CN102168946B - 顶端嵌入微距传感器的自动触发式测量笔 - Google Patents
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Abstract
一种顶端嵌入微距传感器的自动触发式测量笔，包括结构部分和电路部分，所述结构部分包括适合人手及机械手的手柄、笔身、前面板、测座、电感式接近开关和测针；所述手柄设在笔身上，电路部分设在笔身内；所述前面板包括上、下两部分，前面板下部分厚度小于面板上部分；测针通过测座连在前面板下部分的下方；前面板下部分的前表面设有多个位置固定的回光反射标志点；前面板的上部分的下方嵌有电感式接近开关，前面板下部分的上方设有与该接近开关对应的金属板；所述电感式接近开关的输出端与所述电路部分的信号输入端连接；前面板上部分固定在笔身表面；前面板下部分的背部以及笔身上设有对应的滑轨和滑槽，前面板下部分与笔身滑动连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有触觉感知、传感测量、机械手等技术的测量模块，是基于视觉的自动触发式三维测量装置的关键模块。
技术背景
常用的测量技术一般有两种，一种是接触式的，另一种是非接触式的。基于视觉的测量作为非接触式测量技术，是近年来测量领域的新趋势。随着光学技术的发展，CCD因其良好的性能为人们所青睐，采用CCD的非接触式的测量仪器得到了较快发展。它以图像处理、机器视觉为核心技术，融合了无线传输、嵌入式系统、传感器等技术，在工程机械、船舶、航空航天等领域中有着广泛的应用前景。
手持式测量笔产品的市场被国外几家品牌所占领，如挪威的迈卓诺、瑞士的莱卡、加拿大的HandyProbe等公司等。国内也有单位和高校研究手持便携式的同类测量仪器。但目前手持式测量笔在使用中存在的局限性主要有：①由人来操作，主观因素比较大，在测量时存在用力过大或用力过小的情况，把握不好压力大小，容易引起测量笔和被测物的摩擦和测量误差；②手持式自动化程度不高，测量人员找点测量，重复劳动，容易产生疲劳，效率低下；③手持式测量笔对环境要求相对较高，如当空间内温度过高或有有毒气体时等比较恶劣的工作条件下，测量人员不便入内。
技术内容
本发明针对目前光笔测量系统存在的不足，设计一种具有微距变化感知功能的测量笔，并将该笔应用于三维视觉测量系统，实现自动触发测量，同时适用于人工操作和机械手操作，在这个基础上精度也能够满足测量要求。
本发明具体技术方案如下：
一种顶端嵌入微距传感器的自动触发式测量笔，包括结构部分和电路部分，所述结构部分包括适合人手及机械手的手柄、笔身、前面板、测座、电感式接近开关和测针；所述手柄设在笔身上，电路部分设在笔身内；
所述前面板包括上、下两部分，前面板下部分厚度小于面板上部分；测针通过测座连在前面板下部分的下方；前面板下部分的前表面设有多个位置固定的回光反射标志点；
前面板的上部分的下方嵌有电感式接近开关，前面板下部分的上方设有与该接近开关对应的金属板；所述电感式接近开关的输出端与所述电路部分的信号输入端连接；前面板上部分固定在笔身表面；
前面板下部分的背部以及笔身上设有对应的滑轨和滑槽，前面板下部分与笔身滑动连接。
所述前面板下部分的材质是碳纤维。
所述测针可以是垂直型测针或直角折角测针。
所述电路部分包括电源、驱动电路、LED电路和无线信号收发电路；所述驱动电路的使能端连接所述电感式接近开关的信号输出端；所述电源经驱动电路后连接LED电路；所述无线信号收发电路的电源端连接所述电源的输出端；所述无线信号收发电路的使能端连接所述电感式接近开关的信号输出端。
附图说明
附图1是基于测量笔的三维视觉测量原理图；
附图2是测量笔外形前视图；
附图3是测量笔侧面结构示意图；
附图4是电路部分原理示意图；
图中，1是笔身、2是前面板上部分、3是前面板下部分、4是接近开关、5是金属板、6是滑槽、7是滑轨、8是测针、9是手柄、10是回光反射标志点、11是测座。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本技术方案作进一步说明：
参考图1，本技术方案的工作原理为：测量笔在人工或机械手的操作下移向被测点，当到达目标点时，前面板下部分沿滑槽向上运动，超过接近开关阈值时，接近开关被触发，并发出一组电压信号，通过无线传输控制机械手停止运动，并触发光源、CCD摄像机及图像采集模块依次动作。由于测量笔笔身上有回光反射标志点，在光源的照射下，笔身其他部位和回光反射标志点部位反射到摄像机中光的强度不一样，摄像机拍摄到的图片中回光反射标志点处有若干亮点。应用专门的处理软件对回光反射标志点和测针图像进行分析折算，获得被测点三维世界坐标。
本自动触发式测量笔如图2所示，主要组成部分包括手柄(适合人手及机械手)、碳纤维材质前面板、前面板上贴若干回光反射标志点[3]、测座、接近开关和测针，笔身内部嵌有信号传输，无线发射、接收模块等构成的电路部分。
本测量笔前面板由上下两部分组成，上半部分为厚度L1(取L1在10mm左右)的长方体，下半部分厚度为L2的碳纤维面板(L2为2mm)。
选择圆柱型电感式接近开关作为微距传感器，接近开关是用于非接触检测金属物体的一种最具性价比的解决方案。具有优秀的重复精度，可靠性极高，以其无磨损运行和耐高温、噪声和光，使用寿命长为特点。该传感器嵌入到前面板上部，前面板下部分与接近开关对应的位置上按放一个金属板。当上、下部前面板相接近并超过工作距离(可选在5mm～10mm)时，输出电压信号。
如图3所示，将测量笔后部的笔身作为支架，笔身和碳纤维板相接的表面中间设有长度为H1、宽度为W1的滑槽。测量笔的前面板下部分的背面有滑轨，滑轨嵌入到笔身的滑槽中，在测针的测头受到向上的作用力FV＞mg(m为前面板下部分、测针和测座的总质量，g为重力加速度)时，测针和前面板下部分整体沿凹槽向上移动。在测量期间，测针和回光反射标志点相对位置始终保持不变，确保可以进行三维坐标折算。
参考图1，由本测量笔构成的视觉测量系统中，测量笔同时适合人工手持操作和机械手持操作。当由程序控制机械手操作测量笔时，测量点及到达每个测量点的路径是预先设置的。机械手臂遵循规划的路径，以较高速度携测量笔运动，当测头距离接近待测目标点时，将速度降低到低速，直到与被测点相接触。测量笔移动速度最大能达到0.5m/s，最小时能达到0.02m/s。远离测量点时机械手运动速度比较大，工作效率有保证；接近测量点时速度很小，这个方式可以使得测针移动时力度均匀。
参考图4，所述电路部分包括电源、驱动电路、LED电路和无线信号收发电路；所述驱动电路的使能端连接所述电感式接近开关的信号输出端；所述电源经驱动电路后连接LED电路；所述无线信号收发电路的电源端连接所述电源的输出端；所述无线信号收发电路的使能端连接所述电感式接近开关的信号输出端。
规划机械手臂的路径时，确保测头与目标点产生作用力与水平方向的夹角θ大于0度。当测针触碰到被测物，产生向上的作用力，面板向上移动，接近开关动作，输出电压信号。此时，接触指示灯亮，同时触发无线模块发送信号至计算机，光源开启，经过0.5s延时后，工作站采集图像。
图像采集结束后工作站发信号至机械手臂，进行下一个测量点采集。
Claims (4)
1.一种顶端嵌入微距传感器的自动触发式测量笔，其特征是包括结构部分和电路部分，所述结构部分包括适合人手及机械手的手柄、笔身、前面板、测座、电感式接近开关和测针；所述手柄设在笔身上，电路部分设在笔身内；
所述前面板包括上、下两部分，前面板下部分厚度小于前面板上部分；测针通过测座连在前面板下部分的下方；前面板下部分的前表面设有多个位置固定的回光反射标志点；
前面板的上部分的下方嵌有电感式接近开关，前面板下部分的上方设有与该接近开关对应的金属板；所述电感式接近开关的输出端与所述电路部分的信号输入端连接；前面板上部分固定在笔身表面；
前面板下部分的背部以及笔身上设有对应的滑轨和滑槽，前面板下部分滑轨与笔身滑槽滑动连接。
2.根据权利要求1所述的顶端嵌入微距传感器的自动触发式测量笔，其特征是所述前面板下部分的材质是碳纤维。
3.根据权利要求1所述的顶端嵌入微距传感器的自动触发式测量笔，其特征是所述测针为垂直型测针或直角折角测针。
4.根据权利要求1所述的顶端嵌入微距传感器的自动触发式测量笔，其特征是所述电路部分包括电源、驱动电路、LED电路和无线信号收发电路；所述驱动电路的使能端连接所述电感式接近开关的信号输出端；所述电源经驱动电路后连接LED电路；所述无线信号收发电路的电源端连接所述电源的输出端；所述无线信号收发电路的使能端连接所述电感式接近开关的信号输出端。
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