三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開的三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)，包括前掃描裝置、驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)及后掃描裝置，前掃描裝置、驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)及后掃描裝置均與計算機(jī)連接；前掃描裝置設(shè)于前光路安裝梁上，驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)于引導(dǎo)支撐單元上，后掃描裝置設(shè)于后光路安裝梁上；前光路安裝梁、引導(dǎo)支撐單元及后光路安裝梁呈平行設(shè)置，前光路安裝梁、引導(dǎo)支撐單元及后光路安裝梁的左端均固定于左安裝座上，前光路安裝梁、引導(dǎo)支撐單元及后光路安裝梁的右端均固定于右安裝座上。本實(shí)用新型三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)使線激光三維表面測量能進(jìn)行光路的自標(biāo)定且無須任何的投射光編碼與像點(diǎn)匹配，可降低數(shù)據(jù)的運(yùn)算量及簡化測量系統(tǒng)。
【專利說明】
三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于光學(xué)測量系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在各類光學(xué)非接觸測量中，用光學(xué)三角法對三維表面進(jìn)行測量是其中的一個重要分支，一般可按投射光的掃描方式分為點(diǎn)掃描、線掃描和面掃描。
[0003]由于點(diǎn)掃描方式是向被測表面投射光點(diǎn)，用光學(xué)三角法一次只能求取一個空間點(diǎn)的坐標(biāo)，要完成一個三維表面的測量，必須借助精密的機(jī)械進(jìn)給裝置反復(fù)進(jìn)行移動測量，受機(jī)械進(jìn)給速度的影響，點(diǎn)掃描的測量速度較慢，但其光路系統(tǒng)卻非?？煽?、準(zhǔn)確和簡單，能滿足絕大多數(shù)靜態(tài)表面的三維測量，并且市面上有許多技術(shù)成熟、品質(zhì)優(yōu)良的產(chǎn)品可供選擇。
[0004]線掃描方式是每次向被測表面投射一條光線;而面掃描方式則是每次向被測表面投射一個光面。線掃描與面掃描一次光投射能求出多個被測點(diǎn)的空間坐標(biāo)，但本質(zhì)上仍然是按光學(xué)三角法進(jìn)行逐點(diǎn)計算，只是光投射與影拍照的次數(shù)大幅減少，由于一次要求出多個被測點(diǎn)的空間坐標(biāo)，必須已知每個點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系和光路參數(shù)才能正確進(jìn)行計算，為了能準(zhǔn)確識別每個對應(yīng)點(diǎn)，應(yīng)用中須對投射光實(shí)施編碼以形成結(jié)構(gòu)光，測量前要準(zhǔn)確標(biāo)定光路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，以便計算各被測點(diǎn)的空間坐標(biāo)。線掃描與面掃描方式要面臨相似的問題，只是線掃描方式的結(jié)構(gòu)光與光路標(biāo)定相對簡單，自然被測表面的掃描速度也慢。
[0005]在面結(jié)構(gòu)光三維測量中，用所拍攝的一幅或幾幅圖像，經(jīng)運(yùn)算來確定被測表面上各點(diǎn)的空間坐標(biāo)，雖然拍攝時間很短，但數(shù)據(jù)的處理量卻極為驚人，必須解決的問題有:(I)系統(tǒng)標(biāo)定:由于空間坐標(biāo)的測量精度與投影儀和數(shù)碼相機(jī)的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)參數(shù)及相互位置關(guān)系極為密切，常要求由專業(yè)人員對系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)真、準(zhǔn)確的標(biāo)定，以確保系統(tǒng)具備足夠的精度；(2)被測點(diǎn)與像點(diǎn)的準(zhǔn)確匹配:由于一次面掃描含有許多的被測點(diǎn)，為了能準(zhǔn)確識別其中的每個點(diǎn)，人們已開發(fā)出各類光編碼方案和像解碼算法，這要求投影儀有強(qiáng)大的光編碼能力和處理器有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力。
[0006]在實(shí)踐中，面結(jié)構(gòu)光掃描的三維測量設(shè)備常表現(xiàn)為精密、昂貴和必須認(rèn)真標(biāo)定，所以有必要研發(fā)一款標(biāo)定容易、無須像點(diǎn)匹配且運(yùn)算簡單的三維表面非接觸測量系統(tǒng)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供一種三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)，將線激光的投射光切面取為數(shù)碼相機(jī)的物平面實(shí)現(xiàn)了用像點(diǎn)直接求取對應(yīng)的被測點(diǎn)空間坐標(biāo)，用在投射光切面內(nèi)設(shè)置矩形標(biāo)定標(biāo)記的方法來實(shí)現(xiàn)數(shù)碼相機(jī)的調(diào)平行、對焦和縮放系數(shù)求取，使線激光三維表面測量能進(jìn)行光路的自標(biāo)定，且無須任何的投射光編碼與像點(diǎn)匹配，可降低數(shù)據(jù)的運(yùn)算量及簡化測量系統(tǒng)。
[0008]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)，包括有自前向后依次設(shè)置的前掃描裝置、驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)及后掃描裝置，前掃描裝置、驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)及后掃描裝置均與計算機(jī)連接;前掃描裝置設(shè)置于前光路安裝梁上，驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)置于引導(dǎo)支撐單元上，后掃描裝置設(shè)置于后光路安裝梁上;前光路安裝梁、引導(dǎo)支撐單元及后光路安裝梁在同一平面內(nèi)呈平行設(shè)置，且前光路安裝梁、引導(dǎo)支撐單元及后光路安裝梁的左端均固定于左安裝座上，前光路安裝梁、引導(dǎo)支撐單元及后光路安裝梁的右端均固定于右安裝座上。
[0009]本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于:
[0010]前掃描裝置，包括有與前光路安裝梁垂直連接的自標(biāo)定板a和數(shù)碼相機(jī)a，自標(biāo)定板a上設(shè)置有線激光投射器a，線激光投射器a上設(shè)置有激光投射窗a;數(shù)碼相機(jī)a通過數(shù)據(jù)控制線與計算機(jī)連接，數(shù)碼相機(jī)a的下部連接有轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤a，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤a通過移動調(diào)節(jié)塊a與前光路安裝梁連接，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤a與移動調(diào)節(jié)塊a組成轉(zhuǎn)動副，移動調(diào)節(jié)塊a與前光路安裝梁組成移動副。
[0011]自標(biāo)定板a的一面標(biāo)記有矩定標(biāo)記a，自標(biāo)定板a的一側(cè)邊中部設(shè)置有固定夾a，線激光投射器a夾持于固定夾a內(nèi)，自標(biāo)定板a的底邊中部設(shè)置有固定槽a，自標(biāo)定板a通過固定槽a固定于前光路安裝梁上，使自標(biāo)定板a上標(biāo)記有矩定標(biāo)記a的一面面向數(shù)碼相機(jī)a，且線激光投射器a面向并靠近驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)。
[0012]后掃描裝置，包括有與后光路安裝梁垂直連接的自標(biāo)定板b和數(shù)碼相機(jī)b，自標(biāo)定板b上設(shè)置有線激光投射器b，線激光投射器b上設(shè)置有激光投射窗b;數(shù)碼相機(jī)b通過數(shù)據(jù)控制線與計算機(jī)連接，數(shù)碼相機(jī)b下部連接有轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤b，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤b通過移動調(diào)節(jié)塊b與后光路安裝梁連接，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤b與移動調(diào)節(jié)塊b組成轉(zhuǎn)動副，移動調(diào)節(jié)塊b與后光路安裝梁組成移動副。
[0013]自標(biāo)定板b的一面標(biāo)記有矩定標(biāo)記b，自標(biāo)定板b的一側(cè)邊中部設(shè)置有固定夾b，線激光投射器b夾持于固定夾b內(nèi)，自標(biāo)定板b的底邊中部設(shè)置有固定槽b，自標(biāo)定板b通過固定槽b固定于后光路安裝梁上，使自標(biāo)定板b上標(biāo)記有矩定標(biāo)記b的一面面向數(shù)碼相機(jī)b，且線激光投射器b面向并靠近驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)。
[0014]引導(dǎo)支撐單元由在同一平面內(nèi)平行設(shè)置的兩根引導(dǎo)支撐梁組成，每根引導(dǎo)支撐梁的兩端分別與左安裝座、右安裝座固接;驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)架設(shè)于兩根引導(dǎo)支撐梁之間。
[0015]驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)，包括有架設(shè)于兩根引導(dǎo)支撐梁之間移動進(jìn)給平臺以及齒形帶傳動機(jī)構(gòu)，齒形帶傳動機(jī)構(gòu)平行于兩根引導(dǎo)支撐梁;移動進(jìn)給平臺，包括有水平設(shè)置的進(jìn)給臺板，進(jìn)給臺板底部中央設(shè)置有齒形帶連接器，進(jìn)給臺板通過齒形帶連接器與齒形帶傳動機(jī)構(gòu)連接，進(jìn)給臺板底部的兩端各設(shè)置一個移動套筒，兩個移動套筒的中軸線均與齒形帶連接器平行，兩個移動套筒分別與兩根引導(dǎo)支撐梁相接，在每根引導(dǎo)支撐梁形成一個移動副，使進(jìn)給臺板能沿兩根引導(dǎo)支撐梁左右移動;齒形帶傳動機(jī)構(gòu)，包括有齒形帶、從動齒形帶輪和主動齒形帶輪，齒形帶張緊在從動齒形帶輪和主動齒形帶輪之間，并與齒形帶連接器固接，從動齒形帶輪設(shè)置于一個固定座內(nèi)，主動齒形帶輪設(shè)置于另一個固定座內(nèi)，兩個固定座分別固定于左安裝座和右安裝座上，從動齒形帶輪通過傳動軸與電機(jī)連接，主動齒形帶輪通過另一傳動軸與另一電機(jī)連接，兩個電機(jī)均通過經(jīng)數(shù)據(jù)控制線與計算機(jī)連接。
[0016]進(jìn)給臺板為矩形板。
[0017]電機(jī)采用精密步進(jìn)電機(jī)。
[0018]本實(shí)用新型的有益效果是，
[0019](I)本實(shí)用新型三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)，將線激光的投射光切面取為數(shù)碼相機(jī)的物平面，由于數(shù)碼相機(jī)的像平面與投射光的光切面平行，正確對焦后，投射光在被測表面上的影像與數(shù)碼相機(jī)在其像平面內(nèi)所成的像之間完全相似，即被測表面的影像坐標(biāo)值與像平面上像點(diǎn)的像素值之間僅存在一個縮放系數(shù)，當(dāng)縮放系數(shù)已知時，用像點(diǎn)的像素值能直接求取對應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)值，同現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)光掃描算法相比:既沒有復(fù)雜的影響因素，也無須進(jìn)行大量的幾何關(guān)系運(yùn)算，所以被測點(diǎn)的坐標(biāo)求取簡單、準(zhǔn)確。
[0020](2)本實(shí)用新型三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)，在投影光切面內(nèi)設(shè)置了矩形的標(biāo)定標(biāo)記，允許在每次掃描測量前，用該矩形標(biāo)記進(jìn)行數(shù)碼相機(jī)與投影光切面的準(zhǔn)確對焦，并能將投影光切面與數(shù)碼相機(jī)像平面調(diào)平行，且由矩形標(biāo)記的實(shí)際尺寸和成像的像素值求出成像系統(tǒng)的縮放系數(shù)，即每個像素點(diǎn)所代表的實(shí)際長度值(mm/pixel)，同現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)相比:既沒有求取數(shù)碼相機(jī)內(nèi)外部結(jié)構(gòu)參數(shù)的復(fù)雜操作，也無須設(shè)定基準(zhǔn)平面和使用專門的標(biāo)定工具，所以使用與操作方便。
[0021](3)本實(shí)用新型三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)，在掃描時可以是掃描系統(tǒng)相對于被測表面勻速移動，也可以是被測表面相對于掃描系統(tǒng)勻速移動，對被測表面的方位沒有特殊要求，僅須線掃描激光能在被測表面上正確投射和被測表面能在數(shù)碼相機(jī)內(nèi)正確成像，使該掃描系統(tǒng)具備了良好的環(huán)境適應(yīng)能力。
[0022](4)本實(shí)用新型三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)，采用兩臺掃描設(shè)備分別從被測體的相對兩面同步掃描，由于掃描相當(dāng)于三維測量中的一維，為了避免三維數(shù)據(jù)間的相互耦合，建議勻速移動方向應(yīng)與數(shù)碼相機(jī)光軸平行，當(dāng)兩臺掃描設(shè)備分別從被測體的相對兩面同步掃描時，三維表面的拼合可簡化為在投影光切面內(nèi)的二維曲線拼合，能大幅降低數(shù)據(jù)運(yùn)算量和三維表面實(shí)現(xiàn)拼合的難度。
[0023](5)本實(shí)用新型三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)，采用普通的線激光投射器，所產(chǎn)生的投射光未進(jìn)行任何編碼，由于激光器在被測表面產(chǎn)生的投影在很大范圍內(nèi)精細(xì)、穩(wěn)定，能確保掃描測量過程中數(shù)碼相機(jī)所拍攝的圖像質(zhì)量，同面掃描使用的投影儀相比:沒有投射光發(fā)散對測量精度的影響，所以測量精度相對較高。
【附圖說明】
[0024]圖1是本實(shí)用新型三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)的俯視圖；
[0025]圖2是本實(shí)用新型三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)內(nèi)前掃描裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3是本實(shí)用新型三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)內(nèi)自標(biāo)定板a的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4是本實(shí)用新型三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)內(nèi)后掃描裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5是本實(shí)用新型三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)內(nèi)自標(biāo)定板b的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖6是本實(shí)用新型三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)內(nèi)驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖7是本實(shí)用新型三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)內(nèi)移動進(jìn)給平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031 ]圖中，1.前掃描裝置，2.后掃描裝置，3.驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)，4.左安裝座，5.右安裝座，
6.前光路安裝梁，7.計算機(jī)，8.線激光投射器a，9.自標(biāo)定板a，10.數(shù)碼相機(jī)a，11.后光路安裝梁，12.移動調(diào)節(jié)塊a,13.轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤a,14.激光投射窗a，15.固定座，16.從動齒形帶輪，17.主動齒形帶輪，18.齒形帶，19.移動進(jìn)給平臺，20.引導(dǎo)支撐梁，21.電機(jī)，22.固定槽a，23.固定夾a，24.矩定標(biāo)記a，25.進(jìn)給臺板，26.齒形帶連接器，27.移動套筒，28.線激光投射器b，29.自標(biāo)定板b，30.數(shù)碼相機(jī)b ,31.移動調(diào)節(jié)塊b，32.轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤b，33.激光投射窗b，34.固定槽b，35.固定夾b，36.矩定標(biāo)記b。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0033]本實(shí)用新型三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)，如圖1所示，包括有自前向后依次設(shè)置的前掃描裝置1、驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)3及后掃描裝置2，前掃描裝置1、驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)3及后掃描裝置2均與計算機(jī)7連接;前掃描裝置I設(shè)置于前光路安裝梁6上，驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)3設(shè)置于引導(dǎo)支撐單元上，后掃描裝置2設(shè)置于后光路安裝梁11上;前光路安裝梁6、引導(dǎo)支撐單元及后光路安裝梁11在同一平面內(nèi)呈平行設(shè)置，且前光路安裝梁6、引導(dǎo)支撐單元及后光路安裝梁11的左端均固定于左安裝座4上，前光路安裝梁6、引導(dǎo)支撐單元及后光路安裝梁11的右端均固定于右安裝座5上。
[0034]前掃描裝置I，其結(jié)構(gòu)如圖1及圖2所示，包括有與前光路安裝梁6垂直連接的自標(biāo)定板a9和數(shù)碼相機(jī)alO，自標(biāo)定板a9上設(shè)置有線激光投射器a8，線激光投射器a8上設(shè)置有激光投射窗al4;數(shù)碼相機(jī)alO通過數(shù)據(jù)控制線與計算機(jī)7連接，數(shù)碼相機(jī)alO的下部連接有轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤al3，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤al3通過移動調(diào)節(jié)塊al2與前光路安裝梁6連接，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤al3與移動調(diào)節(jié)塊al2組成轉(zhuǎn)動副，移動調(diào)節(jié)塊al2與前光路安裝梁6組成移動副。
[0035]如圖3所示，自標(biāo)定板a9的一面標(biāo)記有矩定標(biāo)記a24，自標(biāo)定板a9的一側(cè)邊中部設(shè)置有固定夾a23，線激光投射器a8夾持于固定夾a23內(nèi)，自標(biāo)定板a9的底邊中部設(shè)置有固定槽a22，自標(biāo)定板a9通過固定槽a22固定于前光路安裝梁6上，使自標(biāo)定板a9上標(biāo)記有矩定標(biāo)記a24的一面面向數(shù)碼相機(jī)alO，且線激光投射器a8面向并靠近驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)3。
[0036]后掃描裝置2與前掃描裝置I的結(jié)構(gòu)相同，如圖1及圖4所示，包括有與后光路安裝梁11垂直連接的自標(biāo)定板b29和數(shù)碼相機(jī)b30，自標(biāo)定板b29上設(shè)置有線激光投射器b28，線激光投射器b28上設(shè)置有激光投射窗b33;數(shù)碼相機(jī)b30通過數(shù)據(jù)控制線與計算機(jī)7連接，數(shù)碼相機(jī)b30下部連接有轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤b32，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤b32通過移動調(diào)節(jié)塊b31與后光路安裝梁11連接，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤b32與移動調(diào)節(jié)塊b31組成轉(zhuǎn)動副，移動調(diào)節(jié)塊b31與后光路安裝梁11組成移動副。
[0037]如圖5所示，自標(biāo)定板b29的一面標(biāo)記有矩定標(biāo)記b36，自標(biāo)定板b29的一側(cè)邊中部設(shè)置有固定夾b35，線激光投射器b28夾持于固定夾b35內(nèi)，自標(biāo)定板b29的底邊中部設(shè)置有固定槽b34，自標(biāo)定板b29通過固定槽b34固定于后光路安裝梁11上，使自標(biāo)定板b29上標(biāo)記有矩定標(biāo)記b26的一面面向數(shù)碼相機(jī)b30，且線激光投射器b28面向并靠近驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)3。
[0038]如圖1及圖6所示，引導(dǎo)支撐單元由在同一平面內(nèi)平行設(shè)置的兩根引導(dǎo)支撐梁20組成，每根引導(dǎo)支撐梁20的兩端分別與左安裝座4、右安裝座5固接;驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)3架設(shè)于兩根引導(dǎo)支撐梁20之間。
[0039]驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)3，如圖1及圖6所示，包括有架設(shè)于兩根引導(dǎo)支撐梁20之間移動進(jìn)給平臺19以及齒形帶傳動機(jī)構(gòu)，齒形帶傳動機(jī)構(gòu)平行于兩根引導(dǎo)支撐梁20;移動進(jìn)給平臺19，如圖7所示，包括有水平設(shè)置的進(jìn)給臺板25，進(jìn)給臺板25底部中央設(shè)置有齒形帶連接器26，進(jìn)給臺板25通過齒形帶連接器26與齒形帶傳動機(jī)構(gòu)連接，進(jìn)給臺板25底部的兩端各設(shè)置一個移動套筒27，兩個移動套筒27的中軸線均與齒形帶連接器26平行，兩個移動套筒27分別與兩根引導(dǎo)支撐梁20相接，在每根引導(dǎo)支撐梁20形成一個移動副，使進(jìn)給臺板25能沿兩根引導(dǎo)支撐梁20左右移動;齒形帶傳動機(jī)構(gòu)，包括有齒形帶18、從動齒形帶輪16和主動齒形帶輪17，齒形帶18張緊在從動齒形帶輪16和主動齒形帶輪17之間，并與齒形帶連接器26固接，從動齒形帶輪16設(shè)置于一個固定座15內(nèi)，主動齒形帶輪17設(shè)置于另一個固定座15內(nèi)，兩個固定座15分別固定于左安裝座4和右安裝座5上，從動齒形帶輪16通過傳動軸與電機(jī)21連接，主動齒形帶輪17通過另一傳動軸與另一電機(jī)21連接，兩個電機(jī)21均通過經(jīng)數(shù)據(jù)控制線與計算機(jī)7連接。
[0040]進(jìn)給臺板25為矩形板;電機(jī)21采用精密步進(jìn)電機(jī)。
[0041]本實(shí)用新型三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)中主要部件的安裝要求具體如下:
[0042]前掃描裝置I的安裝要求:
[0043](I)前光路安裝梁6必須與自標(biāo)定板a9垂直；
[0044](2)線激光投射器a8從激光投射窗al4發(fā)出的激光必須在自標(biāo)定板a9所在的平面內(nèi)；
[0045](3)必須用轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤al3和移動調(diào)節(jié)塊al2對數(shù)碼相機(jī)alO進(jìn)行認(rèn)真調(diào)節(jié)，確保數(shù)碼相機(jī)alO的像平面與自標(biāo)定板a9平行，并且投射線激光能在數(shù)碼相機(jī)alO中清晰成像應(yīng)，同時給出數(shù)碼相機(jī)alO的縮放系數(shù)。
[0046]后掃描裝置2的安裝要求:
[0047](I)前光路安裝梁28必須與自標(biāo)定板b29垂直；
[0048](2)線激光投射器b28從激光投射窗b33發(fā)出的激光必須在自標(biāo)定板b29所在的平面內(nèi)；
[0049](3)必須用轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤b32和移動調(diào)節(jié)塊b31對數(shù)碼相機(jī)b30進(jìn)行認(rèn)真調(diào)節(jié)，確保數(shù)碼相機(jī)b30的像平面與自標(biāo)定板b29平行，并且投射線激光能在數(shù)碼相機(jī)b30中清晰成像應(yīng)，同時給出數(shù)碼相機(jī)b30的縮放系數(shù)。
[0050]驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)3的安裝要求:
[0051](I)兩根引導(dǎo)支撐梁20應(yīng)相互平行且位于同一水平面內(nèi)；
[0052](2)引導(dǎo)支撐梁20與移動套筒27的配合精度應(yīng)盡可能高；
[0053](3)齒形帶傳動機(jī)構(gòu)必須水平布置且齒形帶18的上邊應(yīng)與引導(dǎo)支撐梁20平行。
[0054]本實(shí)用新型三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)，其具體工作流程如下:
[0055]將被測表面擺放在驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)3中的移動進(jìn)給平臺19上，調(diào)整前掃描裝置I和后掃描裝置2，使前掃描裝置I內(nèi)的自標(biāo)定板a和后掃描裝置2的自標(biāo)定板b29在同一平面內(nèi)，向被測表面投射的線激光能在數(shù)碼相機(jī)alO和數(shù)碼相機(jī)b30中清晰成像，運(yùn)行計算機(jī)7中的控制程序，驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)3便能讓被測表面勻速直線移動，前掃描裝置I中的數(shù)碼相機(jī)alO與后掃描裝置2中的數(shù)碼相機(jī)b30便能對被測表面進(jìn)行同步拍攝掃描，傳送至計算機(jī)7內(nèi)后，由計算機(jī)7對圖像數(shù)據(jù)處理，之后便能再現(xiàn)被測表面的空間結(jié)構(gòu)。
[0056]本實(shí)用新型三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)，將線激光的投射光切面取為數(shù)碼相機(jī)的物平面實(shí)現(xiàn)了用像點(diǎn)直接求取對應(yīng)的被測點(diǎn)空間坐標(biāo)，用在投射光切面內(nèi)設(shè)置矩形標(biāo)定標(biāo)記的方法來實(shí)現(xiàn)數(shù)碼相機(jī)的調(diào)平行、對焦和縮放系數(shù)求取，使線激光三維表面測量能進(jìn)行光路的自標(biāo)定，且無須任何的投射光編碼與像點(diǎn)匹配，可降低數(shù)據(jù)的運(yùn)算量及簡化測量系統(tǒng)。
【主權(quán)項】
1.三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)，其特征在于，包括有自前向后依次設(shè)置的前掃描裝置(I)、驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)(3)及后掃描裝置(2)，前掃描裝置(1)、驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)(3)及后掃描裝置(2)均與計算機(jī)(7)連接;所述前掃描裝置(I)設(shè)置于前光路安裝梁(6)上，驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)(3)設(shè)置于引導(dǎo)支撐單元上，所述后掃描裝置(2)設(shè)置于后光路安裝梁(11)上;所述前光路安裝梁(6)、引導(dǎo)支撐單元及后光路安裝梁(11)在同一平面內(nèi)呈平行設(shè)置，且前光路安裝梁(6)、引導(dǎo)支撐單元及后光路安裝梁(11)的左端均固定于左安裝座(4)上，前光路安裝梁(6)、引導(dǎo)支撐單元及后光路安裝梁(11)的右端均固定于右安裝座(5)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)，其特征在于，所述前掃描裝置(I)，包括有與前光路安裝梁(6)垂直連接的自標(biāo)定板a(9)和數(shù)碼相機(jī)a(10)，所述自標(biāo)定板a(9)上設(shè)置有線激光投射器a(8)，所述線激光投射器a(8)上設(shè)置有激光投射窗a(14)； 所述數(shù)碼相機(jī)a(10)通過數(shù)據(jù)控制線與計算機(jī)(7)連接，所述數(shù)碼相機(jī)a(10)的下部連接有轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤a(13)，所述轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤a(13)通過移動調(diào)節(jié)塊a(12)與前光路安裝梁(6)連接，所述轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤a(13)與移動調(diào)節(jié)塊a(12)組成轉(zhuǎn)動副，所述移動調(diào)節(jié)塊a(12)與前光路安裝梁(6)組成移動副。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)，其特征在于，所述自標(biāo)定板a(9)的一面標(biāo)記有矩定標(biāo)記a(24)，所述自標(biāo)定板a(9)的一側(cè)邊中部設(shè)置有固定夾a(23)，所述線激光投射器a(8)夾持于固定夾a(23)內(nèi)，所述自標(biāo)定板a(9)的底邊中部設(shè)置有固定槽a(22)，所述自標(biāo)定板a(9)通過固定槽a(22)固定于前光路安裝梁(6)上，使自標(biāo)定板a(9)上標(biāo)記有矩定標(biāo)記a(24)的一面面向數(shù)碼相機(jī)a(10)，且線激光投射器a(8)面向并靠近驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)(3)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)，其特征在于，所述后掃描裝置(2)，包括有與后光路安裝梁(11)垂直連接的自標(biāo)定板b(29)和數(shù)碼相機(jī)b(30)，所述自標(biāo)定板b(29)上設(shè)置有線激光投射器b(28)，所述線激光投射器b(28)上設(shè)置有激光投射窗b(33)； 所述數(shù)碼相機(jī)b(30)通過數(shù)據(jù)控制線與計算機(jī)(7)連接，所述數(shù)碼相機(jī)b(30)下部連接有轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤b(32)，所述轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤b(32)通過移動調(diào)節(jié)塊b(31)與后光路安裝梁(11)連接，所述轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤b(32)與移動調(diào)節(jié)塊b(31)組成轉(zhuǎn)動副，所述移動調(diào)節(jié)塊b(31)與后光路安裝梁(11)組成移動副。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)，其特征在于，所述自標(biāo)定板b(29)的一面標(biāo)記有矩定標(biāo)記b(36)，所述自標(biāo)定板b(29)的一側(cè)邊中部設(shè)置有固定夾b(35)，所述線激光投射器b(28)夾持于固定夾b(35)內(nèi)，所述自標(biāo)定板b(29)的底邊中部設(shè)置有固定槽b(34)，所述自標(biāo)定板b(29)通過固定槽b(34)固定于后光路安裝梁(11)上，使自標(biāo)定板b(29)上標(biāo)記有矩定標(biāo)記b(26)的一面面向數(shù)碼相機(jī)b(30)，且線激光投射器b(28)面向并靠近驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)(3)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)，其特征在于，所述引導(dǎo)支撐單元由在同一平面內(nèi)平行設(shè)置的兩根引導(dǎo)支撐梁(20)組成，每根所述引導(dǎo)支撐梁(20)的兩端分別與左安裝座(4)、右安裝座(5)固接;所述驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)(3)架設(shè)于兩根引導(dǎo)支撐梁(20)之間。7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)(3)，包括有架設(shè)于兩根引導(dǎo)支撐梁(20)之間移動進(jìn)給平臺(19)以及齒形帶傳動機(jī)構(gòu)，所述齒形帶傳動機(jī)構(gòu)平行于兩根引導(dǎo)支撐梁(20); 所述移動進(jìn)給平臺(19)，包括有水平設(shè)置的進(jìn)給臺板(25)，所述進(jìn)給臺板(25)底部中央設(shè)置有齒形帶連接器(26)，所述進(jìn)給臺板(25)通過齒形帶連接器(26)與齒形帶傳動機(jī)構(gòu)連接，所述進(jìn)給臺板(25)底部的兩端各設(shè)置一個移動套筒(27)，兩個移動套筒(27)的中軸線均與齒形帶連接器(26)平行，兩個移動套筒(27)分別與兩根引導(dǎo)支撐梁(20)相接，在每根引導(dǎo)支撐梁(20)形成一個移動副，使進(jìn)給臺板(25)能沿兩根引導(dǎo)支撐梁(20)左右移動； 所述齒形帶傳動機(jī)構(gòu)，包括有齒形帶(18)、從動齒形帶輪(16)和主動齒形帶輪(17)，所述齒形帶(18)張緊在從動齒形帶輪(16)和主動齒形帶輪(17)之間，并與所述齒形帶連接器(26)固接，所述從動齒形帶輪(16)設(shè)置于一個固定座(15)內(nèi)，所述主動齒形帶輪(17)設(shè)置于另一個固定座(15)內(nèi)，兩個固定座(15)分別固定于左安裝座(4)和右安裝座(5)上，所述從動齒形帶輪(16)通過傳動軸與電機(jī)(21)連接，所述主動齒形帶輪(17)通過另一傳動軸與另一電機(jī)(21)連接，兩個電機(jī)(21)均通過經(jīng)數(shù)據(jù)控制線與計算機(jī)(7)連接。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)，其特征在于，所述進(jìn)給臺板(25)為矩形板。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三維表面激光線掃描非接觸測量系統(tǒng)，其特征在于，所述電機(jī)(21)采用精密步進(jìn)電機(jī)。
【文檔編號】G01B11/24GK205505992SQ201620217177
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月21日
【發(fā)明人】汪成龍, 王祥
【申請人】西安工程大學(xué)