CN108871236A - 一种基于三维成像的孔角度测量装置及测量方法 - Google Patents

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    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
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Abstract

本发明公开了一种基于三维成像的孔角度测量装置，包括三维成像系统、计算机、数据线、待测量物体、测量平台、鼠标、键盘、机箱、电动机、减速器、转动盘、扫描头等，所述三维成像系统优选工业领域用的激光扫描仪；所述激光扫描仪的前侧设置有扫描头，所述激光扫描仪的一侧设置有显示屏。本基于三维成像的孔角度测量装置及测量方法通过先对待测物体进行扫描和建模，然后对模型进行角度测量的方式，解决了传统的不规则物体的非垂直孔的测量的难题。相比传统的孔角度测量装置及测量方法，本基于三维成像的孔角度测量装置及测量方法操作更简单，测量更快速，测量更准确，测量所消耗的人力物力更少。

Description

一种基于三维成像的孔角度测量装置及测量方法
技术领域
本发明涉及孔角度测量领域，具体是一种基于三维成像的孔角度测量装置及测量方法。
背景技术
激光扫描仪是借着扫描技术来测量工件的尺寸及形状等工作的一种仪器，激光扫描仪必须采用一个稳定度及精度良好的旋转马达，当光束打到由马达所带动的多面棱规反射而形成扫描光束。由于多面棱规位于扫描透镜的前焦面上，并均匀旋转使激光束对反射镜而言，其入射角相对地连续性改变，因而反射角也作连续性改变，经由扫描透镜的作用，形成一平行且连续由上而下的扫描线。由于扫描法系以时间为计算基准，故又称为时间法。它是一种十分准确、快速且操作简单的仪器，且可装置于生产在线，形成边生产边检验的仪器。激光扫描仪的基本结构包含有激光光源及扫描器、受光感 ( 检 ) 测器、控制单元等部分。激光光源为密闭式，较不易受环境的影响，且容易形成光束，常采用低功率的可见光激光，如氦氖激光、半导体激光等，而扫描器为旋转多面棱规或双面镜，当光束射入扫描器后，即快速转动使激光光反射成一个扫描光束。光束扫描全程中，若有工件即挡住光线，因此可以测知直径大小。测量前，必须先用两支已知尺寸的量规作校正，然后所有测量尺寸若介于此两量规间，可以经电子信号处理后，即可得到待测尺寸。因此，又称为激光测规。立体成像系统是从拍摄到打印、观看，整个过程仅仅2分钟，操作简单快速。拍摄出的景物也凸显出立体之感觉。立体成像系统与普通的数码照相技术根本的区别在于普通的数码照相技术形成的是二维平面图象，而立体成像系统的技术形成是真实的三维立体图象画面有很强的纵深感和立体感，拍摄出的照片摆脱了传统平面二维照片的束缚，再通过观看器看到的景色，能感受到栩栩如生和身临其境的立体效果。再者普通的数码相机技术相片速度比较慢，时间长无法与立体成像系统拍摄相片的速度时间相比。
目前在工业制造领域，三坐标测量设备无法很好地实现对不规则物体上的非垂直孔的信息（如孔的直径，孔与平面或外观面的角度等）进行测量。孔的位置精度是零件设计制造的重要参数，如果孔的位置精度都不够会严重影响零部件的合格率。这使得发明一种能够方便、准确测量不规则物体上的非垂直孔的装置和方法成为人们的迫切需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于三维成像的孔角度测量装置及测量方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于三维成像的孔角度测量装置，包括三维成像系统、计算机、数据线、待测量物体、测量平台、鼠标、键盘、机箱、电动机、减速器、转动盘、扫描头和激光扫描仪；所述三维成像系统优选工业领域用的激光扫描仪；所述激光扫描仪的前侧设置有扫描头，所述激光扫描仪的一侧设置有显示屏；所述激光扫描仪放置在测量平台上，所述激光扫描仪的一侧设置有计算机，所述计算机为笔记本计算机或台式计算机，所述计算机的前侧连接有键盘和鼠标；所述计算机通过数据线和激光扫描仪连接，所述激光扫描仪的前侧设置有转动盘；所述转动盘的下方设置有机箱，所述机箱内设置有电动机，所述电动机的上方设置有减速器，电动机的转轴通过联轴器和减速器的输入转轴连接；
作为本发明进一步的方案：所述转动盘为塑料材质。
作为本发明再进一步的方案：所述减速器为齿轮组。
作为本发明再进一步的方案：所述电动机通过螺栓螺母固定在机箱内。
作为本发明再进一步的方案：所述减速器的输出转轴的前端设置有螺纹头，所述转动盘的底部设置有和螺纹头相配合的安装螺孔，所述转动盘通过螺纹配合和减速器的输出转轴连接。
一种基于三维成像的孔角度测量方法，包括：
S1：先把待测量物体放置在测量平台上，然后放置好激光扫描仪，激光扫描仪通过数据线和计算机连接，然后启动计算机和激光扫描仪的开关，然后通过激光扫描仪对不规则的待测量物体进行3D扫描，扫描出的数据传送到计算机，然后通过和激光扫描仪配套的三维软件对待测物体进行扫描；
S2：把3D模型的STL数据导入3D模型测量软件；通过3D模型测量软件对3D模型进行测量，测量时先在平面上的任意三个点建立一个基准平面；
S3：建立平行于两个孔方向的两个基准平面；
S4：通过平行于孔轴线方向的两个基准平面相交，得到第一孔的轴心线；
S5：同样的，在第二个孔位重复S1到S3，得到第二孔的轴心线；
S6：最后测量出两个孔的角度数据。
作为本发明进一步的方案：3D模型的格式为STL。
作为本发明再进一步的方案：3D模型测量软件选用JT2GO。
作为本发明再进一步的方案：测量角度数据自动输出。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本基于三维成像的孔角度测量装置及测量方法通过先对待测物体进行扫描和建模，然后对模型进行角度测量的方式，解决了传统的不规则物体的非垂直孔的测量的难题。相比传统的孔角度测量装置及测量方法，本基于三维成像的孔角度测量装置及测量方法操作更简单，测量更快速，测量更准确，测量所消耗的人力物力更少。
附图说明
图1为一种基于三维成像的孔角度测量装置的示意图。
图2为一种基于三维成像的孔角度测量方法中的S2的示意图。
图3为一种基于三维成像的孔角度测量方法中的S2的示意图。
图4为一种基于三维成像的孔角度测量方法中的S3的示意图。
图5为一种基于三维成像的孔角度测量方法中的S4的示意图。
图6为一种基于三维成像的孔角度测量方法中的S5的示意图。
图中：三维成像系统1、计算机2、数据线3、待测量物体4、测量平台5、鼠标6、键盘7、机箱8、电动机9、减速器10、转动盘11、扫描头12、激光扫描仪13、第一孔14、第二孔15。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～6，本发明实施例中，一种基于三维成像的孔角度测量装置，包括三维成像系统1、计算机2、数据线3、待测量物体4、测量平台5、鼠标6、键盘7、机箱8、电动机9、减速器10、转动盘11、扫描头12和激光扫描仪13；所述三维成像系统1可以为多种，可以是牙科领域使用的口内扫描仪，也可以是工业领域用的激光扫描仪13，这里优选工业领域用的激光扫描仪13；所述激光扫描仪13的前侧设置有扫描头12，所述激光扫描仪13的一侧设置有显示屏，所述显示屏用于对扫描仪的扫描参数进行显示和控制；所述激光扫描仪13放置在测量平台5上，所述激光扫描仪13的一侧设置有计算机2，所述计算机2为笔记本计算机或台式计算机，所述计算机2的前侧连接有键盘7和鼠标6；所述计算机2通过数据线3和激光扫描仪13连接，所述激光扫描仪13的前侧设置有转动盘11，所述转动盘11为塑料材质；
所述转动盘11的下方设置有机箱8，所述机箱8内设置有电动机9，所述电动机9的上方设置有减速器10，所述减速器10为齿轮组，所述电动机9通过螺栓螺母固定在机箱8内，电动机9的转轴通过联轴器和减速器10的输入转轴连接，所述减速器10的输出转轴的前端设置有螺纹头，所述转动盘11的底部设置有和螺纹头相配合的安装螺孔，所述转动盘11通过螺纹配合和减速器10的输出转轴连接；所述转动盘11的底部用于置放待测量物体4；
在对较小的零件进行测量时，通过较小的手持式的激光扫描仪13进行扫描；
一种基于三维成像的孔角度测量方法，包括：
S1：先把待测量物体4放置在测量平台5上，然后放置好激光扫描仪13，激光扫描仪13通过数据线3和计算机2连接，然后启动计算机2和激光扫描仪13的开关，然后通过激光扫描仪13对不规则的待测量物体4进行3D扫描，扫描出的数据传送到计算机2，然后通过和激光扫描仪13配套的三维软件对待测物体进行扫描，所述3D模型的格式为STL；
S2：把3D模型的STL数据导入3D模型测量软件；通过3D模型测量软件对3D模型进行测量，测量时先在平面上的任意三个点建立一个基准平面；
S3：建立平行于两个孔方向的两个基准平面；
S4：通过平行于孔轴线方向的两个基准平面相交，得到第一孔14的轴心线；
S5：同样的，在第二个孔位重复S1到S3，得到第二孔15的轴心线；
S6：最后测量出两个孔的角度数据。
本发明的工作原理是：在测量时，先对待测量物体4上的非垂直孔进行三维扫描，然后把扫描的数据传送到计算机2，通过计算机2上的配套软件对测量数据进行三维建模，然后通过3D模型测量软件对模型的孔进行测量，实现对实际物体孔的角度进行测量。激光扫描仪13在扫描时，红外线激光束射到旋转光学镜的中心，该光学镜将使激光在围绕扫描环境垂直旋转的方向上产生偏差；之后，将周围对象的该点处的数据进行定位，散射光反射回扫描仪。
通过这种非接触式的间接测量，测量更加快速方便，不仅可以对较小的零件进行测量，而且可以对较大型的零件进行测量，省去了传统的需要多种测量工具进行测量的方式，通过使用高精度的激光扫描仪13，使得测量速度更快，测量更方便，测量的精确度更高。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于三维成像的孔角度测量装置，包括三维成像系统、计算机、数据线、待测量物体、测量平台、鼠标、键盘、机箱、电动机、减速器、转动盘、扫描头和激光扫描仪；其特征在于，所述三维成像系统为工业领域用的激光扫描仪；所述激光扫描仪的前侧设置有扫描头，所述激光扫描仪的一侧设置有显示屏；所述激光扫描仪放置在测量平台上，所述激光扫描仪的一侧设置有计算机，所述计算机的前侧连接有键盘和鼠标；所述计算机通过数据线和激光扫描仪连接，所述激光扫描仪的前侧设置有转动盘；所述转动盘的下方设置有机箱，所述机箱内设置有电动机，所述电动机的上方设置有减速器，电动机的转轴通过联轴器和减速器的输入转轴连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于三维成像的孔角度测量装置，其特征在于，所述转动盘为塑料材质。
3.根据权利要求1所述的一种基于三维成像的孔角度测量装置，其特征在于，所述减速器为齿轮组。
4.根据权利要求1所述的一种基于三维成像的孔角度测量装置，其特征在于，所述电动机通过螺栓螺母固定在机箱内。
5.根据权利要求1所述的一种基于三维成像的孔角度测量装置，其特征在于，所述减速器的输出转轴的前端设置有螺纹头，所述转动盘的底部设置有和螺纹头相配合的安装螺孔，所述转动盘通过螺纹配合和减速器的输出转轴连接。
6.一种基于三维成像的孔角度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：先把待测量物体放置在测量平台上，然后放置好激光扫描仪，激光扫描仪通过数据线和计算机连接，然后启动计算机和激光扫描仪的开关，然后通过激光扫描仪对不规则的待测量物体进行3D扫描，扫描出的数据传送到计算机，然后通过和激光扫描仪配套的三维软件对待测物体进行扫描；
S2：把3D模型的STL数据导入3D模型测量软件；通过3D模型测量软件对3D模型进行测量，测量时先在平面上的任意三个点建立一个基准平面；
S3：建立平行于两个孔方向的两个基准平面；
S4：通过平行于孔轴线方向的两个基准平面相交，得到第一孔的轴心线；
S5：同样的，在第二个孔位重复S1到S3，得到第二孔的轴心线；
S6：最后测量出两个孔的角度数据。
7.根据权利要求4所述的一种基于三维成像的孔角度测量方法，其特征在于，3D模型的格式为STL。
8.根据权利要求4所述的一种基于三维成像的孔角度测量方法，其特征在于，3D模型测量软件选用JT2GO。
9.根据权利要求4所述的一种基于三维成像的孔角度测量方法，其特征在于，测量角度数据自动输出。
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