CN102620684B - 三维形貌痕迹比对测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种物体表面形貌重建的非接触式测量装置，特别是涉及刑侦证据如枪弹、工具痕迹鉴识的三维形貌痕迹比对测量仪，包括基座（1）、立柱（2）、云台（5）、显微摄像机（3）和显微投影仪（4）。本发明的优点是通过对观测样本进行非接触式测量，视场可变，分辨率可调，采用电动、手动相结合的多维调焦云台及多种夹具，以适用于多种检材夹持和测量姿态调整的需要，其结构合理、性能稳定、操作简便。

Description

三维形貌痕迹比对测量仪

技术领域

本发明涉及物体表面形貌重建的非接触式测量装置，特别涉及刑侦证据如枪弹、工具痕迹鉴识的三维形貌痕迹比对测量仪。

背景技术

目前对刑侦物证，如枪弹的弹头、弹壳及工具线条痕迹等方面的比对和检测，尚处在以实物样本存储来分析的状况，对痕迹信息的检测仍停留在借助单一仪器直接观察二维图像比对的技术层面上，无法解决在三维空间物体形貌技术和痕迹比对技术中存在的精确定位测量难题。

近年来，随着原先主要用于工程方面的物体表面三维形貌重建的非接触检测技术的成熟及发展，现在已经出现有将物体三维形貌重建的非接触移相检测技术，应用于刑侦物证三维形貌重建的测量装置，它是基于投影条纹原理而设计的，其中条纹投影仪将电脑产生的正弦强度光栅条纹投射于物体上，CCD摄像机将含有被测物面大量信息的条纹图像采集回来，计算机利用相移技术及二进制编码技术，计算求得相对应点的高度值，进而重建出被测物面的表面形貌。该装置的CCD摄像机及条纹投影仪以及物证工作台通过支架安装于底座上，但由于该装置硬件结构简单，其功能尚不完善，如CCD摄像机、条纹投影仪以及物证工作台的调整精度较低，影响力测量精度及效率。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术硬件部分中存在的调整精度较低的缺陷，提供的一种三维形貌痕迹比对测量装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种三维形貌痕迹比对测量仪，其特征在于包括： 

a、基座；

b、立柱，设置于基座上平面，立柱内设有快速升降装置，快速升降装置上连接微调升降装置；

c、显微摄像机，它通过摄像机支架与微调升降装置联接；

d、投影仪，它通过五维调节装置连接于摄像机支架上；

e、云台，设置在基座的上平面，云台包括二维移动台，二维移动台上面连接一个横向角位台，横向角位台上面连接一个纵向角位台，纵向角位台上面连接一个旋转台，旋转台上设有工件夹具。所述的二维移动台、横向角位台、纵向角位台及旋转台都是公知产品，其两两之间采用定位销配合联接最终实现云台具有沿X、Y轴的二维平移、绕Z轴的正交角位调整及360度旋转功能。

在上述技术方案的基础上，可以有一下进一步的技术方案：

所述快速升降装置包括：设置在立柱内的步进丝杆，步进丝杆上端与设置在立柱上方的步进电机连接，步进丝杆上连接第一滑块螺母，第一滑块螺母与微调升降装置连接。

所述微调升降装置包括：与第一滑块螺母连接的盖板，盖板上连接一个微调箱，微调箱中设有带有手轮的蜗杆，蜗杆与涡轮啮合，涡轮中连接一根垂直螺杆，垂直螺杆与第二滑块螺母连接配合，第二滑块螺母与摄像机支架连接。

所述五维调节装置包括：

连接于摄像机支架上的箱体，箱体中垂直方向设有手轮丝杆，手轮丝杆上连接第三滑块螺母，第三滑块螺母上连接一个垂直移动块，垂直移动块中设置固定一个横向螺母，通过手轮丝杆带动第三滑块螺母垂直移动，实现Y向（垂直方向）的调整。

另设置一个横向移动块，横向手轮螺杆穿过横向移动块、并且横向手轮螺杆的螺杆部分与横向固定螺母连接配合，通过手轮螺杆与横向固定螺母配合，横向移动块侧面连接一个导向板, 导向板上设有导向槽，定位螺钉穿过导向槽与垂直移动块中的螺钉孔连接配合，实现横向移动块X向（横向）的调整。横向移动块上连接一个纵向螺杆，纵向螺杆与手轮螺母套筒中的螺母部分连接配合，手轮螺母套筒中的套筒上设有环形槽。 

一个调节板一侧设有连接孔与手轮螺母套筒连接配合，并由调节板中设置的定位螺钉与环形槽形成定位配合，调节板中部设有投影仪连接孔，调节板另一侧设有紧定螺钉与投影仪连接孔配合，通过手轮螺母套筒与纵向螺杆配合带动调节板Z向（纵向）调整，通过手轮螺母套筒与调节板中连接孔及定位螺钉的配合，实现周向调整。

另外，在显微摄像机下端联接有弧形光源支架，弧形光源支架下端设有可调节角度的聚光灯与显微摄像机配合，使聚光灯光线照射到夹具中的物体上。

使用时，将带有观测样本的夹具置于旋转台上，将光源接在光源座上，启动立柱组件的步进电机，快速调整显微摄像组件及显微投影组件的大致高度，调整光源座角度使光源对准观测样本，使用粗微调升降装置调整显微摄像组件的高度以获得清晰的对焦；使用调节丝杆调整显微投影组件的高度，使用调节螺杆调整显微投影组件的左右位置，使用调节旋钮调整显微投影组件的前后位置，通过控制阶梯轴轴端的圆柱面上开设平面的斜度可以调整显微投影组件的投影方向。在观测过程中，尚需要对云台组件上的观测样本进行位置调整，可以使用整体二维平台实现样本在X、Y轴向的平移，使用配对角位台实现样本绕Z轴的正交方位小角度调整，使用旋转台实现样本在XY平面上360度范围内的旋转。

采用本发明的优点是通过非接触式测量，视场可变，分辨率可调，采用电动、手动相结合的多维调焦云台及多种夹具，以适用于多种检材夹持和测量姿态调整的需要，其结构合理、性能稳定、操作简便，可用于微电子微机械精密件质量检测，从而提高质量检验技术水平和工作效率。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的快速升降装置及微调升降装置剖视图；

图3是本发明的五维调节装置的立体图；

图4是本发明的五维调节装置另一个侧面的立体图；

图5是本发明的五维调节装置的Y向及X向调整结构原理图；

图6是本发明的五维调节装置的Z向调整结构原理图；

图7是本发明的云台立体结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明：

如图1，为本发明提供的一种三维形貌痕迹比对测量仪，包括基座1、立柱2、显微摄像机3、投影仪4、云台5，以下分别对上述五个部分进行详细描述： 

a、基座1，结构明了，不需进一步说明；

b、立柱2，设置于基座上平面后侧位置，立柱内设有快速升降装置2a，快速升降装置2a上连接微调升降装置2b。

参见图2，所述快速升降装置2a包括：设置在立柱2内腔体中的步进丝杆202，步进丝杆202上端与设置在立柱上方的步进电机201连接，步进丝杆202上连接第一滑块螺母203，第一滑块螺母203与微调升降装置2b连接，当步进电机转动时，带动步进丝杆转动，则第一滑块螺母203沿着立柱2的内腔上下移动，而第一滑块螺母203则与盖板209连接，它一方面起到连接微调升降装置2b的作用，另一方面起到封盖立柱2内腔体的作用。

所述微调升降装置2b包括：与第一滑块螺母203连接的盖板209，盖板209上连接一个微调箱204，微调箱中设有带有手轮的蜗杆205，蜗杆205与涡轮206啮合，涡轮中连接一根垂直螺杆207，垂直螺杆与第二滑块螺母208连接配合，第二滑块螺母208与L形的摄像机支架3a连接，通过转动带有手轮的蜗杆205，最终可以带动第二滑块螺母208上下移动，使摄像机支架3a达到上下微量位移调整的目的。

c、显微摄像机3，它是公知技术，如图1、图2所示，它连接于L形的摄像机支架3a上边的孔中。在显微摄像机下端联接有可以绕摄像机轴心转动的弧形光源支架8，弧形光源支架下端设有可调节角度的聚光灯8a与显微摄像机配合，使聚光灯8a光线可以以任何角度照射到夹具6中的被测物上。

d、投影仪4，它通过五维调节装置7连接于摄像机支架3a上。

参见图3、图4、图5及图6，所述五维调节装置7包括：

连接于摄像机支架3a上的箱体701，箱体701中垂直方向设有手轮丝杆707，手轮丝杆707上连接第三滑块螺母702，第三滑块螺母702上连接一个垂直移动块703，垂直移动块703中设置固定一个横向螺母704，通过手轮丝杆707、第三滑块螺母702的转动配合，带动垂直移动块703的垂直移动，实现Y向（垂直方向）的调整。

另设置一个横向移动块705，横向手轮螺杆706穿过横向移动块、并且横向手轮螺杆706的螺杆部分与横向螺母704连接配合，横向移动块705侧面连接一个导向板75a, 导向板75a上设有导向槽75b，定位螺钉75c穿过导向槽75b与垂直移动块703中的螺钉孔连接配合；通过转动横向手轮螺杆706可以带动横向移动块705在X方向移动，然后由定位螺钉75c固定调整好的位置。

如图6所示，横向移动块705上连接一个纵向螺杆708，纵向螺杆708与手轮螺母套筒709中的螺母部分连接配合，手轮螺母套筒709中的套筒上设有环形槽711。调节板712一侧设置的连接孔710与手轮螺母套筒709连接配合，并由调节板712中设置的定位螺钉713与环形槽711形成定位配合，通过旋转手轮螺母套筒709与纵向螺杆708配合，可以带动调节板712在纵向（Z向）移动，另一方面通过手轮螺母套筒与调节板712中连接孔710及定位螺钉713的配合，还可以调整调节板轴向的旋转角度（周向调整），最终实现投影仪的四维调整功能。

调节板712中部设有投影仪连接孔714，连接孔714中设有投影仪4，调节板712另一侧设有紧定螺钉715与投影仪连接孔配合将投影仪固定。 

e、云台5，如图1、图7所示，它设置在基座的上平面。

云台5包括二维移动台501，二维移动台501上面连接一个横向角位台502，它可以在XY平面内调整角度；横向角位台502上面连接一个纵向角位台503，它可以在YZ平面内调整角度；纵向角位台503上面连接一个旋转台504，它可以在XZ平面内旋转角度；旋转台504上连有有工件夹具6，夹具6中装夹有被测物证。

所述二维移动台、横向角位台、纵向角位台及旋转台都是公知产品，其两两之间采用定位销配合联接，最终实现云台具有沿X、Y轴的二维平移、绕Z轴的正交角位调整及360度旋转功能。

Claims (2)

1.一种三维形貌痕迹比对测量仪，包括：

a、基座（1）；

b、立柱（2），它设置于基座上平面，立柱内设有快速升降装置（2a），快速升降装置（2a）上连接微调升降装置（2b）；

c、显微摄像机（3），它通过摄像机支架（3a）与微调升降装置（2b）联接；

d、投影仪（4），它通过五维调节装置（7）连接于摄像机支架（3a）上； 

e、云台（5），设置在基座的上平面，云台（5）包括二维移动台（501），二维移动台（501）上面连接一个横向角位台（502），横向角位台（502）上面连接一个纵向角位台（503），纵向角位台（503）上面连接一个旋转台（504），旋转台（504）上连有工件夹具（6）；

其特征在于：

所述快速升降装置（2a）包括：设置在立柱（2）内的步进丝杆（202），步进丝杆（202）上端与设置在立柱上方的步进电机（201）连接，步进丝杆（202）上连接第一滑块螺母（203），第一滑块螺母（203）与微调升降装置（2b）连接；

所述微调升降装置（2b）包括：与第一滑块螺母（203）连接的盖板（209），盖板（209）上连接一个微调箱（204），微调箱中设有带有手轮的蜗杆（205），蜗杆（205）与涡轮（206）啮合，涡轮中连接一根垂直螺杆（207），垂直螺杆与第二滑块螺母（208）连接配合，第二滑块螺母（208）与摄像机支架（3a）连接；

所述的五维调节装置（7）包括：连接于摄像机支架（3a）上的箱体（701），箱体（701）中垂直方向设有手轮丝杆（707），手轮丝杆（707）上连接第三滑块螺母（702），第三滑块螺母（702）上连接一个垂直移动块（703），垂直移动块（703）中设置固定一个横向螺母（704）；

另设置一个横向移动块（705），横向手轮螺杆（706）穿过横向移动块、并且横向手轮螺杆（706）的螺杆部分与横向螺母（704）连接配合，横向移动块（705）侧面连接一个导向板（75a）, 导向板（75a）上设有导向槽（75b），定位螺钉（75c）穿过导向槽（75b）与垂直移动块（703）中的螺钉孔连接配合；横向移动块（705）上连接一个纵向螺杆（708），纵向螺杆（708）与手轮螺母套筒（709）中的螺母部分连接配合，手轮螺母套筒（709）中的套筒上设有环形槽（711）；调节板（712），调节板（712）一侧设有连接孔（710）与手轮螺母套筒（709）连接配合，并由调节板（712）中设置的定位螺钉（713）与环形槽（711）形成定位配合，调节板（712）中部设有投影仪连接孔（714），调节板（712）另一侧设有紧定螺钉（715）与投影仪连接孔配合。

2.根据权利要求1所述的三维形貌痕迹比对测量仪，其特征在于：显微摄像机下端联接有弧形光源支架（8），弧形光源支架下端设有可调节角度的聚光灯（8a）与显微摄像机配合。