1.一种深孔内表面几何特征快速高精度测量方法,其特征在于,步骤如下:
步骤1、搭建内窥式测量系统用于获取图像
内窥式测量系统包括光源发射模块、内表面成像模块和图像获取模块;
光源发射模块由点激光与光学衍射元件构成,使其发射出准直的环形激光;
内表面成像模块由坡度为50°的圆台型反射镜与其上角度为40°圆锥型反射镜组成;
图像获取模块由角度为45°的几何反射棱镜以及垂直其下方的CCD相机组成;
内表面成像模块、图像获取模块以及光源发射模块从左到右依次排布并由玻璃管封装,保证圆台型反射镜、圆锥型反射镜、点激光与玻璃管的轴线重合;
测量时,使内窥式测量系统进入深孔内部且保证玻璃管轴线与深孔轴线完全重合,光源发射模块发射一束准直的环形激光,环形激光越过图像获取模块进入到内表面成像模块后,首先入射到50°的圆台型反射镜表面,被其全反射到深孔内表面处,在深孔内表面处再次发生全反射进入到40°圆锥型反射镜,最后在圆锥型反射镜表面处再次发生全反射平行出射,进入图像获取模块中的几何反射棱镜,被其垂直改向进入几何反射棱镜下方的CCD相机,获得图像;
步骤2:图像的处理
使用图像处理算法提取所得图像边缘后,使用最小二乘法拟合其边缘以得到一个线型圆来提高其所携带信息的精度,为后续图像的还原提供更精确的初始数据;
步骤3、图像的还原
在本测量方法中,用深孔内表面到深孔轴线的距离来表示深孔内表面的几何特征;用CCD相机中所得图像上一点到图像中心的距离来表示深孔内表面到深孔轴线的距离,但在内窥式测量系统中,随着光线的多次反射,使深孔内表面到深孔轴线的距离并不直接等于CCD相机所得图像上一点到图像中心的距离;因此需将得到的CCD相机中所得图像上一点到图像中心的距离代入到根据光路模型建立的数学模型来还原出深孔内表面到深孔轴线的距离,进而表示出深孔内表面的几何特征;
已知深孔内表面的几何特征用深孔内表面到深孔轴线的距离R来表示,CCD相机中所得到的图像上一点到图像中心的距离r来表示;在还原深孔内表面到深孔轴线的距离的过程中,在CCD相机中得到的图像上以图像中心为极坐标中心建立极坐标系,根据自变量θ的数值,在自变量θ从0逐渐增大到2π的过程中,易得在[0,2π]区间上,CCD相机上所得图像上一点到图像中心的距离r的数值,数学模型表示为:该数学模型中,自变量r为从CCD相机中获得的值,PT为环形激光的出射半径,IV为成像锥镜与反射锥镜的宽之和,UV为反射锥镜的宽,EU为反射锥镜的顶面半径;将CCD相机中所得图像上一点到图像中心的距离r代入到上述数学模型中,根据设计好的绘图流程,还原图像,最终便得到深孔内表面到深孔轴线的距离R的数值,最终完成测量。