CN112945135A - 一种形迹器具快速测绘装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种形迹器具快速测绘装置及方法，包括承载车、定位单元和测绘机构；所述定位单元与承载车顶部滑动连接，所述测绘机构设于所述定位单元，由所述定位单元带动对目标工件进行三维测绘作业；所述定位单元包括安装底板、门型支架、X轴向移动机构、Y轴向移动机构和Z轴向移动机构，所述测绘机构包括连接座、高清相机和激光测距仪。本发明通过控制定位单元改变测绘机构在X、Y、Z方向上的移动量，使测绘机构实现对工件进行三维测绘作业；由高清相机拍摄工件各方位二维图像，提取图像中工件的轮廓特征，解决人工测绘二维形状精度不足问题；由激光测距仪快速扫描工件各位置，间接获得工件各位置厚度，克服人工测量厚度偏差问题。

Description

一种形迹器具快速测绘装置及方法

技术领域

本发明属于器具测绘技术领域，具体涉及一种形迹器具快速测绘装置及方法。

背景技术

形迹管理作为一种特殊的管理方法，其作用在于可以根据物体的形状进行归位，方便人们对号入座，能够一目了然，方便取放。实施形迹管理可以减少人们寻找工具的时间，易于取拿且归位方便，如果工具使用之后未归位或丢失，那么相应的工具形迹就会显现出来，一目了然，能够清晰的知道何种工具丢失。

目前，实施形迹管理的方法一般采用模具刻画器具的形状，然后将器具放置到模具中，从而方便拿取。器具被取走能一目了然的显示出来，如果丢失也能及时体现。但是由于器具的多样性，人们刻画器具花费时间较长，并且人工刻画精准度不高，将出现制造的模具无法容纳器具的现象；此外，由于器具本身不同部位厚度不一，人工测量时针对器具厚度的测绘存在偏差，也会导致制造的模具无法容纳器具。因此，如何提高器具形迹测绘的精度，提供一种形迹器具快速测绘装置及方法是亟需解决的技术问题。

发明内容

为解决上述现有技术问题，本发明提供一种形迹器具快速测绘装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

提供一种形迹器具快速测绘装置，包括承载车、定位单元和测绘机构；所述定位单元与承载车顶部滑动连接，所述测绘机构设于所述定位单元，由所述定位单元带动对目标工件进行三维测绘作业；所述定位单元包括安装底板、门型支架、X轴向移动机构、Y轴向移动机构和Z轴向移动机构，所述安装底板设于承载车顶部，所述安装底板两对侧对称设置X轴向移动机构，所述门型支架的两立柱底端分别设于两个对称的X轴向移动机构顶部，所述门型支架的横梁设置Y轴向移动机构，所述Y轴向移动机构侧部设置Z轴向移动机构，所述测绘机构安装于Z轴向移动机构；所述Z轴移动机构驱动所述测绘机构沿Z方向正向或反向移动，所述Y轴移动机构驱动所述Z轴移动机构沿Y方向正向或反向移动，所述X轴移动机构驱动门型支架沿X方向正向或反向移动；测绘机构包括连接座、高清相机和激光测距仪；所述连接座用于所述测绘机构安装于Z轴向移动机构，所述高清相机安装于所述连接座，所述高清相机拍摄方向朝向安装底板，所述激光测距仪安装于所述连接座，所述激光测距仪朝向安装底板垂直发射线型激光。

优选方案，所述X轴向移动机构包括X轴向驱动电机和X轴向线性模组，所述X轴向驱动电机和X轴向线性模组适配并设置于所述安装底板；所述Y轴向移动机构包括Y轴向驱动电机和Y轴向线性模组，所述Y轴向驱动电机和Y轴向线性模组适配并设置于门型支架的横梁；所述Z轴向移动机构包括Z轴向驱动电机和Z轴向线性模组，所述Z轴向驱动电机和Z轴向线性模组适配并竖直设于Y轴向线性模组侧部。

优选方案，所述装置包括照明机构，所述照明机构设于所述安装底板适配设置的安装槽内，所述照明机构包括白光灯和透光板，所述白光灯设于所述安装槽底，所述透光板用以封住安装槽。

优选方案，所述装置包括控制机构，所述控制机构包括主控模块、电池组和电源接口，所述主控模块包括定位控制模块、和/或测绘控制模块、轮廓图像处理模块和厚度处理模块；所述定位控制模块用以控制X轴向移动机构、Y轴向移动机构、Z轴向移动机构工作；所述测绘控制模块用以控制高清相机、激光测距仪工作，保存高清相机、激光测距仪采集的图像数据和厚度数据并进行传输；所述轮廓图像处理模块与测绘控制模块电连接，用于处理来自高清相机采集的初始图像数据以得到目标工件的轮廓数据；所述厚度处理模块与测绘控制模块电连接，用于处理来自激光测距仪采集的初始厚度数据以得到目标工件不同位置的厚度数据。

优选方案，所述主控模块包括工艺生成模块，所述工艺生成模块分别与轮廓图像处理模块和厚度处理模块电连接，对接收的目标工件的轮廓数据和厚度数据进行拟合计算得到目标工件的三维结构数据，并生成目标工件的加工刀路代码。

优选方案，所述主控模块包括照明控制模块，所述照明控制模块用以控制白光灯工作。

优选方案，所述安装底板顶部设置载板和容纳所述载板的卡槽。

优选方案，所述控制机构包括操控面板，所述操控面板与主控模块电连接。

本发明还包括一种基于上述形迹器具快速测绘装置的形迹器具测绘方法，包括：

S1.获取目标工件轮廓数据；

a1、由高清相机对置于载板的目标工件进行拍摄得到目标工件的初始二维图像；

a2、提取初始二维图像中目标工件的轮廓特征，得到目标工件的轮廓数据；

S2.获取目标工件厚度数据；

b1、由激光测距仪垂直发射线型激光对目标工件扫描，采集目标工件扫描位置处的厚度数据；

b2、移动所述激光测距仪对目标工件不同位置垂直发射线型激光进行扫描，采集目标工件不同位置的厚度数据；

S3.对所述目标工件的轮廓数据和厚度数据进行拟合得到目标工件三维结构数据。

优选方案，所述激光测距仪以位于与所述载板的恒定高度处移动。

优选方案，所述步骤S1还包括对步骤a1获得的初始二维图像中的畸变图像进行畸变消除处理。

本发明的有益效果体现在，通过控制定位单元中移动机构改变测绘机构在X、Y、Z方向上的移动量，使测绘机构实现对平稳放置的工件任意位置进行三维测绘作业；由高清相机拍摄工件各方位二维图像，并利用图像处理技术提取图像中工件的轮廓特征，解决人工测绘二维形状精度不足问题；由激光测距仪快速扫描工件各位置，间接获得工件各位置厚度，克服人工测量时厚度偏差问题；结合轮廓数据与厚度数据作拟合分析运算构件三维结构数据，精准构造工件外形结构，可利用自动化精准控制测绘进程，操作精度提升且测量效率高。

附图说明：

图1为本发明实施例所述形迹器具快速测绘装置立体结构示意图；

图2为本发明实施例所述定位单元立体结构示意图；

图3为本发明实施例所述测绘机构立体结构示意图；

图4为本发明实施例所述照明机构立体结构示意图。

附图标记说明

1.定位单元，11.安装底板，111.载板，12.门型支架，131.X轴向线性模组，132.X轴向驱动电机，141.Y轴向线性模组，142.Y轴向驱动电机，151.Z轴向线性模组，152.Z轴向驱动电机，2.测绘机构，21.高清相机，22.激光测距仪，23.连接座，3.承载车，4.控制机构，5.电池组，6.电源接口，7.照明机构，71.白光灯，72.透光板，8.线型激光，9.操控面板。

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1-4所示，本发明提供的具体实施例如下：

本实施例提供一种形迹器具快速测绘装置，包括承载车3、定位单元1和测绘机构2；所述定位单元与承载车顶部滑动连接，所述测绘机构设于所述定位单元，由所述定位单元带动对目标工件进行三维测绘作业；所述定位单元1包括安装底板11、门型支架12、X轴向移动机构、Y轴向移动机构和Z轴向移动机构，所述安装底板11设于承载车3顶部，所述安装底板两对侧对称设置X轴向移动机构，所述门型支架的两立柱底端分别设于两个对称的X轴向移动机构顶部，所述门型支架的横梁设置Y轴向移动机构，所述Y轴向移动机构侧部设置Z轴向移动机构，所述测绘机构安装于Z轴向移动机构；所述Z轴移动机构驱动所述测绘机构沿Z方向正向或反向移动，所述Y轴移动机构驱动所述Z轴移动机构沿Y方向正向或反向移动，所述X轴移动机构驱动门型支架沿X方向正向或反向移动；测绘机构2包括连接座23、高清相机21和激光测距仪22；所述连接座23用于所述测绘机构2安装于Z轴向移动机构，所述高清相机21安装于所述连接座23，所述高清相机拍摄方向朝向安装底板，所述激光测距仪22安装于所述连接座23，所述激光测距仪朝向安装底板垂直发射线型激光。相比于现有技术人工刻画器具形状的方案，本方案的优点在于，定位单元带动测绘机构在容许空间内对工件进行三维测绘作业，其中定位单元中相互垂直的X轴向移动机构、Y轴向移动机构和Z轴向移动机构构成驱动测绘机构在容许的三维空间内自由运动，即控制测绘机构在X、Y、Z方向上的移动量(X、Y、Z方向如图2中所示)，使测绘机构实现对平稳放置的工件任意位置进行测绘；由高清相机快速拍摄的工件各方位的二维图像，相比于如人工描绘工件二维形状，其效率得到极大提升；由激光测距仪快速扫描工件各位置，间接获得工件扫描面各位置厚度，相比于如人工利用游标卡尺测量工件厚度，其效率得到极大提升；同时，由高清相机采集的初始二维图像采用图像处理可快速提取工件的轮廓特征，结合激光测距仪间接采集的厚度数据，通过数据分析进行拟合运算获得工件的三维结构数据。

其中，连接座23可设置成L型支架，如图3所示，方便提供高清相机与激光测距仪安装的安装平台；高清相机21可设置两部，两部相机位于底板上方同一平面，且光轴相互平行，在对工件静距离拍摄时，进行准确定位，获取更清晰的二维图像；承载车作为测绘装置的承载基础，顶部提供测绘作业时的操作平台，如图1所示，为方便装置移动，承载车设置成可移动式。

优选实施例方案，所述X轴向移动机构包括X轴向驱动电机132和X轴向线性模组131，所述X轴向驱动电机132和X轴向线性模组131适配并设置于所述安装底板11；所述Y轴向移动机构包括Y轴向驱动电机142和Y轴向线性模组141，所述Y轴向驱动电机142和Y轴向线性模组141适配并设置于门型支架12的横梁；所述Z轴向移动机构包括Z轴向驱动电机152和Z轴向线性模组151，所述Z轴向驱动电机152和Z轴向线性模组151适配并竖直设于Y轴向线性模组141侧部。其中，X轴向移动机构、Y轴向移动机构、Z轴向移动机构的选择不局限于线性模组与驱动电机适配组合。

优选实施例方案，所述安装底板11顶部设置载板111和容纳所述载板的卡槽。测绘作业时，依据工件的形状特征进行摆放，如图3所示，将工件平稳置于载板。

优选实施例方案，所述装置包括照明机构7，所述照明机构7设于所述安装底板11适配设置的安装槽内，所述照明机构7包括白光灯71和透光板72，所述白光灯设于所述安装槽底，所述透光板用以封住安装槽。其中照明机构起到补光作用，降低阴影对图像拍摄干扰，使用照明机构时，可以配合透光的载板使用。

优选实施例方案，所述装置包括控制机构4，所述控制机构包括主控模块、电池组5和电源接口6，所述主控模块包括定位控制模块、和/或测绘控制模块、轮廓图像处理模块和厚度处理模块；所述定位控制模块用以控制X轴向移动机构、Y轴向移动机构、Z轴向移动机构工作；所述测绘控制模块用以控制高清相机、激光测距仪工作，保存高清相机、激光测距仪采集的图像数据和厚度数据并进行传输；所述轮廓图像处理模块与测绘控制模块电连接，用于处理来自高清相机采集的初始图像数据以得到目标工件的轮廓数据；所述厚度处理模块与测绘控制模块电连接，用于处理来自激光测距仪采集的初始厚度数据以得到目标工件不同位置的厚度数据。

其中，控制机构设计即实现测绘装置的自动化控制，控制定位单元中X轴向移动机构、Y轴向移动机构、Z轴向移动机构的分别在X、Y、Z方向的移动量，快速定位待测量的目标工件，准确定位后由高清相机拍摄工件的二维图像，若图像有缺失，则控制定位单元移动高清相机，重新拍摄完整的二维图像；二维图像拍摄完成后关闭高清相机，由激光测距仪工作对工件不同位置扫描采集初始厚度数据，由此完成单个工件的测绘作业，继续操作定位单元移动，可对载板上的其他工件进行测绘；而轮廓图像处理模块和厚度处理模块分别对初始图像数据与初始厚度数据进行处理，快速得到工件的轮廓数据与厚度数据，将两个关键数据进行拟合运算得到工件的三维结构数据，相比于人工测绘所得的数据，其测绘精度和测绘效率得到极大的提升，而基于此方案加工得到的模具，与工件外形匹配度高，解决人工测绘误差所造成的模具无法容纳工件的问题。此外，将控制机构设计成多组功能相对独立的功能模块，类化存储工件测量的数据信息，如初始图像数据、初始厚度数据、处理后的轮廓数据和厚度数据，利于查找调取源数据并作分析运算，在可能的故障出现时降低数据丢失概率。

优选实施例方案，所述主控模块包括工艺生成模块，所述工艺生成模块分别与轮廓图像处理模块和厚度处理模块电连接，对接收的目标工件的轮廓数据和厚度数据进行拟合计算得到目标工件的三维结构数据，并生成目标工件的加工刀路代码。

优选实施例方案，所述主控模块包括照明控制模块，所述照明控制模块用以控制白光灯工作。

优选实施例方案，所述控制机构包括操控面板9，所述操控面板与主控模块电连接，便于作业人员操作，实现测绘作业执行监视。

本实施例提供一种基于上述形迹器具快速测绘装置的形迹器具测绘方法，包括：

S1.获取目标工件轮廓数据；

a1、由高清相机对置于载板的目标工件进行拍摄得到目标工件的初始二维图像；

a2、提取初始二维图像中目标工件的轮廓特征，得到目标工件的轮廓数据；

S2.获取目标工件厚度数据；

b1、由激光测距仪垂直发射线型激光对目标工件扫描，采集目标工件扫描位置处的厚度数据；

b2、移动所述激光测距仪对目标工件不同位置垂直发射线型激光进行扫描，采集目标工件不同位置的厚度数据；

S3.对所述目标工件的轮廓数据和厚度数据进行拟合得到目标工件三维结构数据。

在常规的人工刻画工件形状操作中，尤其针对工件不同部位厚度不同情况下，精准测量工件厚度难度大，测量偏差将导致加工的模具无法容纳工件。本实施例的测绘方法针对上述技术问题提供以下优点：由高清相机快速拍摄工件二维图像，利用图像处理技术提取二维图像中工件轮廓特征，处理精准且效率高；由激光测距仪快速扫描工件间接获取工件厚度，厚度数据的测量提供工件形状三维结构的关键数据，操作精度提升且测量效率高；进一步结合轮廓数据，通过拟合分析运算构件三维结构数据，从而克服测量精度问题，并解决厚度测量偏差问题。

优选实施例方案，所述激光测距仪以位于与所述载板的恒定高度处移动。

优选实施例方案，所述步骤S1还包括对步骤a1获得的初始二维图像中的畸变图像进行畸变消除处理。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“中心”、“顶”、“底”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”等指示的方位或位置关系。

在本发明的实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“组装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的实施例的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，“-”和“～”表示的是两个数值之同的范围，并且该范围包括端点。例如:“A-B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。“A～B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。

在本发明的实施例的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种形迹器具快速测绘装置，其特征在于，包括承载车、定位单元和测绘机构；所述定位单元与承载车顶部滑动连接，所述测绘机构设于所述定位单元，由所述定位单元带动对目标工件进行三维测绘作业；所述定位单元包括安装底板、门型支架、X轴向移动机构、Y轴向移动机构和Z轴向移动机构，所述安装底板设于承载车顶部，所述安装底板两对侧对称设置X轴向移动机构，所述门型支架的两立柱底端分别设于两个对称的X轴向移动机构顶部，所述门型支架的横梁设置Y轴向移动机构，所述Y轴向移动机构侧部设置Z轴向移动机构，所述测绘机构安装于Z轴向移动机构；所述Z轴移动机构驱动所述测绘机构沿Z方向正向或反向移动，所述Y轴移动机构驱动所述Z轴移动机构沿Y方向正向或反向移动，所述X轴移动机构驱动门型支架沿X方向正向或反向移动；所述测绘机构包括连接座、高清相机和激光测距仪；所述连接座用于所述测绘机构安装于Z轴向移动机构，所述高清相机安装于所述连接座，所述高清相机拍摄方向朝向安装底板，所述激光测距仪安装于所述连接座，所述激光测距仪朝向安装底板垂直发射线型激光。

2.根据权利要求1所述的一种形迹器具快速测绘装置，其特征在于，所述X轴向移动机构包括X轴向驱动电机和X轴向线性模组，所述X轴向驱动电机和X轴向线性模组适配并设置于所述安装底板；所述Y轴向移动机构包括Y轴向驱动电机和Y轴向线性模组，所述Y轴向驱动电机和Y轴向线性模组适配并设置于门型支架的横梁；所述Z轴向移动机构包括Z轴向驱动电机和Z轴向线性模组，所述Z轴向驱动电机和Z轴向线性模组适配并竖直设于Y轴向线性模组侧部。

3.根据权利要求1所述的一种形迹器具快速测绘装置，其特征在于，所述装置包括照明机构，所述照明机构设于所述安装底板适配设置的安装槽内，所述照明机构包括白光灯和透光板，所述白光灯设于所述安装槽底，所述透光板用以封住安装槽。

4.根据权利要求1所述的一种形迹器具快速测绘装置，其特征在于，所述装置包括控制机构，所述控制机构包括主控模块、电池组和电源接口，所述主控模块包括定位控制模块、和/或测绘控制模块、轮廓图像处理模块和厚度处理模块；所述定位控制模块用以控制X轴向移动机构、Y轴向移动机构、Z轴向移动机构工作；所述测绘控制模块用以控制高清相机、激光测距仪工作，保存高清相机、激光测距仪采集的图像数据和厚度数据并进行传输；所述轮廓图像处理模块与测绘控制模块电连接，用于处理来自高清相机采集的初始图像数据以得到目标工件的轮廓数据；所述厚度处理模块与测绘控制模块电连接，用于处理来自激光测距仪采集的初始厚度数据以得到目标工件不同位置的厚度数据。

5.根据权利要求4所述的一种形迹器具快速测绘装置，其特征在于，所述主控模块包括工艺生成模块，所述工艺生成模块分别与轮廓图像处理模块和厚度处理模块电连接，对接收的目标工件的轮廓数据和厚度数据进行拟合计算得到目标工件的三维结构数据，并生成目标工件的加工刀路代码。

6.根据权利要求4所述的一种形迹器具快速测绘装置，其特征在于，所述主控模块包括照明控制模块，所述照明控制模块用以控制白光灯工作。

7.根据权利要求1所述的一种形迹器具快速测绘装置，其特征在于，所述安装底板顶部设置载板和容纳所述载板的卡槽。

8.一种基于权利要求1所述的形迹器具快速测绘装置的形迹器具测绘方法，其特征在于，包括：

S1.获取目标工件轮廓数据：

a1、由高清相机对置于载板的目标工件进行拍摄得到目标工件的初始二维图像；

a2、提取初始二维图像中目标工件的轮廓特征，得到目标工件的轮廓数据；

S2.获取目标工件厚度数据：

b1、由激光测距仪垂直发射线型激光对目标工件扫描，采集目标工件扫描位置处的厚度数据；

b2、移动所述激光测距仪对目标工件不同位置垂直发射线型激光进行扫描，采集目标工件不同位置的厚度数据；

S3.对所述目标工件的轮廓数据和厚度数据进行拟合得到目标工件三维结构数据。

9.根据权利要求8所述的一种形迹器具测绘方法，其特征在于，所述激光测距仪以位于与所述载板的恒定高度处移动。

10.根据权利要求8所述的一种形迹器具测绘方法，其特征在于，所述步骤S1还包括对步骤a1获得的初始二维图像中的畸变图像进行畸变消除处理。

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