CN112179287B - 一种基于多视光源的快速测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及零件形状测量技术领域，公开了一种基于多视光源的快速测量装置，包括光源组件、光强接收器和挡光板；三个光源组件发出的光的波段不同，且三个光源组件从光强接收器的接收面以不同角度向光强接收器照射；所述挡光板的数量为两个，两个挡光板分别记为第一挡光板、第二挡光板，第一挡光板、第二挡光板沿光路方向一前一后设置在三个光源组件与光强接收器之间，第二挡光板接近或者贴合光强接收器，且第一挡光板与第二挡光板之间为放置待测零件的空间；所述光源组件、第一挡光板、光强接收器的位置固定，所述第二挡光板限位安装且能够直线移动以调整遮光位置。所述测量装置结构简单，基于光子能量探测精确测量出零件外形。

Description

一种基于多视光源的快速测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体的说，是一套基于多视光源的快速测量装置及测量方法。

背景技术

本世纪八十年代，3D打印技术诞生了，并不仅限于传统的“去除”加工方法，而且3D打印是一种自下而上的制造方式，也称为增材制造技术，其实现了数学模型的建立。 3D打印技术自诞生之日起就受到人们的广泛关注，因此获得了快速发展。近几十年来，3D打印技术已成为人们关注的焦点。工业设计，建筑，汽车，航空航天，牙科，教育领域等都被应用，但是其应用和开发仍然受到因素的限制。除了仪器设备和印刷程序参数外，制件的外形检测也是影响3D打印产品质量的关键因素。

在现有的产品外形测量技术中，“申请号：TW102115131；申请日：2013-04-26；公开（公告）号：TWI573984B；公开（公告）日：2017-03-11；发明创造名称：图像匹配系统及方法”的中国台湾专利，公开了一种图像匹配系统及方法，其包括：接收用户光栅的频率种类数、每种频率光栅的周期数、及相移次数；控制投影仪将M种不同频率的光栅依次根据相移次数投影到待测物体的表面，并记录在每一种频率及每一次平移下由两个摄像机各拍摄的N幅光栅图像；计算每个图元点在每幅光栅图像中的光强；根据N步相移法计算图元点在每一种频率光栅下的相位主值；根据图元点在M种不同频率的光栅下的相位主值计算每个图元点的相位以得到第一相位灰度图及第二相位灰度图；匹配第一相位灰度图及第二相位灰度图中的所有图元点以得到所需的图像。

发明内容

本发明提供了一种不同于现有技术的一种基于多视光源的快速测量装置及测量方法，由三个光源组件从不同视角共同照射光强接收器，并通过移动第二挡光板得到两组不同的光子数信息，再由中央处理器分析多视光源对应的相位信息最终获得测量物体的外形。

本发明通过提取每个光子计数器接收的各个能量范围的光子数信息，计算与待测件对应的不同照射角度的图像，再借助图像合成处理技术即可快速准确的测量物体的外形。

本发明通过下述技术方案实现：

首先，本发明提供了一系列基于多视光源的快速测量装置。本发明的核心技术手段在于以下两点：

第一点、测量装置设置三个从不同视角照射向光强接收器的光源组件，且三个光源组件发出的光的波段不同，即个光源组件发出的光的光子能量不同；

第二点、光强接收器上安装多个既能探测光强又能探测不同能量光子数的光子计数器。光子计数器能够记录探测到不同能量的光子数。

此类技术方案中，多个光源组件从不同视角照射向光强接收器，而且不同光源组件发出的光的波段不同，即不同光源组件发出的光的能量不同，而组成光强接收器的光子计数器能够探测到不同能量的光子数。将每个光子计数器探测到的各个能量范围的光子数信息进行提取，便可以得到待测件对各个能量的吸收图像，再对照光源组件发出的光的发射能量，便可以得到各个吸收图像对应的照射角度。由多张不同照射角度的图像进行合成处理，便可得到测量件的外形。本发明中仅获取不同能量的光子就可以了，因为光子能量和单位时间数量可以算出光强。

进一步，本发明优选三个光源组件的多视光源结构，当测量装置整体采用卧式结构时，三个光源组件分别从上、中、下三个视角向光强接收器发射波段不同的光束。

基于上述技术思路，测量装置中挡光板的数量将其分为两大类：第一大类，所述测量装置中挡光板的数量为2；第二大类，所述测量装置中挡光板的数量为1。相对而言，测量装置中仅设置1个挡光板时其测量精度要比同时设置2个挡光板时的测量精度低，但能适用于测量要求不高的情况，而且测量装置结构更为精简。

进一步地，根据挡光板数量划分的两大类测量装置，又都可以根据挡光板上透光单元的形状及分布方式分为两小类：第一小类，所述遮光板上透光单元的形状为呈条状的条状透光孔，且多个条状透光孔平行分布；第二小类，所述遮光板上透光单元的形状为呈方格形的方形透光孔，且方形透光孔矩阵式分布。由此，本发明在同一技术构思下，形成了四种典型的基于多视光源的快速测量装置的技术方案。

第一种典型的基于多视光源的快速测量装置结构如下：

一种基于多视光源的快速测量装置，包括光源组件、光强接收器和挡光板；所述光源组件的数量为三个，三个光源组件发出的光的波段不同，且三个光源组件从光强接收器的接收面以不同角度向光强接收器照射；

所述挡光板的数量为两个，两个挡光板分别记为第一挡光板、第二挡光板，第一挡光板、第二挡光板沿光路方向一前一后设置在三个光源组件与光强接收器之间，第二挡光板接近或者贴合光强接收器，且第一挡光板与第二挡光板之间为放置待测零件的空间；

所述光源组件、第一挡光板、光强接收器的位置固定，所述第二挡光板限位安装且能够横向直线移动或纵向直线移动；

所述第一挡光板上设置N个平行的条状透光孔；所述第二挡光板上设置至少N个平行的条状挡光条；所述光强接收器上并排安装N个既能探测光强又能探测不同能量的光子数的光子计数器，每个光子计数器均与中央处理器电性连接以传输采集到的信号；所述N为正整数。

无待测件时，三个光源组件发出的光束从不同角度照射向光强接收器，光源组件发出的光束经第一挡光板后形成的N束被分割光束、第二挡光板上的N个条状挡光条、光强接收器上的N个光子计数器位置对应；此时，延伸N束被分割光束的光路，相当于去除第二挡光板，则对应在光强接收器的N个光子计数器上的N束被分割光束的横向中心距相等。

测量时，三个光源组件发出的光束从不同角度通过第一挡光板后被分割形成N束被分割光束并射向待测零件，被分割光束经过待测零件后继续射向第二挡光板；所述第二挡光板上的N个条状挡光条与N束被分割光束的位置对应，照射到第二挡光板上的被分割光束被第二挡光板上的N个条状挡光条部分遮挡后形成落在光子计数器上的测量光束。

进一步地，为了简化结构，通常将第二挡光板设计成挡光条本身宽度与两个挡光条之间的镂空部宽度均相等的结构，且挡光条本身的宽度与光子计数器的宽度相当。此处宽度相当是指宽度相同或者二者尺寸相差较小。

更进一步，延伸N束被分割光束的光路（相当于去除第二挡光板）时，对应在各个光子计数器上被分割光束的辐照区域与光子计数器的有效接收面的区域刚好吻合，或者，被分割光束辐照在光子计数器上的区域略小于光子计数器的有效接收面的区域。

第二种典型的基于多视光源的快速测量装置结构如下：

一种基于多视光源的快速测量装置，包括光源组件、光强接收器和挡光板；所述光源组件的数量为三个，三个光源组件发出的光的波段不同，且三个光源组件从光强接收器的接收面以不同角度向光强接收器照射；

所述挡光板的数量为两个，两个挡光板分别记为第一挡光板、第二挡光板，第一挡光板、第二挡光板沿光路方向一前一后设置在三个光源组件与光强接收器之间，第二挡光板接近或者贴合光强接收器，且第一挡光板与第二挡光板之间为放置待测零件的空间；

所述光源组件、第一挡光板、光强接收器的位置固定，所述第二挡光板限位安装且能够横向直线移动；

所述第一挡光板、第二挡光板均为格栅结构，所述第一挡光板的格栅结构具有N×M个矩阵分布的方形透光孔，所述第二挡光板的格栅结构具有P×Q个矩阵分布的方形透光孔；所述光强接收器主要是由N×M个相同的块状的光子计数器呈矩阵分布而组装成的一个平板状的光强接收装置，既能探测光强又能探测不同能量的光子数的光子计数器与中央处理器电性连接以传输采集到的信号；所述N、M、P、Q均为＞1的正整数，且N≤P，M≤Q。

无待测件时，三个光源组件发出的光束从不同角度照射向第一挡光板，经第一挡光板后形成N×M束被分割光束，N×M束被分割光束、第二挡光板上的P×Q个方形透光孔、光强接收器上的N×M个光子计数器位置相对应；此时，延伸N×M束被分割光束的光路，相当于去除第二挡光板，则对应在光强接收器的N×M个光子计数器上的N×M束被分割光束的横向中心距相等、纵向中心距相等。

放置待测件进行测量时，三个光源组件发出的光束从不同角度照射向第一挡光板，经第一挡光板后分割形成N×M束被分割光束并射向待测件，被分割光束经过待测件后继续射向第二挡光板；所述第二挡光板上的格栅结构与N×M个光子计数器的位置对应，照射到第二挡光板上的被分割光束被第二挡光板上的格栅结构部分遮挡后形成落在光子计数器上的测量光束。

进一步地，为了简化结构，通常将第二挡光板设计成方形透光孔为正方形且方形透光孔的边长及相邻两个方形透光孔的中心距均相等的结构，且方形透光孔的镂空区域与光子计数器的有效接收面的区域相当。此处区域相当是指二者尺寸相差较小。

更进一步，延伸N×M束被分割光束的光路（相当于去除第二挡光板）时，对应在各个光子计数器上被分割光束的辐照区域与光子计数器的有效接收面的区域刚好吻合，或者，被分割光束辐照在光子计数器上的区域略小于光子计数器的有效接收面的区域。

第三种典型的基于多视光源的快速测量装置结构如下：

一种基于多视光源的快速测量装置，包括光源组件、光强接收器和挡光板；所述光源组件的数量为三个，三个光源组件发出的光的波段不同，且三个光源组件从光强接收器的接收面以不同角度向光强接收器照射；

所述挡光板的数量为一个，即接近或者贴合光强接收器设置的第二挡光板，且光源组件与第二挡光板之间为放置待测零件的空间；

所述光源组件、光强接收器的位置固定，所述第二挡光板限位安装且能够横向直线移动；

所述第二挡光板上设置至少N个平行的条状挡光条；所述光强接收器上并排安装N个既能探测光强又能探测不同能量的光子数的光子计数器，每个光子计数器均与中央处理器电性连接以传输采集到的信号；所述N为正整数。

无待测件时，三个光源组件发出的光束从不同角度直接射向第二挡光板，被第二挡光板部分遮挡后落在光强接收器的N个光子计数器上，且每一束测量光束对应一个光子计数器。

放置待测件进行测量时，三个光源组件发出的光束从不同角度先照射到待测件再继续射向第二挡光板，被所述第二挡光板上的N个条状挡光条部分遮挡后形成落在光子计数器上的测量光束，且从两个相邻条状挡光条之间穿过的同一组测量光束均落在同一个光子计数器上。

进一步地，为了简化结构，通常将第二挡光板设计成挡光条本身宽度与两个挡光条之间的镂空部宽度均相等的结构，且挡光条本身的宽度与光子计数器的宽度相当。此处宽度相当是指宽度相同或者二者尺寸相差较小。

第四种典型的基于多视光源的快速测量装置结构如下：

一种基于多视光源的快速测量装置，包括光源组件、光强接收器和挡光板；所述光源组件的数量为三个，三个光源组件发出的光的波段不同，且三个光源组件从光强接收器的接收面以不同角度向光强接收器照射；

所述挡光板的数量为一个，第二挡光板接近或者贴合光强接收器，且光源组件与第二挡光板之间为放置待测零件的空间；

所述光源组件、光强接收器的位置固定，所述第二挡光板限位安装且能够横向直线移动以及纵向直线移动；

所述第一挡光板、第二挡光板均为格栅结构，所述第一挡光板的格栅结构具有N×M个矩阵分布的方形透光孔，所述第二挡光板的格栅结构具有P×Q个矩阵分布的方形透光孔；所述光强接收器主要是由N×M个相同的块状的光子计数器呈矩阵分布而组装成的一个平板状的光强接收装置，既能探测光强又能探测不同能量的光子数的光子计数器与中央处理器电性连接以传输采集到的信号；所述N、M、P、Q均为＞1的正整数，且N≤P，M≤Q。

无待测件时，三个光源组件发出的光束从不同角度直接射向第二挡光板，被第二挡光板的格栅结构部分遮挡后落在光强接收器的N×M个光子计数器上，且每一束测量光束对应一个光子计数器。

放置待测件进行测量时，三个光源组件发出的光束从不同角度先照射到待测件再继续射向第二挡光板，被所述第二挡光板上的格栅结构分割形成测量光束，落在光子计数器上。

进一步地，为了简化结构，通常将第二挡光板设计成挡光条本身宽度与两个挡光条之间的镂空部宽度均相等的结构，且方形透光孔的镂空区域与光子计数器的有效接收面的区域相当。此处区域相当是指二者尺寸相差较小。

进一步地，上述四种典型结构的基于折射偏光强度信息的零件外形测量装置，其光源通常采用纯色光源，尤其是纯卤素灯。当然，本发明中光源也可以是产生红外线等不可见光的光源。

所述光源组件采用线阵光源结构或者面阵光源结构的阵列光源，且通过以下两种方式中的任意一种方式实现三个光源组件发出的光的波段不同：

第一种方式：三个光源组件中的阵列光源本身发出的光的波段不同；

第二种方式：三个光源组件中的阵列光源本身发出的光的波段相同，但阵列光源前端还设置不同的滤光片使各个光源组件最终发出的光的波段不同。

进一步地，当测量装置设置两个挡光板时，两个挡光板通常设计成一样的结构，方便相互替换使用。而且，为了方便测量操作，通常使挡光板上遮光用的横杆的宽度与光子计数器的宽度一样。

本发明还提供了一套基于上述快速测量装置进行3D打印零件等待测件外形测量的方法。此时，测量方法的核心思想就在于，移动第二挡光板，使光强接收器至少采集两组照光信息，并由中央处理器根据采集的照光信息计算出相位信息，从而获得待测件的外形。测量方法利用的结构光测量原理属于公知技术，不再赘述。

如背景技术中所引用的“公开（公告）号：TWI573984B”的这类现有技术，主要是利用结构光捕捉光栅轮廓边缘。一是，在捕捉光栅轮廓边缘的时候，经常会产生一些不可控的误差。目前普通结构光采用普通白光或格栅照射的话，其测量精度为0.2mm到0.1mm，测量精度比较弱。二是，普通结构光的话，光栅照射在物体上之后会产生畸变，需要通过CCD相机等设备捕捉这个畸变，并内置计算畸变。

而本发明基于相同技术构思提供的上述一系列测量装置，在测量开始就先完成标定，其测量精度取决于每个光子计数器的尺寸：光子计数器尺寸越小，测量装置的测量精度越高。而目前市场上，光子计数器可以做到10μ，因此我们测量装置的精度就能做到10μ，明显比现有技术的测量精度高得多。而且，随着技术进步，当光子计数器尺寸做的更小的时候，本发明所述测量装置的测量精度也就更高。另一方面，本申请技术方案中光源照射后可以直接得到光强和光子数信息，而不需要再配置CCD相机等设备，不仅降低整套设备的成本，而且减少中间控制误差，进一步提高测量精度。

而且，相对于单个光源组件的测量结构，多个光源组件的测量结构不仅能测量平面外形，还可测量立体外形。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明提供的一种基于多视光源的快速测量装置，采用多个光源组件从不同角度向光强接收器发射不同能量光的结构，利用光子计数器探测不同能量光对应的光子数信息，得到多个不同照射角度的吸收图像，再由中央处理器合成处理得到测量件的外形；

（2）本发明提供的一种基于多视光源的快速测量装置，结构简单，基于折射偏光强度信息处理技术，采用极为简单的结构就可精确测量出3D零件外形。

附图说明

本发明结合下面附图和实施例作进一步说明，但并不将此限制在本发明所述的实施范围内。本发明所有构思创新应视为所公开内容和本发明保护范围。

图1为实施例1中设置3个光源的基于多视光源的快速测量装置结构的简易示意图。

图2为实施例1中挡光板的结构示意图。

图3为实施例1中挡光板与光强接收器二者位置关系的正面视角的示意图。

图4为实施例2中挡光板的结构示意图。

其中，1、光源组件；2、第一挡光板；3、第二挡光板；4、光强接收器；5、光子计数器；6、阵列光源。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

以下实施例以测量3D打印零件的外形为例，对本发明所述的测量装置及测量方法进行详细说明。

实施例1：

本实施例提供了一系列基于多视光源的快速测量装置，包括多个光源组件1、挡光板、光强接收器4；所述光强接收器4主要由多个光子计数器5组成，且多个光子计数器5的排列方式与挡光板的结构相适应；多个光源组件1从不同视角通过挡光板照射向光强接收器4。在多组光路中放置待测件，进行该待测件外部形状的测量。

此系列测量装置的核心技术手段在于以下两点。

第一点、测量装置设置多个从不同视角照射向光强接收器的光源组件1，且多个光源组件1发出的光的波段不同，即个光源组件1发出的光的光子能量不同。

第二点、光强接收器上安装多个既能探测光强又能探测不同能量光子数的光子计数器5。光子计数器5能够记录探测到不同能量的光子数。此时光强传感器可以是单光子探测器。其中，单光子探测器可以采用市售产品，例如：光子计数X射线探测器(Timepix)：AdvaPIX TPX；又例如：双能光子计数探测器-XC - THOR；还有picoharp300、IDQ120等等。

IDQ120，即IDQ可见单光子探测器ID120系列；IDQ的ID120系列由紧凑且价格合理的单光子检测器模块组成，该模块基于在可见光谱范围内敏感的可靠硅雪崩光电二极管。这些新的探测器采用自由空间模块，被动淬火，最大效率值在800nm左右。

Adva PI XTPX3是世界上第一台以列表模式运行的放射线成像探测器。这意味着每次辐射照射都会记录到连续的数据流中。该设备测量每个检测到的量子的位置，能量和到达时间。检测器具有一个带有Si或CdTe传感器的256x256光谱仪（像素）阵列。每个像素记录一系列传入事件。另外，所测量的时间戳使得检查像素之间的同时事件或电荷共享成为可能。这种全新的方法为电离辐射检测开辟了新的视野。摄像头模块包含CERN最新的Timepix3设备，具有超快速的稀疏数据读取功能，每秒可捕获多达4000万个像素。该模块使用USB 3.0通信通道，可确保快速读取系统。 Adva PI XTPX3可用于多种应用中，例如能量分辨射线照相（X射线，中子，离子），粒子跟踪，飞行时间成像，康普顿相机等。通过沉积转换层（6LiF），传感器可适用于中子成像。记录单个命中以及先进的数据处理可以实现超空间分辨率的成像。在某些应用中，它可以达到微米（X射线）甚至亚微米级（离子）的单位。

XC-Thor 系列探测器是由防护等级为IP67 的外壳包覆的双能、光子计数、直接转换型x 射线传感器.基于其核心、高效的CdTe (碲化镉)-CMOS 直接转换技术， XC-Thor 探测器可在各种极端环境下采集高品质的数字影像。该探测可在帧(Frame)模式或时间延迟整合(TDS)模式下切换使用，可同时胜任动态扫描及静态图像采集的需求。双能图像获取及反符合技术也是XC-Thor 系列探测器的一大特色。双能成像时，被探测的光子能量被两个独立的能量阈值进行比较并分别读出、一次曝光下即可产生剪影，进而实现组织剥离和材料区分，为医疗和工业领域的X 射线应用翻开了新的一页。反符合技术则确保了每一个光子信号都能精准的被相对应的像素点所捕获，从而显著提升设备的调制传递函数(MTF)。

此类技术方案中，多个光源组件1从不同视角照射向光强接收器4，而且不同光源组件1发出的光的波段不同，即不同光源组件1发出的光的能量不同，而组成光强接收器4的光子计数器5能够探测到不同能量的光子数。将每个光子计数器5探测到的各个能量范围的光子数信息进行提取，便可以得到待测件对各个能量的吸收图像，再对照光源组件1发出的光的发射能量，便可以得到各个吸收图像对应的照射角度。由多张不同照射角度的图像进行合成处理，便可得到测量件的外形。

进一步，本实施例优选三个光源组件1的多视光源结构，当测量装置整体采用卧式结构时，三个光源组件1分别从上、中、下三个视角向光强接收器4发射波段不同的光束。

例如：如图1所示，上、中、下设置的三个光源组件1分别记为光源A、光源B、光源C。光源A、光源B、光源C发出的光的光子能量分别为100J、200J、300J，共同照射待测件后落在各个光子计数器5上，通过PLC、MCU、CPU等处理器统计每个光子计数器5上的各个频段的光子数量，即可计算出与光源A、光源B、光源C对应的图像，再进行图像的合成处理便可得到该待测件的外部形状。本实施例基于现有图像处理技术实现待测件的外部形状的测量，其技术改进点并不涉及图像处理技术本身，故不再赘述。

又例如：如图1所示，上、中、下设置的三个光源组件1分别记为光源A、光源B、光源C。光源A、光源B、光源C发出的光分别为红光、黄光、蓝光，共同照射待测件后落在各个光子计数器5上；由于红光波段为760~622纳米，黄光波段为597~577纳米，蓝光波段为450~435纳米；多个光源共同照射待测件后通过PLC、MCU、CPU等处理器统计每个光子计数器5上的各个频段的光子数量，即可计算出与光源A、光源B、光源C对应的图像，再进行图像的合成处理便可得到该待测件的外部形状。本实施例基于现有图像处理技术实现待测件的外部形状的测量，其技术改进点并不涉及图像处理技术本身，故不再赘述。

基于上述技术思路，测量装置中挡光板的数量将其分为两大类：第一大类，所述测量装置中挡光板的数量为2；第二大类，所述测量装置中挡光板的数量为1。相对而言，测量装置中仅设置1个挡光板时其测量精度要比同时设置2个挡光板时的测量精度低，但能适用于测量要求不高的情况，而且测量装置结构更为精简。进一步地，根据挡光板数量划分的两大类测量装置，又都可以根据挡光板上透光单元的形状及分布方式分为两小类：第一小类，所述遮光板上透光单元的形状为呈条状的条状透光孔，且多个条状透光孔平行分布；第二小类，所述遮光板上透光单元的形状为呈方格形的方形透光孔，且方形透光孔矩阵式分布。由此，本发明在同一技术构思下，形成了四种典型的基于多视光源的快速测量装置的技术方案。上述四种典型的测量装置，通过实施例2-实施例5进行详细说明。

实施例2：

本实施例提供了一种设置有两个挡光板的基于多视光源的快速测量装置结构。此结构中，挡光板上透光部呈细长的条形。

如图1所示，一种基于多视光源的快速测量装置，包括光源组件1、光强接收器和挡光板；所述光源组件1的数量为三个，三个光源组件1发出的光的波段不同，且三个光源组件1从光强接收器的接收面以不同角度向光强接收器照射；

所述挡光板的数量为两个，两个挡光板分别记为第一挡光板2、第二挡光板3，第一挡光板2、第二挡光板3沿光路方向一前一后设置在三个光源组件1与光强接收器之间，第二挡光板3接近或者贴合光强接收器，且第一挡光板2与第二挡光板3之间为放置待测零件的空间；

所述光源组件1、第一挡光板2、光强接收器的位置固定，所述第二挡光板3限位安装且能够横向直线移动或纵向直线移动；

所述第一挡光板2上设置N个平行的条状透光孔；所述第二挡光板3上设置至少N个平行的条状挡光条；所述光强接收器上并排安装N个既能探测光强又能探测不同能量的光子数的光子计数器5，每个光子计数器5均与中央处理器电性连接以传输采集到的信号；所述N为正整数。

无待测件时，三个光源组件1发出的光束从不同角度照射向光强接收器，光源组件1发出的光束经第一挡光板2后形成的N束被分割光束、第二挡光板3上的N个条状挡光条、光强接收器上的N个光子计数器5位置对应；此时，延伸N束被分割光束的光路，相当于去除第二挡光板3，则对应在光强接收器的N个光子计数器5上的N束被分割光束的横向中心距相等。

测量时，三个光源组件1发出的光束从不同角度通过第一挡光板2后被分割形成N束被分割光束并射向待测零件，被分割光束经过待测零件后继续射向第二挡光板3；所述第二挡光板3上的N个条状挡光条与N束被分割光束的位置对应，照射到第二挡光板3上的被分割光束被第二挡光板3上的N个条状挡光条部分遮挡后形成落在光子计数器5上的测量光束。图1中，待测件和中央处理器未示出。

所述光源组件1采用线阵光源结构或者面阵光源结构的阵列光源6，且通过以下两种方式中的任意一种方式实现三个光源组件1发出的光的波段不同：

第一种方式：三个光源组件1中的阵列光源6本身发出的光的波段不同；

第二种方式：三个光源组件1中的阵列光源6本身发出的光的波段相同，但阵列光源6前端还设置不同的滤光片使各个光源组件1最终发出的光的波段不同。

上述阵列光源6通常采用纯色光源，尤其是纯卤素灯。

本实施例中，两个挡光板可以采用相同结构，方便相互替换使用。此时，本实施例中挡光板的结构，如图2所示。第二挡光板3与光强接收器4的位置关系如图1、图3所示。进一步地，为了方便测量操作，通常使挡光板上遮光用的横杆的宽度与光子计数器5的宽度一样。

基于上述结构的测量装置，进行待测件外形测量的测量方法如下：

启动三个光源组件1，并调节第二挡光板3至恰好挡住每束被分割光束横向宽度的一半；

将3D打印零件放置在第一挡光板2、第二挡光板3之间；

进行第一次照光，通过光子计数器5探测及中央处理器计算得到初始状态的光信息；

将第二挡光板3横向移动（n+1/2）个周期，使之恰好挡住每束被分割光束横向宽度的另外一半；

进行第二次照光，得到偏转后的光信息；

对两次曝光的光强信息基于光强计算公式进行处理，得到每束光偏转的角度，进而得到相位信息；

所述初始状态的光信息、偏转后的光信息均是指不同能量的光子数信息；或者，所述初始状态的光信息、偏转后的光信息均包括不同能量的光子数。

如图1所示，使用时，多个光源组件1从不同角度发出的光汇聚后经过第一挡光板2被分割成6束，各束被分割光束照射到光强接收器4上的范围恰好能与各个光子计数器5的大小相同。第二挡光板3将每一束被分割光束再次分割，使它刚好仅有一半能够照射到光子计数器5上，另一半被挡住。

本实施例中，基于多视光源的快速测量装置可以采用立式结构，也可采用卧式结构；只要保证光源组件1、挡光板、光强接收器4的相对位置关系即可。

当测量装置采用立式结构时，将被测物体置于两个挡光板之间，进行第一次照光，得到初始状态光信息。将第二挡光板3前后移动（n+1/2）个周期，使之恰好挡住每束被分割光束的另外一半，然后进行第二次照光，得到偏转后的光信息。对两次曝光的光强信息进行处理（两者相加、相减、相乘、相除等方式），便可以得到每束光偏转的角度，进而得到相位信息。本实施例中基于一般相位计算以及残差计算的方式都是典型的光强信息处理方式，如背景技术中所引用的“公开（公告）号：TWI573984B”的这类现有技术。其中，周期指的是光子计数器5的宽度。

另一方面，测量过程中，第二挡光板3的直线移动可以是人工比照标尺手工调整，但更多的场景是由伺服电机、步进电机等驱动装置通过滚珠丝杠、直线导轨等直线传动结构对挡光板的直线移动进行精确控制。而类似的直线驱动结构并非本实施例的改进点，属于机械领域常规技术手段，故不再赘述。

实施例3：

本实施例提供了另一种设置有两个挡光板的基于多视光源的快速测量装置结构。此结构中，挡光板上透光部呈方格形。

如图1所示，一种基于多视光源的快速测量装置，包括光源组件1、光强接收器和挡光板；所述光源组件1的数量为三个，三个光源组件1发出的光的波段不同，且三个光源组件1从光强接收器的接收面以不同角度向光强接收器照射；所述挡光板的数量为两个，两个挡光板分别记为第一挡光板2、第二挡光板3，第一挡光板2、第二挡光板3沿光路方向一前一后设置在三个光源组件1与光强接收器之间，第二挡光板3接近或者贴合光强接收器，且第一挡光板2与第二挡光板3之间为放置待测零件的空间；所述光源组件1、第一挡光板2、光强接收器的位置固定，所述第二挡光板3限位安装且能够横向直线移动；

所述第一挡光板2、第二挡光板3均为格栅结构，如图4所示，所述第一挡光板2的格栅结构具有9×8个矩阵分布的方形透光孔，所述第二挡光板3的格栅结构具有9×8个矩阵分布的方形透光孔；所述光强接收器4主要是由9×8个相同的块状的光子计数器5呈矩阵分布而组装成的一个平板状的光强接收装置，每个光子计数器5均与中央处理器电性连接以传输采集到的信号；图1中，待测件和中央处理器未示出。

测量时，光源组件1发出的光束通过第一挡光板2后分割形成9×8束被分割光束，9×8束被分割光束刚好对应的照射在9×8个块状的光子计数器5上，且落在光子计数器5上的被分割光束的横向中心距相等、纵向中心距相等；所述第二挡光板3的格栅结构与9×8束被分割光束的位置对应，将经过第一挡光板2后分割形成的被分割光束再次分割形成落在光子计数器5上的测量光束。

本实施例中，第二挡光板3可以设置成具有更多方形透光孔的结构，只要保证第二挡光板3能对经过第一挡光板2的每一束被分割光束都进行遮挡即可。

所述光源组件1采用线阵光源结构或者面阵光源结构的阵列光源6，且通过以下两种方式中的任意一种方式实现三个光源组件1发出的光的波段不同：

第一种方式：三个光源组件1中的阵列光源6本身发出的光的波段不同；

第二种方式：三个光源组件1中的阵列光源6本身发出的光的波段相同，但阵列光源6前端还设置不同的滤光片使各个光源组件1最终发出的光的波段不同。

上述阵列光源6通常采用纯色光源，尤其是纯卤素灯。

本实施例中，两个挡光板可以采用相同结构，方便相互替换使用。此时，本实施例中挡光板的结构，如图4所示。第二挡光板3与光强接收器4的位置关系如图1、图3所示。进一步地，为了方便测量操作，通常使挡光板上遮光用的横杆的宽度与光子计数器5的宽度一样。

基于上述结构的测量装置，进行待测件外形测量的测量方法如下：

启动光源组件1中的阵列光源6，并调节第二挡光板3至恰好挡住每束被分割光束横向宽度的一半以及纵向宽度的一半；

将3D打印零件放置在第一挡光板2、第二挡光板3之间；

进行第一次照光，得到初始状态的光强信息；

将第二挡光板3横向移动（n+1/2）个周期，使之恰好挡住每束被分割光束横向宽度的另外一半；

进行第二次照光，得到一次偏转后的光信息；

将第二挡光板3纵向移动（m+1/2）个周期，使之恰好挡住每束被分割光束纵向宽度的另外一半；

进行第三次照光，得到二次偏转后的光信息；

对三次曝光的光强信息基于光强计算公式进行处理，得到每束光偏转的角度，进而得到相位信息；

所述初始状态的光强信息、一次偏转后的光信息、二次偏转后的光信息均包括不同能量的光子数。此处不一定是采集光强，只需要光子数和光子对应能量就可以了，光强是可以计算出来的。

本实施例在实施例1的基础上进行变化，将挡光板上透光部由多个独立的条形改为多个独立的方格，如图4所示；相对应的，光子计数器5也需要设置为如图4的方格形且呈9×8的矩阵式分布。

本实施例中，基于多视光源的快速测量装置可以采用立式结构，也可采用卧式结构；只要保证光源组件1、挡光板、光强接收器4的相对位置关系即可。

当测量装置采用立式结构时，为了获得位移后的图像，第二挡光板3不仅可以前后移动（n+1/2）个周期，也可以左右移动移动（n+1/2）个周期。此时会得到三次照光信息，原始照光信息、一次偏转后的光信息、二次偏转后的光信息，三者进行类似处理也可以得到相位信息。所述初始状态的光强信息、一次偏转后的光信息、二次偏转后的光信息均包括不同能量的光子数；或者，初始状态的光强信息、一次偏转后的光信息、二次偏转后的光信息均包括不同能量的光子数。

另一方面，测量过程中，第二挡光板3的直线移动可以是人工比照标尺手工调整，但更多的场景是由伺服电机、步进电机等驱动装置通过滚珠丝杠、直线导轨等直线传动结构对挡光板的直线移动进行精确控制。例如，双向直线驱动装置，包括A伺服电机、A滚珠丝杠、B伺服电机、B滚珠丝杠；其中，A滚珠丝杠由A丝杆和套接在A丝杆上的A滑块组成，A丝杆与A伺服电机的输出轴连接；B滚珠丝杠由B丝杆和套接在B丝杆上的B滑块组成，B丝杆与B伺服电机的输出轴连接；A滑块与B伺服电机的基座安装成一个整体；A滚珠丝杠沿横向的X方向设置，且B滚珠丝杠沿纵向的Y方向设置，X、Y两个方向在同一平面内相互垂直。同时，将第二挡光板3与B滑块连接成一个整体。通过安装双向直线驱动装置的基座的限位结构，或者同时设置一组相互平行的滚珠丝杠结构，使丝杆转动时滑块直线移动。再由控制器发送信号，通过伺服电机(A伺服电机、B伺服电机)精确控制第二挡光板3在X方向、Y方向的直线移动。类似的直线驱动结构并非本实施例的改进点，属于机械领域常规技术手段，故不再赘述。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例相对于实施例2而言，对其测量装置的结构进行简化，仅保留第二挡光板3这一个挡光板。此时，一种基于多视光源的快速测量装置，包括三个光源组件1、光强接收器4以及第二挡光板3；三个光源组件1、第二挡光板3、光强接收器4沿一直线方向依次设置，接近或者贴合光强接收器4的第二挡光板3与光源组件1之间为放置待测零件的空间；所述光源组件1、光强接收器4的位置固定，所述第二挡光板3限位安装且能够横向直线移动；

所述第二挡光板3上设置N个平行的条状挡光条；所述光强接收器4主要是由N个相同的条状的光子计数器5依次并排组装成的一个平板状的光强接收装置，每个光子计数器5均与中央处理器电性连接以传输采集到的信号；

测量时，光源组件1发出的光束通过第二挡光板3后分割形成N束测量光束，N束测量光束刚好对应的照射在N个条状的光子计数器5上，且落在光子计数器5上的测量光束的横向中心距相等。

采用此结构的测量装置进行3D打印零件的测量方法与实施例2中测量方法相同。

本实施例的其他部分与实施例2相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例相对于实施例3而言，对其测量装置的结构进行简化，仅保留第二挡光板3这一个挡光板。此时，一种基于多视光源的快速测量装置，包括三个光源组件1、光强接收器4以及第二挡光板3一个挡光板；三个光源组件1、第二挡光板3、光强接收器4沿一直线方向依次设置，接近或者贴合光强接收器4的第二挡光板3与光源组件1之间为放置待测零件的空间；所述光源组件1、光强接收器4的位置固定，所述第二挡光板3限位安装且能够横向直线移动以及纵向直线移动；

所述第二挡光板3均为格栅结构，所述第二挡光板3的格栅结构具有P×Q个矩阵分布的方形透光孔；所述光强接收器4主要是由N×M个相同的块状的光子计数器5呈矩阵分布而组装成的一个平板状的光强接收装置，每个光子计数器5均与中央处理器电性连接以传输采集到的信号；所述N、M、P、Q均为＞1的正整数，且N=P，M=Q；

测量时，光源组件1发出的光束通过第二挡光板3的格栅结构分割形成P×Q束测量光束，P×Q束测量光束刚好对应的照射在N×M个块状的光子计数器5上，且落在光子计数器5上的测量光束的横向中心距相等、纵向中心距相等。

采用此结构的测量装置进行3D打印零件的测量方法与实施例3中测量方法相同。

本实施例的其他部分与实施例3相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于多视光源的快速测量装置，包括光源组件（1）、光强接收器（4）和挡光板；其特征在于：所述光源组件（1）的数量为三个，三个光源组件（1）发出的光的波段不同，且三个光源组件（1）从光强接收器（4）的接收面以不同角度向光强接收器（4）照射；

所述挡光板的数量为两个，两个挡光板分别记为第一挡光板（2）、第二挡光板（3），第一挡光板（2）、第二挡光板（3）沿光路方向一前一后设置在三个光源组件（1）与光强接收器（4）之间，第二挡光板（3）接近或者贴合光强接收器（4），且第一挡光板（2）与第二挡光板（3）之间为放置待测零件的空间；

所述光源组件（1）、第一挡光板（2）、光强接收器（4）的位置固定，所述第二挡光板（3）限位安装且能够横向直线移动；

所述第一挡光板（2）上设置N个平行的条状透光孔；所述第二挡光板（3）上设置至少N个平行的条状挡光条；所述光强接收器（4）上并排安装N个既能探测光强又能探测不同能量的光子数的光子计数器（5），每个光子计数器（5）均与中央处理器电性连接以传输采集到的信号；所述N为正整数。

2.根据权利要求1所述的一种基于多视光源的快速测量装置，其特征在于：所述光源组件（1）采用线阵光源结构或者面阵光源结构的阵列光源（6），且通过以下两种方式中的任意一种方式实现三个光源组件（1）发出的光的波段不同：

第一种方式：三个光源组件（1）中的阵列光源（6）本身发出的光的波段不同；

第二种方式：三个光源组件（1）中的阵列光源（6）本身发出的光的波段相同，但阵列光源（6）前端还设置不同的滤光片使各个光源组件（1）最终发出的光的波段不同。

3.根据权利要求1所述的一种基于多视光源的快速测量装置，其特征在于：所述第二挡光板（3）上的各个条状挡光条刚好能挡住各个被分割光束横向宽度的一半。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于多视光源的快速测量装置，其特征在于：被分割光束落在光子计数器（5）上的范围与光子计数器（5）的横向宽度相同。

5.一种基于多视光源的快速测量装置，包括光源组件（1）、光强接收器（4）和挡光板；其特征在于：所述光源组件（1）的数量为三个，三个光源组件（1）发出的光的波段不同，且三个光源组件（1）从光强接收器（4）的接收面以不同角度向光强接收器（4）照射；

所述挡光板的数量为两个，两个挡光板分别记为第一挡光板（2）、第二挡光板（3），第一挡光板（2）、第二挡光板（3）沿光路方向一前一后设置在三个光源组件（1）与光强接收器（4）之间，第二挡光板（3）接近或者贴合光强接收器（4），且第一挡光板（2）与第二挡光板（3）之间为放置待测零件的空间；

所述光源组件（1）、第一挡光板（2）、光强接收器（4）的位置固定，所述第二挡光板（3）限位安装且能够横向直线移动；

所述第一挡光板（2）、第二挡光板（3）均为格栅结构，所述第一挡光板（2）的格栅结构具有N×M个矩阵分布的方形透光孔，所述第二挡光板（3）的格栅结构具有P×Q个矩阵分布的方形透光孔；所述光强接收器（4）主要是由N×M个相同的块状的光子计数器（5）呈矩阵分布而组装成的一个平板状的光强接收装置，既能探测光强又能探测不同能量的光子数的光子计数器（5）与中央处理器电性连接以传输采集到的信号；所述N、M、P、Q均为＞1的正整数，且N≤P，M≤Q。

6.根据权利要求5所述的一种基于多视光源的快速测量装置，其特征在于：测量时，第二挡光板（3）上的各个条状挡光条刚好能挡住各个被分割光束横向宽度的一半；

或者，第二挡光板（3）上的各个条状挡光条刚好能挡住各个被分割光束纵向宽度的一半。

7.一种基于多视光源的快速测量装置，包括光源组件（1）、光强接收器（4）和挡光板；其特征在于：所述光源组件（1）的数量为三个，三个光源组件（1）发出的光的波段不同，且三个光源组件（1）从光强接收器（4）的接收面以不同角度向光强接收器（4）照射；

所述挡光板的数量为一个，即接近或者贴合光强接收器（4）设置的第二挡光板（3），且光源组件（1）与第二挡光板（3）之间为放置待测零件的空间；

所述光源组件（1）、光强接收器（4）的位置固定，所述第二挡光板（3）限位安装且能够横向直线移动；

所述第二挡光板（3）上设置至少N个平行的条状挡光条；所述光强接收器（4）上并排安装N个既能探测光强又能探测不同能量的光子数的光子计数器（5），每个光子计数器（5）均与中央处理器电性连接以传输采集到的信号；所述N为正整数。

8.一种基于多视光源的快速测量装置，包括光源组件（1）、光强接收器（4）和挡光板；其特征在于：所述光源组件（1）的数量为三个，三个光源组件（1）发出的光的波段不同，且三个光源组件（1）从光强接收器（4）的接收面以不同角度向光强接收器（4）照射；

所述挡光板的数量为一个，第二挡光板（3）接近或者贴合光强接收器（4），且光源组件（1）与第二挡光板（3）之间为放置待测零件的空间；

所述光源组件（1）、光强接收器（4）的位置固定，所述第二挡光板（3）限位安装且能够横向直线移动以及纵向直线移动；

所述第一挡光板（2）、第二挡光板（3）均为格栅结构，所述第一挡光板（2）的格栅结构具有N×M个矩阵分布的方形透光孔，所述第二挡光板（3）的格栅结构具有P×Q个矩阵分布的方形透光孔；所述光强接收器（4）主要是由N×M个相同的块状的光子计数器（5）呈矩阵分布而组装成的一个平板状的光强接收装置，既能探测光强又能探测不同能量的光子数的光子计数器（5）与中央处理器电性连接以传输采集到的信号；所述N、M、P、Q均为＞1的正整数，且N≤P，M≤Q。

9.一种3D打印零件外形测量方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的测量装置进行3D打印零件的平面测量；

启动三个光源组件（1），并调节第二挡光板（3）至恰好挡住每束被分割光束横向宽度的一半；

将3D打印零件放置在第一挡光板（2）、第二挡光板（3）之间；

进行第一次照光，通过光子计数器探测及中央处理器计算得到初始状态的光信息；

将第二挡光板（3）横向移动（n+1/2）个周期，使之恰好挡住每束被分割光束横向宽度的另外一半；

进行第二次照光，得到偏转后的光信息；

对两次曝光的光强信息基于光强计算公式进行处理，得到每束光偏转的角度，进而得到相位信息；

所述初始状态的光强信息、偏转后的光信息均包括不同能量的光子数；或者，所述初始状态的光强信息、偏转后的光信息均包括不同能量的光子数。

10.一种3D打印零件外形测量方法，其特征在于：采用如权利要求5所述的测量装置进行3D打印零件的平面测量；

启动光源组件（1）中的多个光源（6），并调节第二挡光板（3）至恰好挡住每束被分割光束横向宽度的一半以及纵向宽度的一半；

将3D打印零件放置在第一挡光板（2）、第二挡光板（3）之间；

进行第一次照光，得到初始状态的光信息；

将第二挡光板（3）横向移动（n+1/2）个周期，使之恰好挡住每束被分割光束横向宽度的另外一半；

进行第二次照光，得到一次偏转后的光信息；

将第二挡光板（3）纵向移动（m+1/2）个周期，使之恰好挡住每束被分割光束纵向宽度的另外一半；

进行第三次照光，得到二次偏转后的光信息；

对三次曝光的光强信息基于光强计算公式进行处理，得到每束光偏转的角度，进而得到相位信息；

所述初始状态的光强信息、一次偏转后的光信息、二次偏转后的光信息均包括不同能量的光子数；或者，所述初始状态的光强信息、一次偏转后的光信息、二次偏转后的光信息均包括不同能量的光子数。

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