CN104374316B - 具有激光扫描功能的影像测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有激光扫描功能的影像测量装置，包括基座、LED 上灯光源、测量工作台、立柱、激光扫描系统、影像测量系统和Z轴驱动机构，所述激光扫描系统主要包括步进电机、激光发射头和激光收集传感器，下方具有调焦镜头的所述影像镜套筒安装于Z轴驱动机构上，此Z轴驱动机构固定于立柱的前侧面；所述调焦镜头的下端固定有LED 上灯光源，所述测量工作台的玻璃台面下安装有LED 轮廓光源，LED灯珠嵌入斜孔内，此斜孔与灯板的中轴线的夹角为锐角；若干个红色LED灯珠、黄色LED灯珠、蓝色LED灯珠和绿色LED灯珠由内向外排列形成至少四个LED灯环。本发明大大增加了测量的精度和速度，测量系统得到更为清晰的图像效果，并增强了影像界限，从而提高了测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种精密测量装置，尤其涉及一种具有激光扫描功能的影像测量装置。
背景技术
影像测量仪是集光、机、电、计算机图像技术于一体的新型高精度、高科技测量仪器。由光学显微镜对待测物体进行高倍率光学放大成像，经过 CCD 摄像系统将放大后的物体影像送入计算机后，能高效地检测各种复杂工件的轮廓和表面形状尺寸、角度及位置，特别是精密零部件的微观检测与质量控制。可将测量数据直接输入到 AUTOCAD 中，成为完整的工程图，图形可生成 DXF 文档，也可输入到WORD、EXCEL 中，进行统计分析，可划出简单的 Xbar-S 管制图，求出Ca, 等各种参数。
其中，光源照明系统是影像测量系统中最关键的部分之一，其主要目标是以合适的方式将光线投射到被测物体上，突出被测特征部分的对比度。光源对成像质量有很大的影响，光源的均匀性、几何形状、光照强度、光照方向、波长等因素都会直接影响到测量结果，它往往是整个系统成败的关键，这就要求光源与照明方案的配合应尽可能地突出物体特征量，在物体需要检测的部分与不重要部分之间应尽可能地产生明显的区别，增加对比度，同时还应保证足够的整体亮度。
现有影像测量仪，往往存在以下技术问题：（1）对于材质柔软的工件则无法保证其精度和高效性；（2）针对纯白色、透明和低反射工件时，边缘对比度低的问题，精度大大降低；（3）花点和过度曝光隐藏图像重要的信息，阴影造成边缘的误检；信噪比的降低以及不均匀的照明导致图像处理阈值选择的困难。因此，如何克服上述技术问题成为本领域技术人员努力的方向。
发明内容
本发明提供一种具有激光扫描功能的影像测量装置，此影像测量装置大大增加了测量的精度和速度，解决了柔软工件的测量难题，解决了针对纯白色、透明和低反射工件时，边缘对比度低的问题，采用红色、黄色、蓝色和绿色四种LED灯珠并结合与灯光源中轴线的多种夹角搭配，大大提高了影响边沿的对比度，使测量系统得到更为清晰的图像效果，并增强了影像界限，从而提高了测量精度。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有激光扫描功能的影像测量装置，包括基座、LED 上灯光源、测量工作台、立柱、激光扫描系统、影像测量系统和Z轴驱动机构，所述激光扫描系统主要包括步进电机、激光发射头和激光收集传感器，所述步进电机下方通过传动轴连接有激光发射头和激光收集传感器，所述激光发射头的信号控制端与电脑反馈端相连，且步进电机的信号控制端和激光发射头的反馈端与电脑相连；
所述影像测量系统包括影像镜套筒、CCD 摄像机和LED 上灯光源，下方具有调焦镜头的所述影像镜套筒安装于Z轴驱动机构上，此Z轴驱动机构固定于立柱的前侧面；一CCD摄像机设置在影像镜套筒内，该CCD 摄像机与电脑电连接；所述调焦镜头的下端固定有LED上灯光源，所述测量工作台的玻璃台面下安装有LED 轮廓光源；
所述LED 上灯光源包括灯座、电路板、灯板、电连接到电路板的若干个红色LED灯珠、黄色LED灯珠、蓝色LED灯珠和绿色LED灯珠，此灯板开设有若干个斜孔，所述LED灯珠嵌入斜孔内， LED灯珠与斜孔一一对应嵌装，此斜孔与灯板的中轴线的夹角为锐角；若干个红色LED灯珠、黄色LED灯珠、蓝色LED灯珠和绿色LED灯珠由内向外排列形成至少四个LED灯环，所述至少四个LED灯环沿周向依次分为第一区、第二区、第三区和第四区，所述第一区内均为红色LED灯珠，所述第二区内均为黄色LED灯珠，所述第三区内均为蓝色LED灯珠，所述第四区内均为绿色LED灯珠；
所述四个LED灯环中第一LED灯环内的LED灯珠与测量工作台的夹角为70~85°，所述四个LED灯环中第二LED灯环内的LED灯珠与测量工作台的夹角为65~70°，所述四个LED灯环中第三LED灯环内的LED灯珠与测量工作台的夹角为52~65°，所述四个LED灯环中第四LED灯环内的LED灯珠与测量工作台的夹角为42~55°，第一、第二、第三和第四LED灯环由内向外设置。
上述技术方案中进一步的改进技术方案如下：
1. 上述方案中，若干个红色LED灯珠、黄色LED灯珠、蓝色LED灯珠和绿色LED灯珠由内向外排列形成五个LED灯环。
2. 上述方案中，所述五个LED灯环中第一LED灯环内的LED灯珠与LED 上灯光源中轴线的夹角为74~76°，所述四个LED灯环中第二LED灯环内的LED灯珠与LED 上灯光源中轴线的夹角为67~70°，所述四个LED灯环中第三LED灯环内的LED灯珠与LED 上灯光源中轴线的夹角为60~62°，所述四个LED灯环中第四LED灯环内的LED灯珠与LED 上灯光源中轴线的夹角为53~56°，所述四个LED灯环中第五LED灯环内的LED灯珠与LED 上灯光源中轴线的夹角为46~48°。
3. 上述方案中，所述基座、电脑分别安装于设备架、支架上，所述立柱固定于基座后侧端。
4. 上述方案中，所述调焦镜头的侧壁设置有用于调节所述调焦镜头焦距的电机。
5. 上述方案中，所述设备架的底部设置有可调节底脚。
6. 上述方案中，所述斜孔的孔径与LED灯珠的外径相匹配。
7. 上述方案中，所述测量工作台的底板的前侧面和右侧面均设置有水平仪。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明具有激光扫描功能的影像测量装置，其大大增加了测量的精度和速度，解决了柔软工件的测量难题，也解决了针对纯白色、透明和低反射工件时，边缘对比度低的问题，采用红色、黄色、蓝色和绿色四种LED灯珠并结合与灯光源中轴线的多种夹角搭配，大大提高了影响边沿的对比度，使测量系统得到更为清晰的图像效果，并增强了影像界限，从而提高了测量精度；其次，其采用正面光源和背面光源相结合的光源配置，该配置不仅能实现均匀照射，还能实现非均匀照射，从而突出显示被测重要部位的对比度，使得影像测量仪获得最佳的图像，从而保证了同种零件图像质量的稳定性，为确定性测量奠定了基础，使得测量精度的重复性较好；再次，真正实现全自动操作，提高了工作效率和测量精度，实现众多灯珠的光线聚集，提升亮度，利于应用在不同环境下的测量，同时，灯板上的斜孔稳固灯珠，提升 LED 灯珠安装牢固性，使灯珠照射稳定，不易发生歪斜，延长使用寿命。
附图说明
附图1为本发明具有激光扫描功能的影像测量装置结构示意图；
附图2为本发明具有激光扫描功能的影像测量装置局部结构示意图；
附图3为本发明具有激光扫描功能的影像测量装置中LED 上灯光源和调焦镜头结构示意图；
附图4为附图3的仰视结构示意图。
以上附图中：1、基座；2、测量工作台；3、立柱；4、电脑；5、支架；6、设备架；7、支架；8、调焦镜头；9、影像镜套筒；10、Z轴驱动机构；11、CCD 摄像机；12、LED 上灯光源；13、玻璃台面；14、LED 轮廓光源；15、灯座；16、电路板；171、红色LED灯珠；172、黄色LED灯珠；173、蓝色LED灯珠；174、绿色LED灯珠；18、灯板；181、斜孔；19、水平仪；20、电机；21、可调节底脚；22、LED灯环；231、第一区；232、第二区；233、第三区；234、第四区；24、激光扫描系统；25、影像测量系统；26、步进电机；261、传动轴；27、激光发射头；28、激光收集传感器。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例：一种具有激光扫描功能的影像测量装置，包括基座1、LED 上灯光源12、测量工作台2、立柱3、激光扫描系统24、影像测量系统25和Z轴驱动机构10，所述激光扫描系统24主要包括步进电机26、激光发射头27和激光收集传感器28，所述步进电机26下方通过传动轴261连接有激光发射头27和激光收集传感器28，所述激光发射头27的信号控制端与电脑4反馈端相连，且步进电机26的信号控制端和激光发射头27的反馈端与电脑4相连；
所述影像测量系统25包括影像镜套筒9、CCD 摄像机11和LED 上灯光源12，下方具有调焦镜头8的所述影像镜套筒9安装于Z轴驱动机构10上，此Z轴驱动机构10固定于立柱3的前侧面；一CCD 摄像机11设置在影像镜套筒9内，该CCD 摄像机11与电脑4电连接；所述调焦镜头8的下端固定有LED 上灯光源12，所述测量工作台2的玻璃台面13下安装有LED 轮廓光源14；
所述LED 上灯光源12包括灯座15、电路板16、灯板18、电连接到电路板16的若干个红色LED灯珠171、黄色LED灯珠172、蓝色LED灯珠173和绿色LED灯珠174，此灯板18开设有若干个斜孔181，所述LED灯珠17嵌入斜孔181内， LED灯珠17与斜孔181一一对应嵌装，此斜孔181与灯板18的中轴线的夹角为锐角；若干个红色LED灯珠171、黄色LED灯珠172、蓝色LED灯珠173和绿色LED灯珠174由内向外排列形成至少四个LED灯环22，所述至少四个LED灯环沿周向依次分为第一区231、第二区232、第三区233和第四区234，所述第一区231内均为红色LED灯珠171，所述第二区232内均为黄色LED灯珠172，所述第三区233内均为蓝色LED灯珠173，所述第四区234内均为绿色LED灯珠174；
所述四个LED灯环中第一LED灯环内的LED灯珠与测量工作台2的夹角为70~85°，所述四个LED灯环中第二LED灯环内的LED灯珠与测量工作台2的夹角为65~70°，所述四个LED灯环中第三LED灯环内的LED灯珠与测量工作台2的夹角为52~65°，所述四个LED灯环中第四LED灯环内的LED灯珠与测量工作台2的夹角为42~55°，第一、第二、第三和第四LED灯环由内向外设置。
所述测量工作台2上设置有X 轴电动滚珠丝杆、Y 轴电动滚珠丝杆、限位开关、X轴光栅尺及Y 轴光栅尺，限位开关、X 轴光栅尺、Y 轴光栅尺、Z 轴光栅尺、变倍电机、X 轴电动滚珠丝杆的驱动电机、Y 轴电动滚珠丝杆的驱动电机、Z 轴电动滚珠丝杆的驱动电机、LED 上灯光源12、LED 轮廓光源14分别与所述电控器相连接，所述电控器通过USB 控制线与电脑主机连接，所述电控器连接有电源和用于控制所述测量工作台沿X 轴或Y 轴移动的摇杆。
若干个红色LED灯珠171、黄色LED灯珠172、蓝色LED灯珠173和绿色LED灯珠174由内向外排列形成五个LED灯环。
上述五个LED灯环中第一LED灯环内的LED灯珠与LED 上灯光源12中轴线的夹角为74~76°，所述四个LED灯环中第二LED灯环内的LED灯珠与LED 上灯光源12中轴线的夹角为67~70°，所述四个LED灯环中第三LED灯环内的LED灯珠与LED 上灯光源12中轴线的夹角为60~62°，所述四个LED灯环中第四LED灯环内的LED灯珠与LED 上灯光源12中轴线的夹角为53~56°，所述四个LED灯环中第五LED灯环内的LED灯珠与LED 上灯光源12中轴线的夹角为46~48°。
上述基座1、电脑4分别安装于设备架6、支架7上，所述立柱3固定于基座1后侧端。
上述调焦镜头8的侧壁设置有用于调节所述调焦镜头8焦距的电机20；上述设备架6的底部设置有可调节底脚7。
上述斜孔181的孔径与LED灯珠17的外径相匹配，上述测量工作台2的底板的前侧面和右侧面均设置有水平仪19。
采用上述具有激光扫描功能的影像测量装置时，其大大增加了测量的精度和速度，解决了柔软工件的测量难题，也解决了针对纯白色、透明和低反射工件时，边缘对比度低的问题，采用红色、黄色、蓝色和绿色四种LED灯珠并结合与灯光源中轴线的多种夹角搭配，大大提高了影响边沿的对比度，使测量系统得到更为清晰的图像效果，并增强了影像界限，从而提高了测量精度；其次，其采用正面光源和背面光源相结合的光源配置，该配置不仅能实现均匀照射，还能实现非均匀照射，从而突出显示被测重要部位的对比度，使得影像测量仪获得最佳的图像，从而保证了同种零件图像质量的稳定性，为确定性测量奠定了基础，使得测量精度的重复性较好；再次，真正实现全自动操作，提高了工作效率和测量精度，实现众多灯珠的光线聚集，提升亮度，利于应用在不同环境下的测量，同时，灯板上的斜孔稳固灯珠，提升 LED 灯珠安装牢固性，使灯珠照射稳定，不易发生歪斜，延长使用寿命。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种具有激光扫描功能的影像测量装置，其特征在于：包括基座（1）、LED 上灯光源（12）、测量工作台（2）、立柱（3）、激光扫描系统（24）、影像测量系统（25）和Z轴驱动机构（10），所述激光扫描系统（24）主要包括步进电机（26）、激光发射头（27）和激光收集传感器（28），所述步进电机（26）下方通过传动轴（261）连接有激光发射头（27）和激光收集传感器（28），所述激光发射头（27）的信号控制端与电脑（4）反馈端相连，且步进电机（26）的信号控制端和激光发射头（27）的反馈端与电脑（4）相连；
所述影像测量系统（25）包括影像镜套筒（9）、CCD 摄像机（11）和LED 上灯光源（12），下方具有调焦镜头（8）的所述影像镜套筒（9）安装于Z轴驱动机构（10）上，此Z轴驱动机构（10）固定于立柱（3）的前侧面；一CCD 摄像机（11）设置在影像镜套筒（9）内，该CCD 摄像机（11）与电脑（4）电连接；所述调焦镜头（8）的下端固定有LED 上灯光源（12），所述测量工作台（2）的玻璃台面（13）下安装有LED 轮廓光源（14）；
所述LED 上灯光源（12）包括灯座（15）、电路板（16）、灯板（18）、电连接到电路板（16）的若干个红色LED灯珠（171）、黄色LED灯珠（172）、蓝色LED灯珠（173）和绿色LED灯珠（174），此灯板（18）开设有若干个斜孔（181），所述LED灯珠（17）嵌入斜孔（181）内， LED灯珠（17）与斜孔（181）一一对应嵌装，此斜孔（181）与灯板（18）的中轴线的夹角为锐角；若干个红色LED灯珠（171）、黄色LED灯珠（172）、蓝色LED灯珠（173）和绿色LED灯珠（174）由内向外排列形成至少四个LED灯环（22），所述至少四个LED灯环沿周向依次分为第一区（231）、第二区（232）、第三区（233）和第四区（234），所述第一区（231）内均为红色LED灯珠（171），所述第二区（232）内均为黄色LED灯珠（172），所述第三区（233）内均为蓝色LED灯珠（173），所述第四区（234）内均为绿色LED灯珠（174）；
所述至少四个LED灯环中第一LED灯环内的LED灯珠与测量工作台（2）的夹角为70~85°，所述至少四个LED灯环中第二LED灯环内的LED灯珠与测量工作台（2）的夹角为65~70°，所述至少四个LED灯环中第三LED灯环内的LED灯珠与测量工作台（2）的夹角为52~65°，所述至少四个LED灯环中第四LED灯环内的LED灯珠与测量工作台（2）的夹角为42~55°，所述至少四个LED灯环（22）中的第一、第二、第三和第四LED灯环由内向外设置。
2.根据权利要求1所述的影像测量装置，其特征在于：若干个红色LED灯珠（171）、黄色LED灯珠（172）、蓝色LED灯珠（173）和绿色LED灯珠（174）由内向外排列形成五个LED灯环。
3.根据权利要求2所述的影像测量装置，其特征在于：所述五个LED灯环中第一LED灯环内的LED灯珠与LED 上灯光源（12）中轴线的夹角为74~76°，所述五个LED灯环中第二LED灯环内的LED灯珠与LED 上灯光源（12）中轴线的夹角为67~70°，所述五个LED灯环中第三LED灯环内的LED灯珠与LED 上灯光源（12）中轴线的夹角为60~62°，所述五个LED灯环中第四LED灯环内的LED灯珠与LED 上灯光源（12）中轴线的夹角为53~56°，所述五个LED灯环中第五LED灯环内的LED灯珠与LED 上灯光源（12）中轴线的夹角为46~48°。
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