CN105371810A - 一种用于汽车管路设计开发的三维扫描系统及扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于汽车管路设计开发的三维扫描系统，包括记忆金属棒、带有超声波传感器的环带、贴片式超声波传感器、波源接收器、单片机、激光发射器、显示存储终端，记忆金属棒上分布有激光接收器，单片机内部接有光源轨迹分析模块；记忆金属棒用于模拟待开发管路；带有超声波传感器的环带设于记忆金属棒的两端口，贴片式超声波传感器设于记忆金属棒上的弯曲处，波源接收器对应设于波源接收范围内；其对模拟待开发管路扫描的方法包括设置超声波传感器、波源接收器、激光发射器、扫描、生成图纸步骤。系统减少了扫描点的数量，减小了数据处理量；扫描时安装便捷，扫描速度快，缩短了研发周期。

Description

一种用于汽车管路设计开发的三维扫描系统及扫描方法

技术领域

本发明涉及汽车底盘管路系统设计领域，尤其涉及一种用于对汽车管路设计开发的三维扫描系统及扫描方法。

背景技术

汽车管路系统设计的合理与否，直接关系到整车的行驶性能。近年来，随着制造业的发展，三维扫描技术在汽车管路研发领域运用的越来越广。

三维扫描技术，相比传统的二维扫描技术，必须要对X、Y、Z轴三个方位的数据进行采集。目前的三维扫描模型生成系统中，大都采用扫描仪对实物进行扫描后转化为数据点进行模拟。由于扫描范围有限，扫描时需要操作人员手持移动扫描仪对各个部位进行扫描，扫描过程中对于移动距离和速度等均有一定要求，且扫描时需要将物体表面完全覆盖扫描贴片等装置，扫描的数据点数量巨大，存在安装移动不方便以、扫描过程复杂、所需时间过长等问题，严重影响新车型的开发。

发明内容

为实现方便快速扫描，缩短汽车管路系统研发周期，本发明提出一种用于对汽车管路设计开发的三维扫描系统及扫描方法。

为此，本发明的技术方案为：

一种用于汽车管路设计开发的三维扫描系统，其特征在于：包括记忆金属棒、带有超声波传感器的环带、贴片式超声波传感器、波源接收器、单片机、激光发射器、显示存储终端，记忆金属棒上分布有激光接收器，单片机内部接有光源轨迹分析模块；

所述记忆金属棒用于模拟待开发管路，人工摆出合理的管路形状后一段时间内保持该形状不变；所述带有超声波传感器的环带设于记忆金属棒的两端口，所述贴片式超声波传感器设于记忆金属棒上的弯曲处，所述波源接收器对应设于波源接收范围内，波源接收器的输出端与所述单片机的输入端连接，单片机的输出端与所述显示存储终端连接；所述激光发射器对应设于记忆金属棒一侧，激光发射器的输入端与单片机的输出端连接，激光发射器的输出端与所述光源轨迹分析模块连接；

在单片机中以记忆金属棒一端口为坐标原点建立三维坐标系，波源接收器接收超声波传感器发出的波源信号并传递给单片机，单片机对信号转化后根据输入的波源接收器位置坐标分析得出记忆金属棒两端口及弯曲处各点的空间距离，由此确定点的位置并将各点表示在三维坐标轴上；同时，单片机控制激光发射器发出的激光沿记忆金属棒移动，激光接收器接收激光信号并传递给光源轨迹分析模块，经分析计算后将激光运动轨迹表示在三维坐标轴上；单片机将各点坐标及激光运动轨迹转换为AutoCAD图形，保存生成模拟待开发管路的设计图。

对于上述技术方案的一种改进在于：所述激光发射器能够在平面内任意点上移动，以确保激光运动轨迹的准确性，提高生成模拟待开发管路设计图的精度。

一种利用上述用于汽车管路设计开发的三维扫描系统对模拟待开发管路进行扫描的方法，其特征在于由以下步骤组成：

1）设置超声波传感器：采用记忆金属棒人工摆出合理的管路形状作为模拟待开发管路，在记忆金属棒的两端口分别设置一带有超声波传感器的环带，保证端口与环带完全贴合，同时在记忆金属棒的弯曲处分别设置一贴片式超声波传感器；

2）设置波源接收器：在与上述超声波传感器对应的范围内设置波源接收器，将波源接收器调整好位置后通过固定支架固定在地面上；

3）设置激光发射器：在记忆金属棒的一侧设置激光发射器，将激光发射器固定在由水平导轨和垂直导轨组成的移动装置上，保证激光发射器能在平面内任意点上移动；同时在记忆金属棒的外表面布设激光接收器；

4）扫描：在单片机中以记忆金属棒一端口为坐标原点建立三维坐标系，波源接收器接收超声波传感器发出的波源信号并传递给单片机，单片机对信号转化后根据输入的波源接收器位置坐标分析得出记忆金属棒两端口及弯曲处各点的空间距离，由此确定点的位置并将各点表示在三维坐标轴上；同时，单片机控制激光发射器发出的激光沿记忆金属棒移动，激光接收器接收激光信号并传递给光源轨迹分析模块，经分析计算后将激光运动轨迹表示在三维坐标轴上；

5）生成图纸：单片机将各点坐标及激光运动轨迹转换为AutoCAD图形，通过显示存储终端保存生成模拟待开发管路的设计图纸。

有益效果：

本发明通过记忆金属棒作为模拟待开发管路，根据记忆金属能够在一定时间内维持原状不变的特性，使模拟待开发管路形成最合理的布局结构；通过在记忆金属棒的两端口及弯曲处设置超声波传感器，结合波源接收器及单片机，实现对模拟待开发管路关键部位的扫描，减少扫描点的数量，减小数据处理量。系统扫描时，安装便捷，扫描速度快，大大缩短了汽车管路系统的研发周期；且使用时不需手持移动扫描，避免了因操作人员不同而产生的误差，提高扫描管路的准确性。

附图说明

图1为本发明用于汽车管路设计开发的三维扫描系统在实际应用中一种的结构示意图；

图2为本发明用于汽车管路设计开发的三维扫描系统的工作原理图；

图中标号为：1、地面；2、车架；3、发动机；4、空滤器；5、增压器；6、记忆金属棒；7、带有超声波传感器的环带；8、贴片式超声波传感器；9、波源接收器；10、固定支架；11、单片机；12、激光发射器；13、水平导轨；14、垂直导轨；15、光源轨迹分析模块；16、显示存储器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示，一种用于汽车空滤器与增压器之间连接管路设计开发的三维扫描系统，由待开发车辆和扫描系统组成，待开发车辆包括车架2，车架2上装有发动机3，发动机3上设有增压器5，车架2底部设有空滤器4；扫描系统包括记忆金属棒6、两个带有超声波传感器的环带7、两个贴片式超声波传感器8、两个波源接收器9、单片机11、激光发射器12、显示存储器16，在记忆金属棒6的表面分布有激光接收器，在单片机11的内部接有光源轨迹分析模块15；所述记忆金属棒6用于模拟待开发管路，人工摆出合理的管路形状后一段时间内保持该形状不变；使用时，先将所述两个带有超声波传感器的环带7分别设于记忆金属棒6的两端口，然后将记忆金属棒6的两端口分别与所述空滤器4与增压器4连接，同时将所述两个贴片式超声波传感器8分别设于记忆金属棒6上的弯曲处（可根据实际情况增设多个贴片式超声波传感器，将多个贴片式超声波传感器贴覆在管路经过的关键点上，即与车架2、发动机3或者其他部位有接触的点或空间布置时存在干涉的点），最后再将所述两个波源接收器9对应设于波源接收范围内（位置调好后，将波源接收器9通过固定支架10固定在地面1上），将两个波源接收器9的输出端分别与所述单片机11的输入端连接，将单片机11的输出端与所述显示存储器16连接；所述激光发射器12对应设于记忆金属棒6的前侧，将激光发射器12的输入端与单片机11的输出端连接，将激光发射器12的输出端与所述光源轨迹分析模块15连接；扫描时，在单片机11中以记忆金属棒6的下端口为坐标原点建立三维坐标系，波源接收器9接收超声波传感器（带有超声波传感器的环带7和贴片式超声波传感器8）发出的波源信号并传递给单片机11，单片机11对信号转化后根据输入的波源接收器9的位置坐标分析得出记忆金属棒6两端口及弯曲处（贴覆有贴片式超声波传感器8）各点的空间距离，由此确定点的位置并将各点表示在三维坐标轴上；同时，单片机11控制激光发射器12发出的激光沿记忆金属棒6移动，记忆金属棒6表面分布的激光接收器接收激光信号并传递给光源轨迹分析模块15，光源轨迹分析模块15经分析计算后将激光运动轨迹表示在三维坐标轴上；最后单片机11将各点坐标及激光运动轨迹转换为AutoCAD图形，保存生成模拟待开发管路的设计图。

如图1所示，通过水平导轨13和垂直导轨14使所述激光发射器12能够在平面内任意点上移动，以确保激光运动轨迹的准确性，提高生成模拟待开发管路设计图的精度。

一种利用上述用于汽车空滤器与增压器之间连接管路设计开发的三维扫描系统对模拟待开发管路进行扫描的方法，由以下步骤组成：

1）设置超声波传感器：采用记忆金属棒人工摆出合理的管路形状作为模拟待开发管路，在记忆金属棒的两端口分别设置一带有超声波传感器的环带，然后将记忆金属棒的两端分别与空滤器和增压器连接，连接时保证端口与环带完全贴合，同时在记忆金属棒的上部两弯曲处分别设置一贴片式超声波传感器；

2）设置波源接收器：在与上述超声波传感器对应的范围内设置两个波源接收器，将两个波源接收器调整好位置后分别通过一固定支架固定在地面上；

3）设置激光发射器：在记忆金属棒的外侧设置激光发射器，将激光发射器固定在由水平导轨和垂直导轨组成的移动装置上，保证激光发射器能在平面内任意点上移动；同时在记忆金属棒的外表面布设多个激光接收器；

4）扫描：在单片机中以记忆金属棒一端口为坐标原点建立三维坐标系，波源接收器接收超声波传感器发出的波源信号并传递给单片机，单片机对信号转化后根据输入的波源接收器位置坐标分析得出记忆金属棒两端口及弯曲处各点的空间距离，由此确定点的位置并将各点表示在三维坐标轴上；同时，单片机控制激光发射器发出的激光沿记忆金属棒移动，激光接收器接收激光信号并传递给光源轨迹分析模块，经分析计算后将激光运动轨迹表示在三维坐标轴上；

5）生成图纸：单片机将各点坐标及激光运动轨迹转换为AutoCAD图形，通过显示存储终端保存生成模拟待开发管路（记忆金属棒）的设计图纸。

本发明通过记忆金属棒作为模拟待开发管路，根据记忆金属能够在一定时间内维持原状不变的特性，使模拟待开发管路形成最合理的布局结构；通过在记忆金属棒的两端口及弯曲处设置超声波传感器，结合波源接收器及单片机，实现对模拟待开发管路关键部位的扫描，减少扫描点的数量，减小数据处理量。系统扫描时，安装便捷，扫描速度快，大大缩短了汽车管路系统的研发周期；且使用时不需手持移动扫描，避免了因操作人员不同而产生的误差，提高扫描管路的准确性。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非用以局限本发明的专利范围，故凡运用本发明说明书内容所作的等效变换，均同理包含在本发明的范围之内。

Claims (3)

1.一种用于汽车管路设计开发的三维扫描系统，其特征在于：包括记忆金属棒、带有超声波传感器的环带、贴片式超声波传感器、波源接收器、单片机、激光发射器、显示存储终端，记忆金属棒上分布有激光接收器，单片机内部接有光源轨迹分析模块；

所述记忆金属棒用于模拟待开发管路，人工摆出合理的管路形状后一段时间内保持该形状不变；所述带有超声波传感器的环带设于记忆金属棒的两端口，所述贴片式超声波传感器设于记忆金属棒上的弯曲处，所述波源接收器对应设于波源接收范围内，波源接收器的输出端与所述单片机的输入端连接，单片机的输出端与所述显示存储终端连接；所述激光发射器对应设于记忆金属棒一侧，激光发射器的输入端与单片机的输出端连接，激光发射器的输出端与所述光源轨迹分析模块连接；

在单片机中以记忆金属棒一端口为坐标原点建立三维坐标系，波源接收器接收超声波传感器发出的波源信号并传递给单片机，单片机对信号转化后根据输入的波源接收器位置坐标分析得出记忆金属棒两端口及弯曲处各点的空间距离，由此确定点的位置并将各点表示在三维坐标轴上；同时，单片机控制激光发射器发出的激光沿记忆金属棒移动，激光接收器接收激光信号并传递给光源轨迹分析模块，经分析计算后将激光运动轨迹表示在三维坐标轴上；单片机将各点坐标及激光运动轨迹转换为AutoCAD图形，保存生成模拟待开发管路的设计图。

2.根据权利要求1所述的一种用于汽车管路设计开发的三维扫描系统，其特征在于：所述激光发射器能够在平面内任意点上移动。

3.一种利用所述权利要求1对模拟待开发管路进行扫描的方法，其特征在于由以下步骤组成：

1）设置超声波传感器：采用记忆金属棒人工摆出合理的管路形状作为模拟待开发管路，在记忆金属棒的两端口分别设置一带有超声波传感器的环带，保证端口与环带完全贴合，同时在记忆金属棒的弯曲处分别设置一贴片式超声波传感器；

2）设置波源接收器：在与上述超声波传感器对应的范围内设置波源接收器，将波源接收器调整好位置后通过固定支架固定在地面上；

3）设置激光发射器：在记忆金属棒的一侧设置激光发射器，将激光发射器固定在由水平导轨和垂直导轨组成的移动装置上，保证激光发射器能在平面内任意点上移动；同时在记忆金属棒的外表面布设激光接收器；

4）扫描：在单片机中以记忆金属棒一端口为坐标原点建立三维坐标系，波源接收器接收超声波传感器发出的波源信号并传递给单片机，单片机对信号转化后根据输入的波源接收器位置坐标分析得出记忆金属棒两端口及弯曲处各点的空间距离，由此确定点的位置并将各点表示在三维坐标轴上；同时，单片机控制激光发射器发出的激光沿记忆金属棒移动，激光接收器接收激光信号并传递给光源轨迹分析模块，经分析计算后将激光运动轨迹表示在三维坐标轴上；

5）生成图纸：单片机将各点坐标及激光运动轨迹转换为AutoCAD图形，通过显示存储终端保存生成模拟待开发管路的设计图纸。