CN113310428A - 一种基于线结构光的同步传动表面轮廓测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及三维测量技术领域，具体为一种基于线结构光的同步传动表面轮廓测量系统及测量方法，系统包括位移台；线激光传感器本体；多位姿调节支架；上位机；同步编码脉冲获取模块；通讯控制模块；数据采集和可视化模块。本发明通过采用齿轮齿条哈夫连接器组合方式实现多高度、多位姿调节，解决了快速系统搭建的问题，降低了调试难度，同时实现目标物体传动和传感器点云采集的时间一致性，解决采样点与零件空间位置不一致的问题；通过上位机集成开发实现快速启停、自动数据存储、点云数据可视化。

Description

一种基于线结构光的同步传动表面轮廓测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及三维测量技术领域，具体为一种基于线结构光的同步传动表面轮廓测量系统及测量方法。

背景技术

近年来，随着传统的制造技术越来越走向智能化，对于检测技术的自动化水平和精度要求越来越高。检测模式可分为接触式与非接触式两大类，非接触式根据方法不同又可划分为图像法测量与光学测量两大主流方向。传统接触式检测存在来自测量工具的误差、人为操作的误差并且检测效率慢、检测精度差、检测密度稀疏，容易对工件造成二次伤害；而图像视觉测量系统采用工业相机、光源、光学镜头的组合方式，在操作上繁琐有一定的技术要求，受环境因素干扰严重，模块之间非常分散，没有形成集成化，不方便使用；光学测量是主动向物体投射光束，并接收反射光束，根据物体、光源、探测器的三角关系获取物体表面信息，但是在使用过程中没有和其他机构实现自动化控制，而且数据的质量对零件逆向重构等研究影响很大。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于线结构光的同步传动表面轮廓测量系统及测量方法。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种基于线结构光的同步传动表面轮廓测量系统，包括：

位移台，用于放置待测零件，内置有驱动电机和驱动模块，驱动模块与驱动电机连接；

线激光传感器本体，用于获取激光发射器发射的一字线激光所形成的激光轮廓，并转换成待测零件表面的点云数据；

多位姿调节支架，线激光传感器本体固定在多位姿调节支架上，用于实现线激光传感器本体多高度、多位姿调节；

上位机，包括“正转”按钮、“反转”按钮、“打开串口”按钮、“点云采集”按钮、“停止采集”按钮、“加载数据”按钮、“显示图像”按钮，与驱动模块连接以控制位移台启停、正反转、速度和行程；

同步编码脉冲获取模块，分别与驱动电机、线激光传感器本体连接，用于通过编码器获取位移台中驱动电机运动脉冲，并将编码器输出的单端信号转换成差分信号，再接入到线激光传感器本体的信号采集控制端上，实现待测零件传动和传感器点云采集时间一致；

通讯控制模块，位于上位机内且分别与驱动模块、线激光传感器本体连接，用于传送控制信号并且获取驱动模块的工作状态，并建立与线激光传感器本体的通讯以用来初始化参数；

数据采集和可视化模块，位于上位机内且与线激光传感器本体连接，用于通过点云处理函数完成数据的加载、数据格式的转换、数据的降采样、数据的平滑处理，通过VTK库函数完成可视化界面的初始化、数据的可视化。

进一步地，多位姿调节支架包括固定底座、通过法兰固定在固定底座上的支架、设置在支架上的二号快接、设置在二号快接上的一号快接、与一号快接连接的调节杆、与调节杆连接的三号快接、与三号快接连接的支杆、设置在支杆上的姿态调节架，一号快接上设有齿轮和与齿轮同轴连接的手柄，调节杆上沿其长度方向固定设有与齿轮啮合连接的齿条，姿态调节架上设有传感器连接板，线激光传感器本体固定在传感器连接板上。

进一步地，通讯控制模块能够初始化的参数包括IP地址、扫描模式、数据生成模式、使能方式。

一种应用基于线结构光的同步传动表面轮廓测量系统的测量方法，具体步骤如下：

(一)将待测零件放置在位移台，调整好待测零件的方位，使线激光传感器本体与待测零件保持相对距离400(mm)以上，以及使待测零件处在线激光传感器本体有效视野范围内；

(二)通过上位机操作界面对线激光传感器本体、驱动模块分别进行参数初始化，点击上位机界面上的“正转”按钮、“反转”按钮，调整位移台的工作起点；

(三)单击上位机界面上的“打开串口”按钮调用串口类和监听线程类设置串口参数；

(四)单击上位机软件主界面的“点云采集”按钮，通过同步编码脉冲获取模块，位移台和线激光传感器本体同时工作；

(五)单击“数据加载”按钮，使用点云处理函数完成数据的加载、数据格式的转换、数据的降采样、数据的平滑等滤波处理；

(六)单击“显示图像”按钮，调用VTK库函数完成可视化界面的初始化、数据的可视化。

本发明的有益效果是：

本发明通过采用齿轮齿条哈夫连接器组合方式实现多高度、多位姿调节，解决了快速系统搭建的问题，降低了调试难度，同时实现目标物体传动和传感器点云采集的时间一致性，解决采样点与零件空间位置不一致的问题；通过上位机集成开发实现快速启停、自动数据存储、点云数据可视化。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1为本发明中多位姿支架的结构示意图；

图2为本发明的程序执行逻辑框图；

图3为本发明的同步传动轮廓采集的结构示意图；

图4为本发明采集的原始点云展示图；

图5为本发明的滤波后点云展示图；

图6为本发明的上位机软件主界面图。

图中：101、固定底座；102、法兰；103、支架；104、一号快接；105、二号快接；106、齿轮；107、手柄；108、调节杆；109、齿条；110、三号快接；111、支杆；112、姿态调节架；113、传感器连接板；114、线激光传感器本体。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本发明进一步阐述。

如图1至图6所示，一种基于线结构光的同步传动表面轮廓测量系统，包括：

位移台，用于放置待测零件，内置有驱动电机和驱动模块，驱动模块与驱动电机连接；

线激光传感器本体114，用于获取激光发射器发射的一字线激光所形成的激光轮廓，并转换成待测零件表面的点云数据；

多位姿调节支架，线激光传感器本体114固定在多位姿调节支架上，用于实现线激光传感器本体114多高度、多位姿调节；

上位机，包括“正转”按钮、“反转”按钮、“打开串口”按钮、“点云采集”按钮、“停止采集”按钮、“加载数据”按钮、“显示图像”按钮，与驱动模块连接以控制位移台启停、正反转、速度和行程；

同步编码脉冲获取模块，分别与驱动电机、线激光传感器本体114连接，用于通过编码器获取位移台中驱动电机运动脉冲，并将编码器输出的单端信号转换成差分信号，再接入到线激光传感器本体114的信号采集控制端上，实现待测零件传动和传感器点云采集时间一致；

通讯控制模块，位于上位机内且分别与驱动模块、线激光传感器本体114连接，用于传送控制信号并且获取驱动模块的工作状态，并建立与线激光传感器本体114的通讯以用来初始化参数；

数据采集和可视化模块，位于上位机内且与线激光传感器本体114连接，用于通过点云处理函数完成数据的加载、数据格式的转换、数据的降采样、数据的平滑处理，通过VTK库函数完成可视化界面的初始化、数据的可视化。

需要说明的是，所述位移台具体为滚珠丝杆滑台，所述位移台位于线激光传感器本体114的正下方位置，基于STM32F407嵌入式微处理器开发位移台驱动电机的驱动模块，通过上位机上的MFC程序发送指令，来实现对位移台的启停、正反转、速度和行程的在线控制。

所述同步编码脉冲获取模块起到了解决采样点与零件空间位置不一致的问题，实现了目标物体传动和传感器点云采集的时间一致性。

所述通讯控制模块使用串口类和监听线程类控制位移台上的驱动模块，使用GIGE接口通过传感器类控制线激光传感器本体114。

作为本发明的进一步改进，多位姿调节支架包括固定底座101、通过法兰102固定在固定底座101上的支架103、设置在支架103上的二号快接105、设置在二号快接105上的一号快接104、与一号快接104连接的调节杆108、与调节杆108连接的三号快接110、与三号快接110连接的支杆111、设置在支杆111上的姿态调节架112，一号快接104上设有齿轮106和与齿轮106同轴连接的手柄107，调节杆108上沿其长度方向固定设有与齿轮106啮合连接的齿条109，姿态调节架112上设有传感器连接板113，线激光传感器本体114固定在传感器连接板113上。

具体的是，所述二号快接105用于调节高度，所述一号快接104与二号快接105通过螺栓固定连接，所述一号快接104能够水平旋转，从而调节旋转角度；通过手柄107带动齿轮106配合齿条109能够调节调节杆108的伸出距离。

作为本发明的进一步改进，通讯控制模块能够初始化的参数包括IP地址、扫描模式、数据生成模式、使能方式。

一种应用基于线结构光的同步传动表面轮廓测量系统的测量方法，具体步骤如下：

(一)将待测零件放置在位移台，调整好待测零件的方位，使线激光传感器本体114与待测零件保持相对距离400mm以上，以及使待测零件处在线激光传感器本体114有效视野范围内。

(二)通过上位机操作界面对线激光传感器本体114、驱动模块分别进行参数初始化，点击上位机界面上的“正转”按钮、“反转”按钮，调整位移台的工作起点。

(三)单击上位机界面上的“打开串口”按钮调用串口类和监听线程类设置串口参数。

(四)单击上位机软件主界面的“点云采集”按钮，通过同步编码脉冲获取模块，位移台和线激光传感器本体114同时工作。

(五)单击“数据加载”按钮，使用点云处理函数完成数据的加载、数据格式的转换、数据的降采样、数据的平滑等滤波处理。

(六)单击“显示图像”按钮，调用VTK库函数完成可视化界面的初始化、数据的可视化。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种基于线结构光的同步传动表面轮廓测量系统，其特征在于：包括：

位移台，用于放置待测零件，内置有驱动电机和驱动模块，驱动模块与驱动电机连接；

线激光传感器本体(114)，用于获取激光发射器发射的一字线激光所形成的激光轮廓，并转换成待测零件表面的点云数据；

多位姿调节支架，线激光传感器本体(114)固定在多位姿调节支架上，用于实现线激光传感器本体(114)多高度、多位姿调节；

上位机，包括“正转”按钮、“反转”按钮、“打开串口”按钮、“点云采集”按钮、“停止采集”按钮、“加载数据”按钮、“显示图像”按钮，与驱动模块连接以控制位移台启停、正反转、速度和行程；

同步编码脉冲获取模块，分别与驱动电机、线激光传感器本体(114)连接，用于通过编码器获取位移台中驱动电机运动脉冲，并将编码器输出的单端信号转换成差分信号，再接入到线激光传感器本体(114)的信号采集控制端上，实现待测零件传动和传感器点云采集时间一致；

通讯控制模块，位于上位机内且分别与驱动模块、线激光传感器本体(114)连接，用于传送控制信号并且获取驱动模块的工作状态，并建立与线激光传感器本体(114)的通讯以用来初始化参数；

数据采集和可视化模块，位于上位机内且与线激光传感器本体(114)连接，用于通过点云处理函数完成数据的加载、数据格式的转换、数据的降采样、数据的平滑处理，通过VTK库函数完成可视化界面的初始化、数据的可视化。

2.根据权利要求1所述的一种基于线结构光的同步传动表面轮廓测量系统，其特征在于：多位姿调节支架包括固定底座(101)、通过法兰(102)固定在固定底座(101)上的支架(103)、设置在支架(103)上的二号快接(105)、设置在二号快接(105)上的一号快接(104)、与一号快接(104)连接的调节杆(108)、与调节杆(108)连接的三号快接(110)、与三号快接(110)连接的支杆(111)、设置在支杆(111)上的姿态调节架(112)，一号快接(104)上设有齿轮(106)和与齿轮(106)同轴连接的手柄(107)，调节杆(108)上沿其长度方向固定设有与齿轮(106)啮合连接的齿条(109)，姿态调节架(112)上设有传感器连接板(113)，线激光传感器本体(114)固定在传感器连接板(113)上。

3.根据权利要求1所述的一种基于线结构光的同步传动表面轮廓测量系统，其特征在于：通讯控制模块能够初始化的参数包括IP地址、扫描模式、数据生成模式、使能方式。

4.一种应用权利要求1至3任一项中所述基于线结构光的同步传动表面轮廓测量系统的测量方法，其特征在于：具体步骤如下：

(一)将待测零件放置在位移台，调整好待测零件的方位，使线激光传感器本体(114)与待测零件保持相对距离400mm以上，以及使待测零件处在线激光传感器本体(114)有效视野范围内；

(二)通过上位机操作界面对线激光传感器本体(114)、驱动模块分别进行参数初始化，点击上位机界面上的“正转”按钮、“反转”按钮，调整位移台的工作起点；

(三)单击上位机界面上的“打开串口”按钮调用串口类和监听线程类设置串口参数；

(四)单击上位机软件主界面的“点云采集”按钮，通过同步编码脉冲获取模块，位移台和线激光传感器本体(114)同时工作；

(五)单击“数据加载”按钮，使用点云处理函数完成数据的加载、数据格式的转换、数据的降采样、数据的平滑等滤波处理；

(六)单击“显示图像”按钮，调用VTK库函数完成可视化界面的初始化、数据的可视化。

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