
2、本专利技术采用的技术手段如下：
3、一方面，本专利技术提供了一种基于激光三角法的速度和距离同步测量系统，包括：
4、被测表面；
5、单模光纤，位于所述被测表面的一侧；
6、激光三角测量传感器模块，包括：准直透镜和成像透镜，所述准直透镜位于所述被测表面与所述单模光纤之间，所述准直透镜与所述被测表面平行，沿垂直于所述被测表面的方向上，所述准直透镜的光心与所述单模光纤的出光端部分交叠；所述成像透镜位于所述准直透镜的一侧，沿垂直于所述被测表面的方向上，所述成像透镜与所述单模光纤无交叠，所述成像透镜与所述被测表面不平行；
7、图像采集模块，位于所述成像透镜远离所述被测表面的一侧；
8、处理器，与所述图像采集模块连接。
9、另一方面，本专利技术还提供了一种基于激光三角法的速度和距离同步测量方法，应用于上述基于激光三角法的速度和距离同步测量系统，包括：
10、预设分辨力，根据所述分辨力调整所述成像透镜和所述图像采集模块；
11、所述出光端向所述被测表面投射高斯光束，所述高斯光束经所述激光三角测量传感器模块和所述被测表面形成光斑；
12、移动所述被测表面，所述图像采集模块以预设频率采集所述光斑并实时传输至所述处理器；
13、所述处理器根据所述光斑计算散斑内部纹理移动距离和光斑边缘在所述图像采集模块感光面的间隔值；根据所述散斑内部纹理移动距离计算所述被测表面的横向运动距离，根据所述被测表面的横向运动距离计算所述被测表面的横向运动速度；根据所述光斑边缘在所述图像采集模块感光面的间隔值计算所述被测表面的轴向运动距离。
14、优选地，所述处理器根据所述光斑计算散斑内部纹理移动距离，包括：
15、所述处理器从所述光斑中选取第t次采集的光斑和第t+1次采集的光斑，以所述第t次采集的光斑的质心点为中心，建立边长为(2m+1)×(2m+1)像素的正方形区域作为参考区域；
16、采用dic中的零均值归一化差值平方和函数在所述第t+1次采集的光斑中搜寻出与所述参考区域相关性最大的目标区域，所述目标区域与所述参考区域尺寸相同；
17、根据所述目标区域的中心点与所述质心点计算所述散斑内部纹理移动距离。
18、优选地，所述处理器根据所述光斑计算光斑边缘在所述图像采集模块感光面的间隔值，包括：
19、所述处理器从所述光斑中选取第t次采集的光斑和第t+1次采集的光斑；
20、采用高斯滤波器对所述第t次采集的光斑和所述第t+1次采集的光斑进行平滑滤波处理；
21、采用canny算子确定所述第t次采集的光斑的整像素边缘点，根据zernike矩和所述第t次采集的光斑的整像素边缘点，对所述第t次采集的光斑进行亚像素定位，得到所述第t次采集的光斑的边缘亚像素点；
22、采用canny算子确定所述第t+1次采集的光斑的整像素边缘点，根据zernike矩和所述第t+1次采集的光斑的整像素边缘点，对所述第t+1次采集的光斑进行亚像素定位，得到所述第t+1次采集的光斑的边缘亚像素点；
23、根据所述第t次采集的光斑的边缘亚像素点和所述第t+1次采集的光斑的边缘亚像素点计算所述光斑边缘在所述图像采集模块感光面的间隔值。
24、优选地，根据所述散斑内部纹理移动距离计算所述被测表面的横向运动距离，按照以下方式计算：
25、
26、其中，s2为所述被测表面的横向运动距离，s2′为所述散斑内部纹理移动距离，l1为所述被测表面处于初始状态下，主光线经所述成像透镜过程中的物距，所述主光线为所述高斯光束中沿垂直于所述被测表面方向出射，经过所述准直透镜的光心，且在所述被测表面发生漫反射后，反射光线经过所述成像透镜的光心的光线，f为所述成像透镜的焦距，β为所述主光线经过所述成像透镜后与所述图像采集模块的夹角，α为所述主光线在所述被测表面发生反射时的反射角。
27、优选地，根据所述被测表面的横向运动距离计算所述被测表面的横向运动速度，按照以下方式计算：
28、
29、其中，v为所述被测表面的横向运动速度，s2为所述被测表面的横向运动距离，t为所述被测表面的横向运动距离所用时间。
30、优选地，根据所述光斑边缘在所述图像采集模块感光面的间隔值计算所述被测表面的轴向运动距离，按照以下方式计算：
31、
32、其中，s1为所述被测表面的轴向运动距离，在初始状态下，所述被测表面与所述准直透镜的垂直距离为a，当所述被测表面与所述准直透镜的垂直距离小于a，s1为正值，当所述被测表面与所述准直透镜的垂直距离大于等于a，s1为负值，s1′为所述光斑在所述图像采集模块感光面的间隔值，l1为所述被测表面处于初始状态下，主光线经所述成像透镜过程中的物距，所述主光线为所述高斯光束中沿垂直于所述被测表面方向出射，经过所述准直透镜的光心，且在所述被测表面发生漫反射后，反射光线经过所述成像透镜的光心的光线，f为所述成像透镜的焦距，β为所述主光线经过所述成像透镜后与所述图像采集模块的夹角，α为所述主光线在所述被测表面发生反射时的反射角。
33、优选地，预设分辨力，根据所述分辨力调整所述成像透镜和所述图像采集模块，包括：
34、根据所述分辨本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于激光三角法的速度和距离同步测量系统，其特征在于，包括：
2.一种基于激光三角法的速度和距离同步测量方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的基于激光三角法的速度和距离同步测量系统，包括：
3.根据权利要求2所述的基于激光三角法的速度和距离同步测量方法，其特征在于，所述处理器根据所述光斑计算散斑内部纹理移动距离，包括：
4.根据权利要求2所述的基于激光三角法的速度和距离同步测量方法，其特征在于，所述处理器根据所述光斑计算光斑边缘在所述图像采集模块感光面的间隔值，包括：
5.根据权利要求2所述的基于激光三角法的速度和距离同步测量方法，其特征在于，根据所述散斑内部纹理移动距离计算所述被测表面的横向运动距离，按照以下方式计算：
6.根据权利要求2所述的基于激光三角法的速度和距离同步测量方法，其特征在于，根据所述被测表面的横向运动距离计算所述被测表面的横向运动速度，按照以下方式计算：
7.根据权利要求2所述的基于激光三角法的速度和距离同步测量方法，其特征在于，根据所述光斑边缘在所述图像采集模块感光面的间隔值计
8.根据权利要求2所述的基于激光三角法的速度和距离同步测量方法，其特征在于，预设分辨力，根据所述分辨力调整所述成像透镜和所述图像采集模块，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于激光三角法的速度和距离同步测量系统，其特征在于，包括：
2.一种基于激光三角法的速度和距离同步测量方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的基于激光三角法的速度和距离同步测量系统，包括：
3.根据权利要求2所述的基于激光三角法的速度和距离同步测量方法，其特征在于，所述处理器根据所述光斑计算散斑内部纹理移动距离，包括：
4.根据权利要求2所述的基于激光三角法的速度和距离同步测量方法，其特征在于，所述处理器根据所述光斑计算光斑边缘在所述图像采集模块感光面的间隔值，包括：
5.根据权利要求2所述的基于激光三角法的速度和距离同步测量方法，其特征...
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