黄紫嫣，刘
渝
(北京林业大学材料科学与技术学院，北京100083)
摘
要：提出了采用基于光栅投影的三维测量技术，以获取毛边板的较高精度轮廓数据，对优化毛边板裁边工
艺、提高木材出材率具有重要意义。
关键词：光栅投影；三维轮廓测量；毛边板；优化裁边中图分类号:TP 273
文献标识码:Ａ
文章编号:1001-4462(2011)05-0018-02
Application of Grating Projection-based Measurement Technology
in Cutting Rough Edge Planks
HUANG Zi-yan,LIU Yu
(College of Material Science and Technology,Beijing Forestry University ,Beijing 100083,China )
Abstract :The us e o f the g ra ting pro je ction-bas ed 3-D pro file m e a s ure m ent te chnolo g y is s ugg e s te d to o bta in hig h-a ccura cy pro file da ta o f ro ug h e dge pla nks ,w hich is o f im porta nce for optim iz ing ro ug h e dg e pla nk cutting te chno log ie s a nd im pro ving yie ld ra te s .
Key words :gratingpro je ctio n;3-D profile m e a s ure m ent;ro ug h e dg epla nk;optim a l e dg e cutting
根据我国制材技术与设备现状，提高木材的出材率仍有很大潜力，其中优化毛边板的裁边工艺就是提高木材出材率的一个重要途径。合理裁边可使原木边皮部分得到更充分的利用，综合出材率可提高1%以上。
根据优化裁边工艺的实际需要，本文提出一种基于光栅投影测量技术的非接触、实时、在线测量方法来测量毛边板形状参数，以获得其轮廓参数，然后对轮廓参数进行优化处理，得出最佳的毛边板加工方案。1
测量系统工作原理
光栅投影三维测量是一种重要的非接触测量方法。基于光栅投影的三维测量就是将光栅图样投影到被测物表面，由摄像机获取变形的光栅像，根据变形量与高度的关系确定轮廓相对参考平面的高度信息，再由相位与高度(深度)的关系重建出木板三维轮廓。
在光栅投影测量中常应用三角原理求轮廓高度，直接三角法的基本原理如图1所示。激光器发出的光照射到参考平面上，部分反射光通过透镜组在光敏面
上成像。当被测物体轮廓高度发生变化时引起像点在光敏面上位置的变化，由像点变化可求得高度的变化，即相对参考面的高度值。测点高度可由式(1)求得，式中符号代表意义见图1。
h =[(a /b )+m 20/(ab )]Δg 1+(m 2
0Δg )/(
ab )(1)
当多个相同的光条同时投射时即构成光栅投影法，通过分析光强分布规律可准确到条纹中心。2测量系统设计
测量系统的硬件由两台CCD 摄像机、投影仪、两
羟基自由基收稿日期:2011-03-10
第39卷第5期
林业机械与木工设备
Vo139No.52011年5月
FORESTRY MACHINERY &WOODWORKING EQUIPMENT
May 2011
试验与研究
光源
被测物
O h
a
b
Δg 镜
头
m 0β
图1直接三角法原理图
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像素387386395388399400391397400402
铜绿微囊藻检测厚度/m m
30.1531.1322.3029.1718.3817.4026.2320.3417.4015.44
实测厚度/m m
30.4030.8023.0030.0018.8817.0225.7820.6418.0616.00
差0.25-0.330.700.830.50-0.38-0.450.300.660.56
像素419413408402397392386381376371367363358
像素差0656556555445
位移/mm 051015202530354045505560
位移增量/mm 555555555555
无电沉镍位移量/像素差
0.8310.83110.831111.251.251
块图像采集卡、标定模板和工作平台组成。测量系统结构模型如图2所示。
通过硬件系统采集的投影光栅图样的毛边板图像，还需要计算机软件进行处理、分析和判断。软件模块包括图像处理模块、标定模块、数据处理模块和管理显示模块。3实
验
3.1标定实验
摄像机标定的目的是为了得到摄像机的参数和两台摄像机的空间关系，以计算三维点坐标。当光源照射到标定板上某一点时，该目标点的图像通过透镜汇聚到传感器上并形成像点。当标定板移动时像点也在传
感器上移动，在基线长度已知、光源和传感器及透镜的
相对位置确定的前提下，通过测量传感器上像点的位置就能准确地确定被测物体与仪器之间的距离。
基于以上测量结构，安装固定好摄像机与投影仪，采用标定方法进行标定实验，标定结果见表1。
经过回归处理，可得到下式:
h =-0.9806p+409.64(mm )
(2)
式中:h 为板厚,p 为像素值。
根据国家/行业普通锯材标准，锯材厚度规格为
12、15、18、21、25、30、35、40、45、50、60mm 。在本实验检
测范围内，毛边板测量厚度与像素为线性关系，且在半径为0~60mm 的范围其相关系数为R=0.998。
3.2
毛边板三位深度数据测量
采用与标定实验相同的测量结构采集毛边板图像，根据以上标定实验结果，通过编写软件，提取摄像机图像像素的坐标，可计算出三维深度数据。毛边板厚度值验证数据见表2(只列出一部分)。
4
小
结
采用光栅投影三维测量方法原理简单、速度快且不易受干扰，但该方法存在测量精度不高、测量范围较小等问题。
参考文献:
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Kanji Mashimo ,et al.Development of optical no contact sensor for measurement of three -dimensional profiles using depolarized components of scattered light [J ].Opt.Eng.,1997,36(1):227-234.
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李兰君，喻寿益.单点激光三角法测距及其标定[J ].研究与开发,2003(10):49-51.
声波驱蚊第一作者简介：黄紫嫣(1987-)，女，四川江油人，硕士，研究方向为木材加工装备和过程自动化，电话:134****4174,E-mail :*****************。
光
栅
被测毛边板捕鼠器制作
图像采集卡
计算机
图2测量系统结构
表1
标定数据表
图像型火焰探测器表2验证数据
黄紫嫣，等：光栅投影测量技术在毛边板优化裁边中的应用
19
第5
期
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