專利名稱：回轉(zhuǎn)式掃描測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測量物體三維形貌的儀器，具體地說是一種回轉(zhuǎn)式掃描測量儀，其利用激光線進(jìn)行掃描并通過數(shù)控回轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動來測量復(fù)雜物體全貌的儀器，其屬于光機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的用于測量物體三維形貌的設(shè)備主要有兩種，一種是三坐標(biāo)測量機(jī)。其是以接觸式測量方法。該方法測量精度高，但測量效率很低。這是因?yàn)榘惭b在Z軸上的觸發(fā)測頭(接觸式)要與工件接觸，該測頭和工件接觸一次完成對一個點(diǎn)的測量，而這個過程包括與工件接近—碰撞—回退；這三個階段，至少需要1--2秒的時間。對物體三維形貌的測量需要幾萬個點(diǎn)以上，顯而易見，利用接觸測量的效率很低。另一種是光學(xué)掃描測量儀。其是以非接觸測量方法。該測量儀主要通過激光單點(diǎn)測頭，線結(jié)構(gòu)光測頭和光柵投影實(shí)現(xiàn)掃描測量。其中，線結(jié)構(gòu)光測頭因具有測量速度快，效率高等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物體需要從多個視角進(jìn)行測量，而線結(jié)構(gòu)光測頭在不同視角下測量所得的數(shù)據(jù)具有不同的基準(zhǔn)，在變換物體的角度時會使物體的位置發(fā)生變化，而且這個變化是在測量過程中發(fā)生的。這樣不同視角下因物體位置發(fā)生了變化而使測量基準(zhǔn)發(fā)生了變化，測量數(shù)據(jù)就不能自動拼合到一起。這需要通過手工方法利用專用CAD系統(tǒng)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行拼合。這樣既降低了工作效率，又降低了整體測量精度。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的光學(xué)測量系統(tǒng)不能將多視角測量數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)統(tǒng)一的不足，本實(shí)用新型的發(fā)明目的是要提供一種回轉(zhuǎn)式掃描測量儀。該測量儀不僅能從多個視角測量物體上的任意區(qū)域，而且能自動將各視角下的測量數(shù)據(jù)拼合在一起，完整描述一個物體。
本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是研制了一種回轉(zhuǎn)式掃描測量儀，其包括三維坐標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)和線結(jié)構(gòu)光測頭。在三維坐標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)中的X或Y軸機(jī)構(gòu)上安裝一個數(shù)控回轉(zhuǎn)臺，組成四軸掃描測量系統(tǒng)；其中，該轉(zhuǎn)臺的安裝相對于該坐標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)的Z軸傾斜一個角度；線結(jié)構(gòu)光測頭安裝在該坐標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)的Z軸上；在該轉(zhuǎn)臺上固定有一個標(biāo)準(zhǔn)球，該球是利用來測量確定該轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)軸線在該測量儀直角坐標(biāo)系O1X1Y1Z1中的位置和方向的；首先，該測量儀以該轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)軸線為Z軸建立起轉(zhuǎn)臺初始坐標(biāo)系O2X2Y2Z2和轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)坐標(biāo)系O3X3Y3Z3的，該回轉(zhuǎn)坐標(biāo)系O3X3Y3Z3僅繞初始坐標(biāo)系O2X2Y2Z2的Z2軸旋轉(zhuǎn)一個角度；然后建立了從O1X1Y1Z1到O2X2Y2Z2的變換關(guān)系公式I和從O2X2Y2Z2到O3X3Y3Z3的變換關(guān)系公式II；在該轉(zhuǎn)臺上設(shè)置相應(yīng)的固定設(shè)施將被測量物體固定在該轉(zhuǎn)臺上，該掃描測頭通過該轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動可直接測量被測物體的四周和頂部，測量直接所得到的是在該測量儀直角坐標(biāo)系O1X1Y1Z1中的多片數(shù)據(jù)P1，應(yīng)用變換公式III，將上述多視角下測量的多片測量數(shù)據(jù)P1從該測量儀直角坐標(biāo)系O1X1Y1Z1轉(zhuǎn)換到該轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動坐標(biāo)系O3X3Y3Z3中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動拼合，構(gòu)成了描述被測物體全貌的整體數(shù)據(jù)P3。
所述的變換公式I如下，它是從該測量儀直角坐標(biāo)系O1X1Y1Z1到該轉(zhuǎn)臺初始坐標(biāo)系O2X2Y2Z2的變換矩陣T12
T12=cosβ0sinβqxsinαsinβcosα-sinαcosβqy-cosαsinβsinαcosαcosβqz0001]]>式中，(qx，qy，qz)T表示轉(zhuǎn)臺初始坐標(biāo)系O2X2Y2Z2相對于該測量儀直角坐標(biāo)系O1X1Y1Z1的平移量，在確定轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)軸線時求出；α和β表示O2X2Y2Z2繞O1X1Y1Z1的X1和Y1的旋轉(zhuǎn)角，它們是根據(jù)轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)軸線的方向確定的。
所述的變換公式II如下，它是從該轉(zhuǎn)臺初始坐標(biāo)系O2X2Y2Z2到該轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動坐標(biāo)系O3X3Y3Z3的旋轉(zhuǎn)變換矩陣R23R23=cosθ-sinθ0sinθcosθ0001]]>式中，θ表示轉(zhuǎn)臺的當(dāng)前轉(zhuǎn)動角度。
所述的變換公式III如下,P3=(R23)-1(T12)-1P1,]]>式中，P1表示測量儀直角坐標(biāo)系中的數(shù)據(jù)；P3表示轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動坐標(biāo)系中的數(shù)據(jù)，即拼合后的數(shù)據(jù)；T12是公式I，R23是公式II。
所述的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺，其回轉(zhuǎn)軸線相對于三維坐標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)Z軸的傾斜角為20——30度；所述的三維坐標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)軸是采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動絲杠螺母，采用直線導(dǎo)軌作為運(yùn)動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。
所述的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺，其由蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)組成。
所述的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺，其轉(zhuǎn)臺上設(shè)有安裝固定設(shè)施的螺孔，該螺孔中安裝有夾持重量較大物體的專用夾具；或直接采用膠粘劑將重量較輕的物體粘固在該轉(zhuǎn)臺面上。
所述的標(biāo)準(zhǔn)球固定在球座上，該球座的底部設(shè)有螺紋且固定在該轉(zhuǎn)臺面上的螺孔中。
所述的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺，其以60度為間隔，旋轉(zhuǎn)六個角度；在每個位置下由線結(jié)構(gòu)光測頭對固定在轉(zhuǎn)臺上的標(biāo)準(zhǔn)球進(jìn)行掃描測量，依據(jù)在六個位置下測量得到的六片數(shù)據(jù)分別擬合球得到六個球心坐標(biāo)；再由這六個球心坐標(biāo)擬合圓得到空間的一個圓，則過該圓圓心且與該圓平面垂直的直線即為該轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)軸線，圓心坐標(biāo)是轉(zhuǎn)臺初始坐標(biāo)系O2X2Y2Z2的坐標(biāo)原點(diǎn)。
本實(shí)用新型的有益效果是在測量物體全貌的同時，該測量儀能自動將各個視角下測量的多片數(shù)據(jù)自動拼合到一起，實(shí)現(xiàn)對一個物體的完整描述。該測量儀是在建立從O1X1Y1Z1到O2X2Y2Z2的變換關(guān)系公式I和從O2X2Y2Z2到O3X3Y3Z3的變換關(guān)系公式II的基礎(chǔ)上，利用公式III把所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到O3X3Y3Z3中實(shí)現(xiàn)自動拼合。
為了確定公式I和公式II首先要確定轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)軸線的在測量儀直角坐標(biāo)系中的方向。本測量儀通過測量固定在轉(zhuǎn)臺上的標(biāo)準(zhǔn)球來確定轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)軸線的方向，由于以該轉(zhuǎn)臺角度為零的位置做為初始位置，在這個位置下標(biāo)準(zhǔn)球離測量儀的Z軸最近。因線結(jié)構(gòu)光測頭的方向不變，對標(biāo)準(zhǔn)球的掃描測量只能沿一個方向進(jìn)行，掃描過程是通過測量儀X軸的移動來完成。然后該轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動60度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)球相對于該轉(zhuǎn)臺臺面的高度，以及到轉(zhuǎn)臺軸心的距離可計(jì)算出測量每個位置的球時測量儀三個軸的移動位置，從而實(shí)現(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)球的自動測量。
根據(jù)測量球所得到的點(diǎn)利用擬合球的算法可擬合球得到球心位置。所得到的6個球心位置在空間內(nèi)，因它們是繞該轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)得到的，根據(jù)這6個球心位置，運(yùn)用擬合圓的算法可得到空間的一個圓。因球的旋轉(zhuǎn)是繞轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)軸線進(jìn)行的，而球心分布在擬合所得到的圓上，所以該轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)軸線過圓心且垂直于該圓平面。
在轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)軸線的方向確定后，本實(shí)用新型的回轉(zhuǎn)式掃描測量儀是首先確定從該測量儀直角坐標(biāo)系O1X1Y1Z1到以數(shù)控回轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)軸線為Z軸的坐標(biāo)系，即轉(zhuǎn)臺初始坐標(biāo)系O2X2Y2Z2的變換關(guān)系，以及從轉(zhuǎn)臺初始坐標(biāo)系O2X2Y2Z2到轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)坐標(biāo)系O3X3Y2Z3的變換關(guān)系。然后根據(jù)這兩個關(guān)系就將測量得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)坐標(biāo)系O3X3Y3Z3中，實(shí)現(xiàn)多片數(shù)據(jù)的自動拼合。這兩個變換關(guān)系的確定方法如下轉(zhuǎn)臺初始坐標(biāo)系O2X2Y2Z2相對于該測量儀直角坐標(biāo)系O1X1Y1Z1既有平移，又有旋轉(zhuǎn)。平移量就是上面6個球心位置擬合圓得到的圓心位置；旋轉(zhuǎn)量應(yīng)該包括三個角度，但由于在建立坐標(biāo)系O2X2Y2Z2時只要求Z2軸與轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)軸線一致，對其它兩個軸的方向無要求，這樣只繞O1X1Y1Z1的X1和Y1軸旋轉(zhuǎn)兩個角度并加上平移量就可得到O2X2Y2Z2，設(shè)所求出的轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)軸線的方向矢量為(lzmznz)T，兩個坐標(biāo)系的通用旋轉(zhuǎn)變換矩陣為cosβcosγ-cosβsinγsinβsinαsinβcosγ+cosαsinγ-sinαsinβsinγ+cosαcosγ-sinαcosβ-cosαsinβcosγ+sinαsinγcosαsinβsinγ+sinαcosγcosαcosβ]]>上式中第三列對應(yīng)的是Z方向的矢量，在本測量儀中是轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)軸線的方向矢量，因此有sinβ=lZ-sinαcosβ=mZcosαcosβ=nZ]]>根據(jù)上式可解出O2X2Y2Z2繞O1X1Y1Z1的兩個旋轉(zhuǎn)角α和β，這樣就確立了從O1X1Y1Z1到O2X2Y2Z2的變換關(guān)系，即公式I；轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)坐標(biāo)系O3X3Y3Z3只繞轉(zhuǎn)臺初始坐標(biāo)系O2X2Y2Z2的Z2軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度是轉(zhuǎn)臺的當(dāng)前角度，從O2X2Y2Z2到O3X3Y3Z3的變換關(guān)系是公式II；本實(shí)用新型的回轉(zhuǎn)式掃描測量儀的核心在于建立了這兩個變換關(guān)系，以及求解其中的未知參數(shù)。根據(jù)這兩個變換關(guān)系即公式I和公式II可建立從從測量儀直角坐標(biāo)系到O1X1Y1Z1到轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)坐標(biāo)系O3X3Y3Z3的變換關(guān)系，即公式III；利用該公式III就能將多個視角下測量的數(shù)據(jù)自動拼合到一起，形成的數(shù)據(jù)整體能完整描述一個物體。


及其具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)一步說明如下圖1本回轉(zhuǎn)式掃描測量儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本回轉(zhuǎn)式掃描測量儀的該轉(zhuǎn)臺上固定一個標(biāo)準(zhǔn)球的裝置示意圖；圖3本回轉(zhuǎn)式掃描測量儀的該轉(zhuǎn)臺上固定一物體的裝置示意圖；圖4本回轉(zhuǎn)式掃描測量儀的兩個坐標(biāo)變換關(guān)系示意圖；參見圖1——4制成的回轉(zhuǎn)式掃描測量儀，其包括三維坐標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)2和線結(jié)構(gòu)光測頭1。在三維坐標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)2中的X或Y軸機(jī)構(gòu)上安裝一個數(shù)控回轉(zhuǎn)臺3，組成四軸掃描測量系統(tǒng)；其中，該轉(zhuǎn)臺3的安裝相對于該坐標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)2的Z軸傾斜一個角度；線結(jié)構(gòu)光測頭1安裝在該坐標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)2的Z軸上；在該轉(zhuǎn)臺3上固定有一個標(biāo)準(zhǔn)球5，該球5是利用來測量確定該轉(zhuǎn)臺3的回轉(zhuǎn)軸線在該測量儀直角坐標(biāo)系O1X1Y1Z1中的位置和方向的；首先，以該轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)軸線為Z軸建立起轉(zhuǎn)臺初始坐標(biāo)系O2X2Y2Z2和轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)坐標(biāo)系O3X3Y3Z3，該回轉(zhuǎn)坐標(biāo)系O3X3Y3Z3僅繞初始坐標(biāo)系O2X2Y2Z2的Z2軸旋轉(zhuǎn)一個角度；然后建立了從O1X1Y1Z1到O2X2Y2Z2的變換關(guān)系公式I和從O2X2Y2Z2到O3X3Y3Z3的變換關(guān)系公式II；在該轉(zhuǎn)臺3上設(shè)置相應(yīng)的固定設(shè)施6將被測量物體4固定在該轉(zhuǎn)臺3上，該測頭1通過該轉(zhuǎn)臺3的轉(zhuǎn)動可直接測量被測物體4的四周和頂部，測量直接所得到的是在該測量儀直角坐標(biāo)系O1X1Y1Z1中的多片數(shù)據(jù)P1，應(yīng)用變換公式III，將上述多視角下測量的多片測量數(shù)據(jù)P1從該測量儀直角坐標(biāo)系O1X1Y1Z1轉(zhuǎn)換到該轉(zhuǎn)臺3轉(zhuǎn)動坐標(biāo)系O3X3Y3Z3中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動拼合，構(gòu)成了描述被測物體4全貌的整體數(shù)據(jù)P3。
在圖1中，線結(jié)構(gòu)光測頭1安裝在運(yùn)動機(jī)構(gòu)2的Z軸上，可沿Z軸做上下運(yùn)動，數(shù)控回轉(zhuǎn)臺3安裝在運(yùn)動機(jī)構(gòu)2的X軸上，可沿X軸左右移動，該轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)軸線相對與運(yùn)動機(jī)構(gòu)2的Z軸傾斜28°。被測物體4放在該轉(zhuǎn)臺3上，通過該轉(zhuǎn)臺3的轉(zhuǎn)動可使它上面的任一部位和線結(jié)構(gòu)光測頭1形成合適的測量視角。在一個視角下的掃描過程是由運(yùn)動機(jī)構(gòu)2的Z軸的上下運(yùn)動，X軸左右移動以及Y軸的前后運(yùn)動共同完成的。
在圖2中將一個標(biāo)準(zhǔn)球5固定的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺3上，并對該標(biāo)準(zhǔn)球5進(jìn)行掃描測量，利用測量所得到的數(shù)據(jù)擬合球得到一個球心位置，然后以60°為步長使數(shù)控回轉(zhuǎn)臺3轉(zhuǎn)動5個角度，在每個角度下測量標(biāo)準(zhǔn)球并擬合球心。利用所得到的6個球心的空間位置擬合圓，則過圓心且與該圓平面垂直的直線即為該轉(zhuǎn)臺3的回轉(zhuǎn)軸線，圓心坐標(biāo)是轉(zhuǎn)臺3初始坐標(biāo)系O2X2Y2Z2的坐標(biāo)原點(diǎn)。。
所述的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺3，其轉(zhuǎn)臺3上設(shè)有安裝固定設(shè)施的螺孔8，該螺孔8中安裝有夾持重量較大物體4的專用夾具6；或直接采用膠粘劑將重量較輕的物體粘固在該轉(zhuǎn)臺3面上。
所述的標(biāo)準(zhǔn)球5固定在球座7上，該球座7的底部設(shè)有螺紋且固定在該轉(zhuǎn)臺3面上的螺孔8中。
在圖3中線結(jié)構(gòu)光測頭1測量直接得到的數(shù)據(jù)是在測量儀直角坐標(biāo)系O1X1Y1Z1下，而多視角測量數(shù)據(jù)應(yīng)圍繞該轉(zhuǎn)臺3的回轉(zhuǎn)軸線分布，因此，首先要將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到以回轉(zhuǎn)軸線為Z軸的直角坐標(biāo)系O2X2Y2Z2下，該坐標(biāo)系是該轉(zhuǎn)臺3的初始坐標(biāo)系，它所對應(yīng)的轉(zhuǎn)臺3回轉(zhuǎn)角度為零，相對于O1X1Y1Z1既有平移，又有旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)臺發(fā)生旋轉(zhuǎn)后(轉(zhuǎn)臺角度不為零)坐標(biāo)系O2X2Y2Z2變成O3X3Y3Z3，O3X3Y3Z3是轉(zhuǎn)臺3的回轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，它相對于O2X2Y2Z2只發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度是轉(zhuǎn)臺3的角度。當(dāng)多視角測量數(shù)據(jù)通過以上這兩個步驟變換到轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動坐標(biāo)系O3X3Y3Z3后就能自動拼合在了一起。
本實(shí)用新型的變換公式I——III應(yīng)用實(shí)施例如下本實(shí)用新型的回轉(zhuǎn)式掃描測量儀的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺的安裝相對于本測量儀的Z軸傾斜角度為28度，當(dāng)該轉(zhuǎn)臺的安裝位置固定后公式I中的參數(shù)α和β不再發(fā)生變化，即α和β的值只與轉(zhuǎn)臺的安裝位置有關(guān)；通過測量標(biāo)準(zhǔn)球所得到的轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)軸線的方向矢量為(lzmznz)T＝(0.0288497 0.4729089 0.8806388)T，利用公式sinβ=lZ-sinαcosβ=mZcosαcosβ=nZ]]>求出α＝28.2361°，β＝1.6532°；而公式I中的qx，qy，qz既與轉(zhuǎn)臺的位置有關(guān)，又與測量儀直角坐標(biāo)系O1X1Y1Z1的初始位置有關(guān)；當(dāng)轉(zhuǎn)臺位置固定后qx，qy，qz只與O1X1Y1Z1的初始位置有關(guān)；在O1X1Y1Z1的五個不同初始位置下公式I的值如下T12=0.99958300.02884923.05670.0136480.8881005-0.472908637.3652-0.0254150.47310590.880638-66.03520001]]>
T12=0.99958300.0288496.05450.0136480.8881005-0.47290869.3765-0.0254150.47310590.88063853.74210001]]>T12=0.99958300.0288497.63280.0136480.8881005-0.4729086-41.8634-0.0254150.47310590.8806385.073890001]]>T12=0.99958300.028849-62.85360.0136480.8881005-0.472908616.0854-0.0254150.47310590.8806388.79740001]]>T12=0.99958300.028849-10.96350.0136480.8881005-0.472908654.0975-0.0254150.47310590.880638-4.54310001]]>公式II只與轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)角度有關(guān)系，當(dāng)轉(zhuǎn)臺角度為0°，90°，180，°270°，56.356°時公式II的值如下R23=100010001,R23=0-10100001,R23=-1000-10001,R23=010-100001]]>R23=0.55403-0.8324900.832490.554030001]]>公式III中利用了公式I和公式II將測量數(shù)據(jù)從O1X1Y1Z1變換到O3X3Y3Z3實(shí)現(xiàn)自動拼合。
本實(shí)用新型的測量儀對某一玩具在轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)角度分別為0°，90°，180°，270°時實(shí)施測量所得到的四片數(shù)據(jù)。
因在測量過程中轉(zhuǎn)臺的安裝位置固定，O1X1Y1Z1的初始位置也沒有發(fā)生變化，公式I不發(fā)生變化，具體值為T12=0.99958300.02884923.05670.0136480.8881005-0.472908637.3652-0.0254150.47310590.880638-66.03520001]]>在測量過程中轉(zhuǎn)臺發(fā)生了三次旋轉(zhuǎn)，共對應(yīng)四個角度，公式II發(fā)生了變化；轉(zhuǎn)臺角度為0°時 公式II的值為R23=100010001;]]>
轉(zhuǎn)臺角度為90°時 公式II的值為R23=1-10100001;]]>轉(zhuǎn)臺角度為180°時 公式II的值為R23=-1000-10001;]]>轉(zhuǎn)臺角度為270°時 公式II的值為R23=010-100001.]]>綜上所述，本實(shí)用新型通過轉(zhuǎn)臺3的回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)了利用線結(jié)構(gòu)光測頭1測量物體4全貌并將不同視角下的測量自動拼合到了一起，既提高了工作效率又提高了數(shù)據(jù)整體拼合的精度，很好地解決了對復(fù)雜形體的完整測量問題。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都會理解，在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)，對于上述實(shí)施例進(jìn)行修改，添加和替換都是可能的，其都沒有超出本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種回轉(zhuǎn)式掃描測量儀，其包括三維坐標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)和線結(jié)構(gòu)光掃描測頭，其特征在于在該三維坐標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)中的X或Y軸機(jī)構(gòu)上安裝一個數(shù)控回轉(zhuǎn)臺，組成四軸掃描測量系統(tǒng)；其中，該轉(zhuǎn)臺的安裝相對于三維坐標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)的Z軸傾斜一個角度；所述的線結(jié)構(gòu)光掃描測頭安裝在該運(yùn)動機(jī)構(gòu)的Z軸上；在該轉(zhuǎn)臺上固定有一個用來測量確定該轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)軸線在該測量儀直角坐標(biāo)系O1X1Y1Z1中的位置和方向的標(biāo)準(zhǔn)球；在該轉(zhuǎn)臺上還設(shè)置將被測量物體固定在該轉(zhuǎn)臺上的相應(yīng)固定設(shè)施。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述回轉(zhuǎn)式掃描測量儀，其特征在于所述的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺，其相對于三維坐標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)Z軸的傾斜角為20——30度；所述的三維坐標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)軸是采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動絲杠螺母，采用直線導(dǎo)軌作為運(yùn)動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述回轉(zhuǎn)式掃描測量儀，其特征在于所述的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺，其由蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1——3中的任一所述回轉(zhuǎn)式掃描測量儀，其特征在于所述的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺，其轉(zhuǎn)臺上設(shè)有安裝固定設(shè)施的螺孔，該螺孔中安裝有夾持重量較大物體的專用夾具；或直接采用膠粘劑將重量較輕的物體粘固在該轉(zhuǎn)臺面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述回轉(zhuǎn)式掃描測量儀，其特征在于所述的標(biāo)準(zhǔn)球固定在球座上，該球座的底部設(shè)有螺紋且固定在該轉(zhuǎn)臺面上的螺孔中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1——3中的任一所述回轉(zhuǎn)式掃描測量儀，其特征在于所述的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺，其以60度為間隔，旋轉(zhuǎn)六個角度；該轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)軸線是過依據(jù)在該六個角度位置下測量所得到的六個球心坐標(biāo)的擬合圓圓心且與該圓平面垂直的直線，該圓心坐標(biāo)是該轉(zhuǎn)臺初始坐標(biāo)系O2X2Y2Z2的原點(diǎn)坐標(biāo)。
專利摘要本實(shí)用新型是回轉(zhuǎn)式掃描測量儀其包括三維坐標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)，線結(jié)構(gòu)光測頭和數(shù)控回轉(zhuǎn)臺；該轉(zhuǎn)臺安裝在該坐標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)中的X或Y軸上，并相對于該坐標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)的Z軸傾斜一角度；該光測頭安裝在該Z軸上；在該轉(zhuǎn)臺上固定有一標(biāo)準(zhǔn)球，通過測量該球確定該轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)軸線的方向；該測量儀建立了變換關(guān)系公式I和II并求出公式I和II的參數(shù)；該光測頭所測量得到的多片數(shù)據(jù)P
文檔編號G01B11/24GK2807199SQ20052008056
公開日2006年8月16日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月25日
發(fā)明者解則曉, 王建國, 周麗芹 申請人:中國海洋大學(xué)