CN104613948A - 一种多角度可调激光打点装置 - Google Patents

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丑武胜
周怀东
郑鹏
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
    • G01C15/02—Means for marking measuring points

Abstract

本发明涉及三维重构领域，具体的说是一种可以按照需求在需要重构的凹形物体表面打出光点供高速摄像机采集图像用的可调激光打点装置。包括电源稳压模块、多角度可调机构和外壳等，外部提供的5V电源通过直流电源稳压模块将电源稳压在5V以下，用于激光发生器的供电，激光发生器固定在可调机构上，可调机构采用球形副的工作原理，根据激光入射方向与照射面的夹角(入射角)要求进行调节，从而在照射面的关键点上形成光斑，供高速摄像机采集关键点，用于三维重构。本发明具有安全性高，小型化，可调性灵活等特点。

Description

一种多角度可调激光打点装置
所属技术领域
本发明涉及三维重构领域，具体的说是一种可以按照需求在需要重构的凹形物体表面打出光点供高速摄像机采集图像用的可调激光打点装置。
背景技术
三维重建(3D Reconstruction)是指对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型，是在计算机环境下对其进行处理、操作和分析其性质的基础，也是在计算机中建立表达客观世界的虚拟现实的关键技术。物体的三维重建是计算机辅助设计、计算机图形学、计算机动画、计算机视觉等领域的共性科学问题和核心技术。一般在计算机内构建物体的三维模型表示主要有两类方法。一类是使用三维建模软件(3DMAX、SOLIDWORKS、CATIA、MAYA、AutoCAD等)通过人机交互的方式生成人为控制下的物体三维几何模型；另一类则是通过一定的技术手段(图像)获取真实物体的几何形状。后者一般称为三维重建过程，三维重建是指利用二维投影恢复物体三维信息(形状等)的数学过程和计算机技术，包括数据获取、预处理、点云拼接和特征分析等步骤。三维重建技术通过单视图或者多视图的图像重建三维模型信息的过程，在多视图的三维重建中，首先对摄像机进行标定，即计算出摄像机的图像坐标系与世界坐标系的关系；然后用摄像机采集需要重构的物体在一定光源下的二维图像，然后利用多个二维图像中的信息在计算机中重建出物体的三维信息。
在摄像机采集图像的过程中需要使用一定的光源对物体特殊点进行标注，体现出物体的一些轮廓特征(每个特征点的坐标由专用的坐标测量仪器获得)，因此对于这种光源的要求是能够从多个角度照射物体表面，具有一定的光照强度(照射的光斑点一定要亮，以利于计算机的识别)，小巧轻便，在使用过程中不能阻挡摄像机的拍摄路线，同时光路不能通过摄像机，留下摄像机的阴影以影响数据的识别和提取，计算机通过拍摄的图片与专业的特征点坐标测量装置一起重新再虚拟环境下构造出物体的轮廓。因此，具有多角度可调节的多个光源的设备在三维重构中得到越来越多的应用。
发明内容
本发明提供一种多角度可调的激光打点器，是一种专用型的设备，用于三维重构的中的图像采集，本发明为了减小设备对摄像机的阻挡，采用各种小型化的结构，为了便于设备的组装，本发明各部分采用模块化设计。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明专利包括电源稳压模块、多角度可调机构和外壳等。本发明需要对多个激光发生器提供恒定的直流电源，所以外部提供的5V直流电源通过直流电源稳压模块将电源稳压在5V以下，用于激光发生器的供电，在电路板的安装上，为了减少螺钉对电路板的损坏而造成电路板漏电，在电路板的螺钉连接处均采用了绝缘垫片。激光发生器固定在可调机构上，以便调节激光与照射面的夹角，可调机构采用球副的原理，设计了能够满足使用要求的球形铰链，通过对球形铰链使可调机构的自由度相应增多，从而激光发生器的调节范围大大增加，增加激光点的移动范围。在激光头的固定中采用卡扣的固定原理，采用这种机械的硬连接使整个机构去除掉了螺钉的连接，从而使整个机构的尺寸可以做到很小，同时也能保证连接强度。在球形铰链的内圈调节到需要固定的位置后，通过套在球形铰链外圈的紧固套上的螺钉通过挤压原理相对固定，通过这种方式既可以让球副保持调节的灵活性，同时也可以对球副按照使用要求进行相对固定。激光打点装置的整体外形的两侧安装板采用阶梯形结构，在保证各层激光头的光路不干涉的前提下，缩小整个激光打点装置在长度方向的尺寸，使整个装置更小巧精致。
本发明专利的优点与积极效果为：
1.安全性高。本发明专利采用了专门的电路稳压模块，保证了激光发生器供电电源的稳定，防止电源的不稳定造成对激光发生器的损坏，延长了设备的使用寿命，整个设备的用电电压为5V直流电源，在所有电源的链接处均进行了绝缘处理，保证系统的电源独立。
2.小型化。本发明专利机构采用模块化设计，在激光头和可调机构的链接处均采用了卡扣式的机械硬连接，通过该种方式连接省去了螺钉的连接，同时采用了激光头与可调机构相结合的一体化结构，在设计方面在满足需求的条件下所有结构均进行了优化和小型化处理，使得整体结构紧凑，小型化。
3.灵活的可调性。本发明专利在可调机构的设计上充分利用了球副的工作原理，使激光头的可调范围增大，采用油脂润滑使机构调节更灵活。
下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
图1为本发明专利的外形结构示意图
图2为本发明专利的整体结构爆炸示意图
图3为本发明专利的稳压模块爆炸示意图
图4为本发明专利的可调机构示意图
其中1为外部电源接头，2为六角螺母，3为安装法兰盘，4为螺钉，5为上盖板，6为侧挡板，7为侧面阶梯型安装板，8为底部安装板，9为直流电源稳压模块，10为排针，11为绝缘垫片，12为铜柱，13为电路板，14为紧固套，15为球形铰链内圈，16为激光发生器，17为球形铰链外圈，18为卡扣，19为激光发生器固定件，20为调焦镜头
具体实施方式：
下面结合附图对本发明专利做进一步详述：
如图1所示，本发明是一种多角度可调激光打点装置，该激光打点装置包括电源稳压模块、可调机构和外壳三个部分。
(一)电源稳压模块部分
如图3、图4所示，电源稳压模块部分用来完成对外部输入电压的稳压作用，以便为激光发生器(16)提供一个稳定的电压和不超过额定大小的电流。在图3所示中，直流电源稳压模块(9)通过螺钉(4)固定在电路板(13)上，在电路板(13)上将直流电源稳压模块(9)的输入和输出引脚焊接于电路板(13)上，排针(10)在电路板(13)上通过排针(10)插孔定位于电路板(13)上，在电路板(13)的背面通过焊接将其固定在电路板(13)上，并与电路板(13)上的导线相连通，铜柱(12)被螺钉(4)通过绝缘垫片(11)固定在电路板(13)的四个角上，四个角上的铜柱(12)为该部分与上盖板(5)固定连接的接口。
(二)可调机构部分
如图4所示，可调机构部分用来完成对激光发生器(16)的固定和调节作用。该机构利用球形铰链的工作原理，并对其进行改进和创新，发明这种适用于小型部件的调节和固定机构。紧固套(14)通过内侧的凸缘镶嵌在球形铰链外圈(17)上，球形铰链内圈(15)固定于球形铰链外圈(17)内，在球形铰链外圈(17)内侧有润滑油脂槽，用于球形铰链内圈(15)和球形铰链外圈(17)相对运动的润滑脂的存放，激光发生器(17)通过与激光发生器固定(19)件上的螺纹连接固定在卡扣(18)上，卡扣(18)通过末端的凸缘镶嵌在球形铰链内圈(15)内侧，在卡扣(18)末端留有开口，以便卡扣(18)在安装过程中的微小形变，激光发生器(16)尾部的两个接线柱与电源稳压模块部分的排针(10)用一般的铜芯导线连接，在连接过程中接线柱相对较长的连接排针(10)相对较长的一排，调焦镜头(20)通过螺纹连接在激光发生器(16)的末端，用于调节激光光斑的聚焦性。整个机构通过球形铰链外圈(17)外侧的凸缘镶嵌在侧面阶梯型安装板(7)和底部安装版(8)的安装槽内，可调结构可根据需要的激光投射方向来调节球形铰链的内圈(15)相对于球形铰链外圈(17)的位置，待调节到所需要的位置后，同过拧紧球形铰链外圈(17)上的螺钉(4)来固定球形铰链内圈(15)的位置。
(三)外壳部分
如图1，图2所示，外部电源接头(1)通过六角螺母(2)固定在上盖板(5)上，安装法兰盘(3)通过螺钉(4)固定在上盖板(5)上，电源稳压模块部分通过四个角上的铜柱(12)与螺钉(4)连接固定在上盖板(5)上，可调机构(如图4所示)通过球形铰链外圈(17)的凸缘与侧面阶梯型安装板(7)和底部安装板(8)的凹槽相过盈配合固定，侧面阶梯型安装板(7)通过螺钉(4)与上盖板(5)相连接，底部安装板(8)通过螺钉(4)与侧面阶梯型安装板(7)固定，侧挡板(6)通过螺钉(4)固定在侧面阶梯型安装板(7)两侧。

Claims (5)

1.一种多角度可调激光打点装置，其特征在于：可调机构部分主要包括球形铰链外圈(17)、球形铰链内圈(15)、紧固套(14)和卡扣(18)等部分，紧固套(14)通过其内部的凸缘固定在球形铰链外圈(17)外侧的卡槽内，球形铰链内圈(15)镶嵌在球形铰链外圈(17)的内部球形面内，在球形铰链外圈(17)的内侧有存储油脂的润滑脂槽，卡扣(18)通过其末端的凸缘固定在球形铰链内圈(15)内侧的卡槽内。激光发生器(16)通过其末端的内螺纹与激光发生器固定件(19)上的外螺纹相配合固定在卡扣(18)上，调焦镜头(20)固定在激光发生器(16)的末端用于调节激光光斑的聚焦性。
2.整个可调机构通过球形铰链外圈(17)外侧的凸缘固定在侧面阶梯型安装板(7)和底部安装板(8)上，侧面阶梯型安装板(7)通过螺钉(4)固定在上盖板(5)上，外部电源接头(1)通过六角螺母(2)固定在上盖板(5)上，底部安装板(8)通过螺钉(4)固定在两侧的侧面阶梯型安装板(7)的中间。
3.按权利要求1所述的多角度可调激光打点装置，其特征在于：可调机构中的紧固套(14)和卡扣(18)的固定均采用凸缘与卡槽的固定方式，即保证连接的可靠性同时也减小整体尺寸的大小。
4.按权利要求1所述的多角度可调激光打点装置，其特征在于：在球形铰链的润滑中，采用油脂润滑，在球形铰链外圈(17)内侧开有润滑脂存储槽。
5.按权利要求1所述的多角度可调激光打点装置，其特征在于：两侧的安装板采用阶梯型的结构，安装时采用对称布置。
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