CN110044303A - 一种恒温三维扫描仪 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种恒温三维扫描仪，采用分体式设计，将扫描仪内可外置远离主体部件置于远端控制盒内，减小高温对元器件的不良影响，降低机械手末端负载，有效提高扫描仪运动效率；设置制冷组件，对三维扫描仪密封壳体内进行降温，防止高温对投影仪和工业相机的不良影响，适应高温工作环境；气体增压泵使低压气体转换成高压气体，使测头和测头控制盒内的气体流通，并将测头内的热气抽出，再鼓入翅片式冷凝器进行第一次降温，翅片式冷凝器将降温后的气体鼓入温差片制冷模块的冷腔进行第二次降温，第二次降温后的冷气通过测头的进气管流向散热片，给工业相机制冷，冷气通过散热片流向测头的每个角落，如此循环，进而降低测头的整体温度。

Description

一种恒温三维扫描仪

技术领域

本发明涉及三维扫描仪领域，尤其涉及一种恒温三维扫描仪。

背景技术

目前在高温物体测量领域，基于计算机视觉的三维测量技术正逐渐取代卡尺、量规等精度低且危险的接触式测量方法，此技术普遍具有非接触式，测量速度快、测量精度高等优点，近年来得到了国内外相关研究单位的高度重视，并进行了针对性研究。目前已出现CCD图像测量法、激光扫描法和结构光测量法等多种基于计算机视觉的高温物体测量方法。高温物体三维测量通常采用结构光测量法，通过将三维扫描仪安装在机械手上，机械手带动三维扫描仪近距离的获取被测工件表面反射的正弦光栅条纹图像，但过高的温度容易使三维扫描仪中的投影仪亮度衰减，工业相机掉线，甚至损伤三维扫描仪，进而导致三维扫描仪的扫描精度和识别率降低，另外，测量现场环境恶劣，往往存在较强烈的震动等不利因素，会严重影响测量精度。因此，为解决上述问题，本发明提供一种可以适应高温环境并且可以提高测量精度的三维扫描仪。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种可以适应高温环境并且可以提高测量精度的三维扫描仪。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种恒温三维扫描仪，其包括测头，所述测头包括密封壳体、投影仪和工业相机，所述投影仪和工业相机分别设置于密封壳体内，还包括制冷组件；

密封壳体上设置有进气口和出气口；

制冷组件设置于密封壳体外且分别与进气口和出气口连通形成气流循环管路，并提供给气流冷量。

在以上技术方案的基础上，优选的，制冷组件包括温差片制冷模块、翅片式冷凝器、气体增压泵和风扇；

气体增压泵的进气口与测头的出气口连通，气体增压泵的出气口与翅片式冷凝器的进气口连通，翅片式冷凝器的出气口与温差片制冷模块的冷腔连通，温差片制冷模块的冷腔与测头的进气口连通，风扇安装在温差片制冷模块的热腔。

进一步优选的，还包括测头控制盒、控制板和温度传感器；

控制板设置于测头控制盒内，温度传感器设置于测头内；

温度传感器和制冷组件分别与控制板信号连接。

进一步优选的，工业相机上设置有散热片；

散热片上设置有通孔；

测头的进气口与通孔连通。

在以上技术方案的基础上，优选的，密封壳体上正对被测工件的一侧设置有通孔、密封压圈和红外截止片；

红外截止片设置在通孔内，并与通孔的内壁紧密抵持，密封压圈固定在红外截止片上；

工业相机和投影仪的镜头正对红外截止片设置。

在以上技术方案的基础上，优选的，测头内壁上贴有隔热膜。

进一步优选的，测头置于隔热服内。

在以上技术方案的基础上，优选的，测头还包括机器人管线包、出气管、进气管、电源线和网线；

密封壳体还包括电源接口和网线接口；

出气管与出气口连通，进气管与进气口连通，电源线与电源接口电性连接，网线与网线接口电性连接；

机器人管线包内容纳有出气管、进气管、电源线和网线。

进一步优选的，测头还包括转接固定头；

转接固定头包括法兰底盘和固定头；

法兰底盘的一端与固定头的一端固定连接，法兰底盘的另一端固定在机械手上，固定头的另一端设置有通孔，机器人管线包穿过固定头上的通孔，固定头的另一端固定在测头上。

进一步优选的，转接固定头与机器人管线包呈十字连接。

本发明的一种恒温三维扫描仪相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)采用分体式设计，将扫描仪内可外置远离主体部件至于远端控制盒内，以尽量减小高温对元器件的不良影响，同时扫描仪重量也相应降低，降低了机械手末端负载，有效提高了扫描仪运动效率；设置制冷组件，对三维扫描仪密封壳体内进行降温，使之保持恒温，防止高温对投影仪和工业相机的不良影响，适应高温工作环境；

(2)本发明的制冷原理为：气体增压泵使低压气体转换成高压气体，使测头和测头控制盒内的气体流通，并将测头内的热气抽出，再鼓入翅片式冷凝器进行第一次降温，翅片式冷凝器将降温后的气体鼓入温差片制冷模块的冷腔进行第二次降温，第二次降温后的冷气通过测头的进气管流向散热片，给工业相机制冷，冷气通过散热片流向测头的每个角落，如此循环，进而降低测头的整体温度；

(3)通过设置红外截止片，可以阻隔红外线穿过测量视窗，避免因红外线摄入而引起的温度上升。

(4)通过在测头内壁上贴有隔热膜，并将测头放置于隔热服中，可以隔离高温源，起到隔热的作用；

(5)通过设置机器人管线包，可以将测头的出气管、进气管、电源线和网线包裹成一束，防止在机械手转动过程中，出气管、进气管、电源线和网线缠绕于机械手上，妨碍机械手转动，并且可以保护出气管、进气管、电源线和网线不受损坏；

(6)通过设置转接固定头，其一端可以将机器人管线包呈十字型固定在测头上，另一端可以将测头固定在机械手上，避免因强烈的震动等不利因素而严重影响测量精度，通过转接固定头可以减少体积，便于测头固定在机械手上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种恒温三维扫描仪中测头控制盒的立体图；

图2为本发明一种恒温三维扫描仪中测头去掉密封外壳后的立体图；

图3为本发明一种恒温三维扫描仪中测头的立体图；

图4为本发明一种恒温三维扫描仪中测头的仰视图。

图中，1-测头，11-密封壳体，111-进气口，112-出气口，113-密封压圈，114-红外截止片，115-电源接口，116-网线接口，12-投影仪，13-工业相机，131-散热片，14-机器人管线包，15-转接固定头，151-法兰底盘，152-固定头，16-温度传感器，17-出气管，18-进气管，19-电源线，20-网线，2-测头控制盒，21-控制板，22-制冷组件，221-温差片制冷模块，222-翅片式冷凝器，223-气体增压泵，224-风扇。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明的一种恒温三维扫描仪，其包括测头1和测头控制盒2。

测头1安装在机械手上，机械手带动测头1近距离的拍摄高温的被测工件。在本实施例中测头1包括密封壳体11、投影仪12、工业相机13、机器人管线包14、转接固定头15、温度传感器16、出气管17、进气管18、电源线19和网线20。测头控制盒2包括控制板21和制冷组件22。

其中，如图2所示，密封壳体11用于容纳投影仪12、工业相机13和温度传感器16，并且将壳体做成密封状态，是为了保证制冷组件22产生的冷气可以在壳体内循环流通，并带走壳体内的热气，防止冷气外泄，降低锻造的高温环境对测头1内部件的不良影响。在本实施例中，如图3和图4所示，密封壳体11上设置有进气口111、出气口112、密封压圈113、红外截止片114、电源接口115和网线接口116；进气口111是冷气进入测头1的入口，与进气管18连通，出气口112是测头1内的热气流出的出口，与出气管17连通，电源接口115是测头1的电源线19的接口，网线接口116是网线20的接口，网线20用于测头1与测头控制盒2通信。机器人管线包14用于将出气管17、进气管18、电源线19和网线20包裹成一束，避免在机械手转动时，出气管17、进气管18、电源线19和网线20缠绕在机械手上，妨碍机械手转动，另外，机器人管线包14有助于减少损坏和老化电源，并显著提升生命周期，不会限制机器人的运动轨迹，可避免作用在软管上的旋转扭力，同时可减少电缆系统上的压力。转接固定头15的一端可以将机器人管线包14呈十字型固定在测头1上，另一端可以将测头1固定在机械手上，避免因强烈的震动等不利因素而严重影响测量精度，通过转接固定头可以减少体积，便于测头固定在机械手上。在本实施例中，转接固定头15包括法兰底盘151和固定头152；法兰底盘151的一端与固定头152的一端固定连接，法兰底盘151的另一端固定在机械手上，固定头152的另一端设置有通孔，机器人管线包14穿过固定头152上的通孔，固定头152的另一端固定在测头1上，从整体上看，转接固定头15与机器人管线包14呈十字连接。投影仪12向被测工件投影光栅，工业相机13捕捉被测工件表面的变形光栅，由于投影仪12和工业相机13属于精密仪器，最容易受到温度干扰，当温度过高时，投影仪12将会亮度衰减，工业相机13容易掉线，甚至损伤测头1，因此，如图2所示，在本实施例中，除了设置有制冷组件22外，还在测头1内壁上贴有隔热膜，测头1置于隔热服内，工业相机13上设置有散热片131，密封壳体11上正对被测工件的一侧设置有通孔、密封压圈113和红外截止片114；其中，散热片131上设置有通孔，测头1的进气口111与通孔连通，红外截止片114设置在通孔内，并与通孔的内壁紧密抵持，密封压圈113固定在红外截止片114上；工业相机13和投影仪12的镜头正对红外截止片114设置。散热片131是吸取工业相机13上的热量，密封压圈113是为了使通孔密封，红外截止片114阻隔红外线穿过测量视窗，避免因红外线摄入而引起的温度上升。

在本实施例中，还设置了温度传感器16检测测头1的温度，并将温度值通过网线传递给控制板21，在控制板21上设置温度阈值，当温度值超过温度阈值时，控制板21驱动制冷组件22工作，使测头1内的温度降低到温度阈值以下，由于控制板21设置温度阈值以及驱动制冷组件22的功能可由现有技术实现，因此，在此不再累述控制板21的结构以及控制原理。

在本实施例中，测头控制盒2设置在密封壳体11外，主要是为了降低高温源对测头控制盒2的不良影响，同时便于更换和维修。制冷组件22设置在测头控制盒2内，制冷组件22包括温差片制冷模块221、翅片式冷凝器222、气体增压泵223和风扇224；其中，气体增压泵223的进气口与测头1的出气口112连通，气体增压泵223的出气口与翅片式冷凝器222的进气口连通，翅片式冷凝器222的出气口与温差片制冷模块221的冷腔连通，温差片制冷模块221的冷腔与测头1的进气口111连通，风扇224安装在温差片制冷模块221的热腔。其中，温差片制冷模块221是由两种不同的半导体两端连接而成，当有电流通过温差片制冷模块221时，就会在一端发热、另一端降温，产生温差，即一端制热，另一端制冷，风扇224可以快速的带走温差片制冷模块221的热腔的热量，使得温差片制冷模块221的制冷速度更快。本实施例中，制冷组件22的制冷原理是：气体增压泵223使低压气体转换成高压气体，使测头1和测头控制盒2内的气体流通，并将测头1内的热气抽出，再鼓入翅片式冷凝器222进行第一次降温，翅片式冷凝器222将降温后的气体鼓入温差片制冷模块221的冷腔进行第二次降温，第二次降温后的冷气通过测头1的进气管18流向散热片131，给工业相机13制冷，冷气通过散热片131流向测头1的每个角落，进而降低测头1的整体温度，如此循环，使三维扫描仪适应高温环境。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种恒温三维扫描仪，其包括测头(1)，所述测头(1)包括密封壳体(11)、投影仪(12)和工业相机(13)，所述投影仪(12)和工业相机(13)分别设置于密封壳体(11)内，其特征在于：还包括制冷组件(22)；

所述密封壳体(11)上设置有进气口(111)和出气口(112)；

所述制冷组件(22)设置于密封壳体(11)外且分别与进气口(111)和出气口(112)连通形成气流循环管路，并提供给气流冷量。

2.如权利要求1所述的一种恒温三维扫描仪，其特征在于：所述制冷组件(22)包括温差片制冷模块(221)、翅片式冷凝器(222)、气体增压泵(223)和风扇(224)；

所述气体增压泵(223)的进气口与测头(1)的出气口(112)连通，气体增压泵(223)的出气口与翅片式冷凝器(222)的进气口连通，翅片式冷凝器(222)的出气口与温差片制冷模块(221)的冷腔连通，温差片制冷模块(221)的冷腔与测头(1)的进气口(111)连通，风扇(224)安装在温差片制冷模块(221)的热腔。

3.如权利要求2所述的一种恒温三维扫描仪，其特征在于：还包括测头控制盒(2)、控制板(21)和温度传感器(16)；

所述控制板(21)设置于测头控制盒(2)内，温度传感器设置于测头(1)内；

所述温度传感器(16)和制冷组件(22)分别与控制板(21)信号连接。

4.如权利要求2所述的一种恒温三维扫描仪，其特征在于：所述工业相机(13)上设置有散热片(131)；

所述散热片(131)上设置有通孔；

所述测头(1)的进气口(111)与通孔连通。

5.如权利要求1所述的一种恒温三维扫描仪，其特征在于：所述密封壳体(11)上正对被测工件的一侧设置有通孔、密封压圈(113)和红外截止片(114)；

所述红外截止片(114)设置在通孔内，并与通孔的内壁紧密抵持，密封压圈(113)固定在红外截止片(114)上；

所述工业相机(13)和投影仪(12)的镜头正对红外截止片(114)设置。

6.如权利要求1所述的一种恒温三维扫描仪，其特征在于：所述测头(1)内壁上贴有隔热膜。

7.如权利要求6所述的一种恒温三维扫描仪，其特征在于：所述测头(1)置于隔热服内。

8.如权利要求1所述的一种恒温三维扫描仪，其特征在于：所述测头(1)还包括机器人管线包(14)、出气管(17)、进气管(18)、电源线(19)和网线(20)；

所述密封壳体(11)还包括电源接口(115)和网线接口(116)；

所述出气管(17)与出气口(112)连通，进气管(18)与进气口(111)连通，电源线(19)与电源接口(115)电性连接，网线(20)与网线接口(116)电性连接；

所述机器人管线包(14)内容纳有出气管(17)、进气管(18)、电源线(19)和网线(20)。

9.如权利要求8所述的一种恒温三维扫描仪，其特征在于：所述测头(1)还包括转接固定头(15)；

所述转接固定头(15)包括法兰底盘(151)和固定头(152)；

所述法兰底盘(151)的一端与固定头(152)的一端固定连接，法兰底盘(151)的另一端固定在机械手上，固定头(152)的另一端设置有通孔，机器人管线包(14)穿过固定头(152)上的通孔，固定头(152)的另一端固定在测头(1)上。

10.如权利要求9所述的一种恒温三维扫描仪，其特征在于：所述转接固定头(15)与机器人管线包(14)呈十字连接。