CN105841630A - 一种基于点激光飞行扫描的测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于点激光飞行扫描的测量系统，包括：控制系统；工作台；设于所述工作台上的待测物固定组件；以及固定在所述工作台上的导轨组件，其中，所述导轨组件包括上导轨、平行设置且相距一定距离的左导轨与右导轨，所述上导轨可滑动地横跨于所述左导轨与右导轨之间，所述上导轨之上可往复滑动地设有检测组件，所述导轨组件及所述检测组件分别与所述控制系统电连接。本发明具有确保在保证测量精度的前提下通过减少人工辅助操作的步骤来提高自动化程度，从而导致减少整个测量过程所耗费的时间的有益效果。

Description

一种基于点激光飞行扫描的测量系统

技术领域

本发明涉及一种非接触式尺寸测量系统，更具体地，涉及一种基于点激光飞行扫描的测量系统。

背景技术

非接触式尺寸测量装置以光电、电磁、超声波等技术为基础，在仪器的测量元件不与被测物体表面接触的情况下，即可获得被测物体的各种外表或内在的尺寸数据特征。非接触式尺寸测量系统与传统的接触式测距系统相比精度更高、操作更方便、安全系数更高、洁净度高、测量过程中对被测物的污染程度小，从而被应用于工业生产及科学研究的多个领域。

典型的非接触式尺寸测量方法如激光三角法、电涡流法、超声测量法、视觉成像测量法、超声波测量法等等，其中视觉成像测量法是指通过机器视觉产品(即图像摄取装置，分CMOS相机和CCD相机两种，CMOS相机像素较高，大约为2500万像素，CCD相机像素较低，大约为150万像素)将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作，在测量缺陷和防止缺陷产品被配送到消费者的功能方面具有不可估量的价值。

现有技术中的激光成像式测量系统对于测量待测物表面的复杂形状具有一定的局限性，例如需要测量产品表面的复杂曲面、斜面、槽、圆孔等尺寸，需要人工辅助操作的步骤多、自动化程度低，从而导致整个测量过程耗费时间过长，且测量不精确。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种基于点激光 飞行扫描的测量系统，对现有的非接触式测量系统进行优化改进，确保在保证测量精度的前提下通过减少人工辅助操作的步骤来提高自动化程度，从而导致减少整个测量过程所耗费的时间。为了实现根据本发明的这些目的和其他优点，提供了一种基于点激光飞行扫描的测量系统，其特征在于，包括：

控制系统；

工作台；

设于所述工作台上的待测物固定组件；以及

固定在所述工作台上的导轨组件，

其中，所述导轨组件包括上导轨、平行设置且相距一定距离的左导轨与右导轨，所述上导轨可滑动地横跨于所述左导轨与右导轨之间，所述上导轨之上可往复滑动地设有检测组件，所述导轨组件及所述检测组件分别与所述控制系统电连接。

优选的是，所述检测组件包括套设在所述上导轨上并且可往复滑动的支架、设于所述支架的一侧并且可上下滑动的CCD相机、设于所述CCD相机旁侧的读码器、以及设于所述CCD相机另一侧的激光发射器。

优选的是，所述CCD相机的镜头外圈设置有环形光源，所述支架的下方连接有L形的连接臂。

优选的是，所述连接臂的末端设有与所述CCD相机相对的相机背光源，所述支架、CCD相机、读码器、激光发射器、环形光源、以及相机背光源与所述控制系统电连接。

优选的是，所述待测物固定组件设于所述上导轨之下、左导轨与右导轨之间，所述待测物固定组件包括支架组件、设于所述支架组件上的固定盘组件、以及固定安装于所述固定盘组件上的压盘。

优选的是，所述支架组件包括设有安装槽的支架板以及用于支持所述支架板的左支脚与右支脚，所述左支脚与右支脚平行设置。

优选的是，所述固定盘组件包括带有减重槽的固定盘以及设于所述减重槽周围的固定夹具组件。

优选的是，所述固定夹具组件包括用于固定待测物竖直方向位置的至少一个竖直固定夹具与用于固定待测物水平方向位置的至少一个水平固定夹 具。

优选的是，所述压盘包括用于压紧待测物外周边缘的闭型压盘框架、设于所述闭型压盘框架的内部的至少一条支撑条、设于所述闭型压盘框架的外周的压紧条。

优选的是，所述支撑条及压紧条均与所述闭型压盘框架一体成型，所述压紧条的数目与所述竖直固定夹具的数目相等。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：

1.由于所述导轨组件包括上导轨、平行设置且相距一定距离的左导轨与右导轨，所述上导轨可滑动地横跨于所述左导轨与右导轨之间，所述上导轨之上可滑动地设有检测组件，从而使得所述检测组件可实现两个自由度的位移运动。

2.由于所述检测组件包括套设在所述上导轨上并且可往复滑动的支架、设于所述支架的一侧并且可上下滑动的CCD相机、设于所述CCD相机旁侧的读码器、以及设于所述CCD相机另一侧的激光发射器，使得所述CCD相机可实现第三个自由度即竖直方向上的位移运动，从而使得所述CCD相机可在支架的调整下来调整焦距，提高拍摄清晰度，读码器亦可在CCD相机拍摄过程中对产品上的条码进行扫描，而激光发射器可发射点激光束至待测物表面。

3.由于所述CCD相机的镜头外圈设置有环形光源，所述支架的下方连接有L形的连接臂，所述连接臂的末端设有与所述CCD相机相对的相机背光源，所述支架、CCD相机、读码器、激光发射器、环形光源、以及相机背光源与所述控制系统电连接，使得所述支架、CCD相机、读码器、激光发射器、环形光源、以及相机背光源可在所述控制系统的协同作用下，实现支架与CCD相机的焦距自动调节；实现对于不同的环境光源，通过相机背光源与环形光源的相互协调来调整相应的打光方式，如光线的强弱、打光的方向等等，使得成像图片不至于曝光过度或曝光不够，充分保证测量精度。

4.由于所述待测物固定组件设于所述上导轨之下、左导轨与右导轨之间，所述待测物固定组件包括支架组件、设于所述支架组件上的固定 盘组件，从而使得检测组件在移动过程中可方便地进行拍摄测量，提高测量效率。

5.由于所述固定夹具组件包括用于固定待测物竖直方向位置的至少一个竖直固定夹具与用于固定待测物水平方向位置的至少一个水平固定夹具，从而使得待测物能够在竖直及水平方向上受到约束定位，减少测量过程中由于定位不稳固出现的测量误差。

6.由于所述压盘包括用于压紧待测物外周边缘的闭型压盘框架、设于所述闭型压盘框架的内部的至少一条支撑条、设于所述闭型压盘框架的外周的压紧条，从而使得所述压盘可利用待测物的不需要测量尺寸特征的一些边缘区域及中心区域来将待测物固定压紧于所述固定盘之上。

本发明的其他优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是根据本发明的基于点激光飞行扫描的测量系统的一实施例的轴测图；

图2是根据本发明的基于点激光飞行扫描的测量系统的一实施例的正视图；

图3是根据本发明的基于点激光飞行扫描的测量系统的一实施例的俯视图；

图4是根据本发明的基于点激光飞行扫描的测量系统的一实施例中的上导轨与检测组件的轴测图；

图5是根据本发明的基于点激光飞行扫描的测量系统的一实施例中的待测物固定组件的轴测图；

图6是根据本发明的基于点激光飞行扫描的测量系统的一实施例中的待测物固定组件的爆炸图；

图7是根据本发明的基于点激光飞行扫描的测量系统的一实施例中的具体测量方法中CCD相机的位移轨迹俯视图；

图8是根据本发明的基于点激光飞行扫描的测量系统的一实施例中的具体测量方法中CCD相机在待测物截面上的取点图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

参照图1、图2及图3，基于点激光飞行扫描的测量系统100包括：控制系统(略画)、工作台组件110、导轨组件、检测组件120、以及待测物固定组件130，其中，所述工作台组件110包括工作台111，导轨组件设于工作台111上，导轨组件包括上导轨114、平行设置且相距一定距离的左导轨112与右导轨113，上导轨114可滑动地横跨于左导轨112与右导轨113之间，检测组件120可往复滑动地设于上导轨114之上，待测物固定组件130设于工作台111之上，所述导轨组件及检测组件120分别与所述控制系统电连接。

参照图4，所述检测组件120包括套设在上导轨114上并且可往复滑动的支架121、设于支架121的一侧并且可上下滑动的CCD相机122、设于CCD相机122旁侧的读码器124、以及设于CCD相机122另一侧的激光发射器123，此外CCD相机122的镜头外圈设置有环形光源122a。作为一种实施方式，CCD相机122的上下滑动由驱动气缸121a驱动。

再次参照图4，支架121的下方连接有L形的连接臂125，连接臂125的末端设有与CCD相机122相对的相机背光源126，所述支架125、CCD相机122、读码器124、激光发射器123、环形光源122a、驱动气缸121a\以及相机背光源126与所述控制系统电连接。

参照图1、图5及图6，待测物固定组件130设于上导轨114之下、左导轨112与右导轨113之间，待测物固定组件130包括支架组件、设于所述支架组件上的固定盘组件134、以及固定安装于固定盘组件134上的压盘135，其中，所述支架组件包括设有安装槽133a的支架板133以及用于支持支架板133的左支脚131与右支脚132，左支脚131与右支脚132平行设置，固定盘 组件134包括带有减重槽134a的固定盘以及设于减重槽134a周围的固定夹具组件，所述固定夹具组件包括用于固定待测物竖直方向位置的至少一个竖直固定夹具134b与用于固定待测物水平方向位置的至少一个水平固定夹具134c。作为一种实施方式，如图5、图6所示，竖直固定夹具134b共有四个，分别设于减重槽134a左右两侧各一个以及减重槽134a后侧两个，水平固定夹具134c共有三个，分别设于减重槽134a的前侧两个以及减重槽134a的右侧一个。

再次参照图6，压盘135包括用于压紧待测物外周边缘的闭型压盘框架、设于所述闭型压盘框架的内部的至少一条支撑条135a、设于所述闭型压盘框架的外周的压紧条135b、135c，支撑条135a及压紧条135b、135c均与所述闭型压盘框架一体成型。作为一种实施方式，支撑条135a设有两条，关于压盘135的水平纵向对称轴对称设置；压紧条设有4条，其中，压紧条135b设有两条，设于所述闭型压盘框架的后侧，并由位于减重槽134a后侧的两个竖直固定夹具134b夹紧，压紧条135c设有两条，分别设于所述闭型压盘框架的左右两侧，并分别由减重槽134a左右两侧的竖直固定夹具134b夹紧。

工作原理：检测组件120在左右导轨112、113及上导轨114的带动下可实现三个自由度方向上的位移，从而为CCD相机的拍摄测量奠定结构上的传动基础，CCD相机在驱动系统的作用下，围绕夹装于待测物固定组件130的待测物外圈走多圈，边走边采集尺寸数据，最终完成待测物外圈尺寸数据的采集。参照图7与图8，待测物200包括基盘210，基盘210上设有槽部220，槽部220依次邻接有斜面S1、斜面S2、斜面S3以及斜面S4，现需要测量由斜面S1、斜面S2、斜面S3、斜面S4以及槽部220构成的剖面轮廓。

具体的测量步骤如下：

1.预先将由斜面S1、斜面S2、斜面S3、斜面S4以及槽部220构成的待测物上表面沿其剖面线等分成若干段，每个小段由激光发射器打出光斑于其上，并由CCD相机拍摄依次采集这些点。

2.具体地，如图8所示，待测物200的上表面沿剖面线方向等分成20段，可在每段上等距取出P1、P2、P3、P4……P20共计20个等分点，为了依次测量出这些点，可将CCD相机按如图7所示的轨迹线依次测量 这些点。

3.具体地，如图8所示，在待测物表面上等距地设定测量轨迹线R1、R2……R10，其中，P1、P2、P3、P4……P20共计20个等分点沿其中一条剖面线各自分散于待测物表面上的测量轨迹线上，即：P1与P20位于测量轨迹线R1上，P2与P19位于测量轨迹线R2上，P3与P18位于测量轨迹线R3上，P4与P17位于测量轨迹线R4上，P5与P16位于测量轨迹线R5上，P6与P15位于测量轨迹线R6上，P7与P14位于测量轨迹线R7上，P8与P13位于测量轨迹线R8上，P9与P12位于测量轨迹线R9上，P10与P11位于测量轨迹线R10上，CCD相机绕测量轨迹线走一圈即可完成同一剖面线上的前后两个测量点，如CCD相机绕测量轨迹线R1走一圈，即可完成对点P2与点P19的测量，因此对于不同的剖面线上的测量点，CCD相机绕测量轨迹线走一圈就能完成所有剖面线上的测量点的测量。如此，CCD相机可依次沿R1至R10完成测量，或者依次沿R10至R1完成测量，测量出所有待测点之后，就可得出待测物表面的尺寸特征是否满足设定要求。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

如上所述，根据本发明，能够取得如下有益效果：

1.由于所述导轨组件包括上导轨114、平行设置且相距一定距离的左导轨112与右导轨113，上导轨114可滑动地横跨于左导轨112与右导轨113之间，上导轨114之上可滑动地设有检测组件120，从而使得检测组件120可实现两个自由度的位移运动。

2.由于检测组件120包括套设在上导轨114上并且可往复滑动的支架121、设于支架121的一侧并且可上下滑动的CCD相机122、设于CCD相机122旁侧的读码器124、以及设于CCD相机122另一侧的激光发射器123，使得CCD相机122可实现第三个自由度即竖直方向上的位移运动，从而使得CCD相机122可在支架121的调整下来调整焦距，提高拍摄清晰度，读码器124亦可在CCD相机122拍摄过程中对产品上的条码进行扫描，而激光发射器123可发射点激光束 至待测物表面。

3.由于CCD相机122的镜头外圈设置有环形光源122a，支架121的下方连接有L形的连接臂125，连接臂125的末端设有与CCD相机122相对的相机背光源126，支架121、CCD相机122、读码器124、激光发射器123、环形光源122a、以及相机背光源126与所述控制系统电连接，使得支架121、CCD相机122、读码器124、激光发射器123、环形光源122a、以及相机背光源126可在所述控制系统的协同作用下，实现支架121与CCD相机122的焦距自动调节；实现对于不同的环境光源，通过相机背光源126与环形光源122a的相互协调来调整相应的打光方式，如光线的强弱、打光的方向等等，使得成像图片不至于曝光过度或曝光不够，充分保证测量精度。

4.由于待测物固定组件130设于上导轨114之下、左导轨112与右导轨113之间，待测物固定组件130包括支架组件、设于所述支架组件上的固定盘组件134、以及固定安装于固定盘组件134上的压盘135，从而使得检测组件120在移动过程中可方便地进行拍摄测量，提高测量效率。

5.由于所述固定夹具组件包括用于固定待测物竖直方向位置的至少一个竖直固定夹具134b与用于固定待测物水平方向位置的至少一个水平固定夹具134c，从而使得待测物能够在竖直及水平方向上受到约束定位，减少测量过程中由于定位不稳固出现的测量误差。

6.由于压盘135包括用于压紧待测物外周边缘的闭型压盘框架、设于所述闭型压盘框架的内部的至少一条支撑条135a、设于所述闭型压盘框架的外周的压紧条135b、135c，支撑条135a及压紧条135b、135c均与所述闭型压盘框架一体成型，从而使得所述压盘可利用待测物的不需要测量尺寸特征的一些边缘区域及中心区域来将待测物固定压紧于所述固定盘之上。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围 所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种基于点激光飞行扫描的测量系统，其特征在于，包括：

控制系统；

工作台；

设于所述工作台上的待测物固定组件；以及

固定在所述工作台上的导轨组件，

其中，所述导轨组件包括上导轨、平行设置且相距一定距离的左导轨与右导轨，所述上导轨可滑动地横跨于所述左导轨与右导轨之间，所述上导轨之上可往复滑动地设有检测组件，所述导轨组件及所述检测组件分别与所述控制系统电连接。

2.如权利要求1所述的基于点激光飞行扫描的测量系统，其特征在于，所述检测组件包括套设在所述上导轨上并且可往复滑动的支架、设于所述支架的一侧并且可上下滑动的CCD相机、设于所述CCD相机旁侧的读码器、以及设于所述CCD相机另一侧的激光发射器。

3.如权利要求2所述的基于点激光飞行扫描的测量系统，其特征在于，所述CCD相机的镜头外圈设置有环形光源，所述支架的下方连接有L形的连接臂。

4.如权利要求3所述的基于点激光飞行扫描的测量系统，其特征在于，所述连接臂的末端设有与所述CCD相机相对的相机背光源，所述支架、CCD相机、读码器、激光发射器、环形光源、以及相机背光源与所述控制系统电连接。

5.如权利要求1所述的基于点激光飞行扫描的测量系统，其特征在于，所述待测物固定组件设于所述上导轨之下、左导轨与右导轨之间，所述待测物固定组件包括支架组件、设于所述支架组件上的固定盘组件、以及固定安装于所述固定盘组件上的压盘。

6.如权利要求5所述的基于点激光飞行扫描的测量系统，其特征在于，所述支架组件包括设有安装槽的支架板以及用于支持所述支架板的左支脚与右支脚，所述左支脚与右支脚平行设置。

7.如权利要求6所述的基于点激光飞行扫描的测量系统，其特征在于，所述固定盘组件包括带有减重槽的固定盘以及设于所述减重槽周围的固定夹具组件。

8.如权利要求7所述的基于点激光飞行扫描的测量系统，其特征在于，所述固定夹具组件包括用于固定待测物竖直方向位置的至少一个竖直固定夹具与用于固定待测物水平方向位置的至少一个水平固定夹具。

9.如权利要求8所述的基于点激光飞行扫描的测量系统，其特征在于，所述压盘包括用于压紧待测物外周边缘的闭型压盘框架、设于所述闭型压盘框架的内部的至少一条支撑条、设于所述闭型压盘框架的外周的压紧条。

10.如权利要求9所述的基于点激光飞行扫描的测量系统，其特征在于，所述支撑条及压紧条均与所述闭型压盘框架一体成型，所述压紧条的数目与所述竖直固定夹具的数目相等。