1.基于相位编码结构光的轴承内外径尺寸测量方法,其特征在于:使用的硬件设备包括DLP投影仪、红外CCD相机以及主控计算机,所述DLP投影仪和红外CCD相机与主控计算机相连;所述主控计算机中设有系统标定模块、光栅编码模块、包裹相位展开模块、三维重建模块以及拟合平面模块;
检测时,所述系统标定模块先获取红外CCD相机与DLP投影仪之间的标定关系;随后,所述光栅编码模块生成三幅正弦条纹图与三幅移动半周期相位编码图,主控计算机利用DLP投影仪进行投射,投射的编码结构光落在轴承的表面而发生调制,再利用红外CCD相机获取受调制的编码结构光条纹;接着,所述包裹相位展开模块利用轴承包裹相位配合条纹级次获取轴承三维重建所需的解包裹相位φ;然后,所述三维重建模块利用获取到的轴承解包裹相位图,以及之前获取的相机与投影仪之间对应的标定关系,通过相应的坐标系转换关系获取待测轴承的点云图;最后,所述拟合平面模块将轴承的平面点云进行拟合,对获取到的平面点集进行距离计算,并获取轴承具体的内外径尺寸大小;
其中,光栅编码模块与包裹相位展开模块中包括以下五个处理步骤:步骤1、正弦条纹图与移动半周期相位编码图的生成:光栅编码模块生成三幅正弦条纹图与三幅移动半周期相位编码图,然后,DLP 投影仪投射三幅正弦条纹图以获取受物体调制的轴承包裹相位图,DLP投影仪投射三幅移动半周期的相位编码图以获取与轴承包裹相位 的周期错开的条纹级次k1;
步骤2、轴承包裹相位的二值化处理:对已获取的轴承包裹相位 进行二值化,利用该二值化图与移动半周期获取的条纹级次k1重新组合生成新的条纹级次k2,以获取与轴承包裹相位周期对应的条纹级次k2;
步骤3、条纹级次的膨胀与腐蚀操作:对获取的条纹级次k2进行膨胀腐蚀操作,以获取无跳变的条纹级次k3;
步骤4、条纹级次分割组合:将条纹级次k2与k3进行区域分割组合,得到最终正确的条纹级次k4;
步骤5、绝对相位的获取:利用轴承包裹相位 与k4进行包裹相位展开,获取轴承三维重建所需的轴承解包裹相位φ。
2.根据权利要求1所述的基于相位编码结构光的轴承内外径尺寸测量方法,其特征在于:三幅正弦条纹图的生成与轴承包裹相位 的获取采用三步相移算法:光栅编码模块生成三幅正弦条纹图时,设第一幅相片上各点像素表示为I1(x,y),第二幅为I2(x,y),第三幅为I3(x,y),则三幅照片上的各点的强度公式为:I′(x,y)为像素的背景强度,I″(x,y)为调制项, 为包裹相位,得到了这样三幅正弦条纹图之后,利用三角函数和差化积公式推导强度公式,即可得出,通过该公式计算出的包裹相位 其周期范围[0,2π],也称截断相位。
3.根据权利要求1所述的基于相位编码结构光的轴承内外径尺寸测量方法,其特征在于:三幅移动半周期相位编码图的生成与条纹级次k1的获取采用移动半周期的相位编码算法,首先,用阶梯相位函数将码字嵌入到相位中,floor[(x‑1)/p]表示向下取整;P为条纹间距,或每周期的像素数;N为边缘周期的总数;
δk代表相移,三步相移取值‑2π/3、0、2π/3;
从阶梯相位 便能确定条纹级数k1:Round(x)表示最接近x的整数。
4.根据权利要求1所述的基于相位编码结构光的轴承内外径尺寸测量方法,其特征在于:轴承包裹相位图选取阈值进行二值化,包裹相位 的二值化公式为:。
5.根据权利要求4所述的基于相位编码结构光的轴承内外径尺寸测量方法,其特征在于:轴承包裹相位二值化图与条纹级次k1采用分割组合构造条纹级次k2,公式为:。
6.根据权利要求1所述的基于相位编码结构光的轴承内外径尺寸测量方法,其特征在于:进行膨胀与腐蚀操作时,使用模板大小为5*5的矩阵:使用膨胀函数操作一次:
k3=imdilate(k2,zone)再使用腐蚀函数操作一次以上:
k3=imerode(k3,zone) 。
7.根据权利要求1所述的基于相位编码结构光的轴承内外径尺寸测量方法,其特征在于:k3与k2进行区域分割组合获取条纹级次k4,处理公式为:。
8.根据权利要求1所述的基于相位编码结构光的轴承内外径尺寸测量方法,其特征在于:拟合平面模块将轴承的平面点云采用最小二乘法进行拟合。